第四節(jié)電涌一、電涌的來源1、什么是電涌（surge）以雷擊電磁脈沖（LEMP）和（或）操作電磁脈沖（SEMP）為騷擾源，在電氣電子系統(tǒng)中耦合的能量脈沖。用電磁兼容模型解釋電涌按技術領域分類，電涌屬于電磁兼容（EMC）問題，電磁兼容的模型如下。按電磁兼容模型，對電涌解釋如下。騷擾源（發(fā)射器）：LEMP和SEMP等。感受器（敏感設備）：低壓配電系統(tǒng)或電子信息系統(tǒng)，本課程主要介紹以低壓配電系統(tǒng)作為感受器的電涌保護。電涌電壓的示例工頻電壓波形2、電涌的耦合路徑詳解（1）傳導（阻性）耦合主要是通過金屬管線的直接電氣連通，將能量脈沖從一處傳輸?shù)搅硪惶帯Ｔ诜治鲇玫刃щ娐飞希@種耦合路徑可用一個電阻來表示，因此又叫做阻性耦合。如：直接雷擊線路造成的侵入雷電波，接地導體上的雷擊電磁脈沖傳導（見下頁圖）等。阻性耦合的電涌示例（2）感性輻射耦合指空間磁場傳遞的能量脈沖。耦合的原理為電磁感應。（3）容性輻射耦合指通過空間電場傳遞的能量脈沖。小結：電涌是LEMP或（和）SEMP通過阻性、感性或容性耦合傳遞到低壓系統(tǒng)或電子信息系統(tǒng)上的能量脈沖。電涌的危害以脈沖電壓或脈沖電流的形式出現(xiàn)。危害的對象除了絕緣以外，還包括用電設備本身的元、器件（又稱硬件）。二、電涌強度計算

電涌能量＝騷擾源能量－耦合衰減1、騷擾源能量（雷電）復習上一章內容考慮雷擊電磁脈沖問題時，應考慮電閃中可能出現(xiàn)的三種雷擊形式：（1）短時首次雷擊；（2）首次后的短時雷擊；（3）長時間雷擊。短時雷擊長時間雷擊向下閃擊的組合形式向上閃擊的組合形式雷電流參數(shù)防雷建筑類別一類二類三類I幅值/kA200150100T1波頭時間/μs101010T2波頭時間/μs350350350Qs電荷量/C1007550W/R單位能量/(MJ/Ω)105.62.5首次短時雷擊雷電流參數(shù)雷電流參數(shù)防雷建筑類別一類二類三類I幅值/kA5037.525T1波頭時間/μs0.250.250.25T2波頭時間/μs100100100I/T1平均陡度/（kA/μs）200150100首次以后短時雷擊的雷電流參數(shù)雷電流參數(shù)防雷建筑類別一類二類三類Q1電荷量/C200150100T時間/s0.50.50.5長時間雷擊參數(shù)2、線路中感性耦合的能量估算感性耦合能量計算非常復雜，除考慮騷擾源能量以外，還要考慮耦合路徑上的衰減以及環(huán)路的面積和位置等。業(yè)界專家對一些典型的感性耦合能量進行了計算，并將結果列成表格，可供工程應用選擇。典型情況見后頁圖，計算結果見教材表5-9。a）b）c）d）e）f）3、傳導耦合的能量計算主要考慮壓降和各處連接的分流作用。見上頁圖a、c、d及下圖。小結：電涌的能量取決于騷擾源（LEMP、SEMP）能量大小和耦合路徑衰減量大小。騷擾源能量以雷電流幅值、電荷量來表征。阻性耦合衰減主要是各處聯(lián)接的分流作用。感性耦合衰減主要涉及空間距離、屏蔽及感應環(huán)路面積等。第五節(jié)電涌保護器電涌保護器是一種用于帶電系統(tǒng)中限制瞬態(tài)過電壓并釋放電涌能量的非線性器件，簡稱SPD（SurgeProtectiveDevice），用以保護電氣電子系統(tǒng)免遭電涌破壞。電子系統(tǒng)中還有串接限制過電流的電涌保護器件。辯異：電涌保護器與避雷器?；驹硐嗤?，特性參數(shù)和應用環(huán)境、應用目的不同。通過共同點加深對基本概念的理解，通過不同點加強工程意識培養(yǎng)。一、電涌保護器的類別與工作原理分為電壓開關型、限壓型和混合型三類。電壓開關型：突然導通特征。通流容量大，特性陡，殘壓高。主要用于泄放能量。適用于LPZ0與LPZ1區(qū)交界處。限壓型：隨電涌電壓升高漸進導通。通流容量小，特性緩，因逐漸釋放能量而具有降低過電壓幅值的作用。主要用于保護設備。適用于LPZ0B及以后防雷區(qū)?；旌闲停弘S承受的電涌電壓不同而分別呈現(xiàn)電壓開關型或限壓型特性?？勺鳛榕潆娤到y(tǒng)中間級的保護。三類SPD的保護動作特性圖。電壓開關型限壓型混合型二、電涌保護器的沖擊分類試驗SPD有三種沖擊分類試驗，這三種試驗沒有等級之分。生產(chǎn)廠家可根據(jù)自己所生產(chǎn)產(chǎn)品的應用條件，選擇其中一種或幾種進行試驗，并以試驗類別標定相關參數(shù)。

應用條件：指SPD在系統(tǒng)中的安裝位置和應起到的保護作用。

安裝位置：高暴露地點；低暴露地點。

保護作用：泄放能量為主；與被保護設備耐壓特性配合為主。

1、試驗用電流與電壓波形（1）試驗標準電流。見圖。其中曲線、為IEC61643-1標準推薦，曲線為德國EDINVDE0675標準推薦。（2）試驗標準電壓。一般采用1.25/50μs的沖擊電壓作為試驗電壓。電涌保護器試驗電流曲線1曲線2曲線3imax（kA）1001005Q（As）50100.1W／R（J／Ω）2.5×1065×1050.4×103波形（μs）10／3508／808／202、三種分類試驗（1）I級分類試驗。用1.2/50μs沖擊電壓、8/20μs和10/350μs沖擊電流作的試驗。試驗結果：標稱放電電流In（8/20μs），最大沖擊電流Iimp（10/350μs）。通過該試驗的SPD通常用于高暴露地點，可承受較大的能量。一般電壓開關型SPD進行該項試驗（2）II級分類試驗。用1.2/50μs沖擊電壓、8/20μs沖擊電流作的試驗。試驗結果：標稱放電電流In（8/20μs）和最大放電電流Imax（8/20μs）。一般限壓型SPD進行該項試驗，用于低暴露地點。一級與二級分類試驗得出的參數(shù)中，In是重疊的。（3）III級分類試驗。開路時施加1.2/50μs沖擊電壓、短路時施加8/20μs沖擊電流作的試驗。開路電壓與短路電流峰值之比為2Ω。

三、主要參數(shù)（1）最大持續(xù)工作電壓Uc。使SPD工作時間不小于設計壽命所允許施加的最高工頻電壓。原理：長期熱穩(wěn)定性。系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最大持續(xù)運行電壓不應該高于該電壓。（2）標稱放電電流In。指SPD通過規(guī)定次數(shù)8/20μs沖擊電流的最大值。在通過規(guī)定次數(shù)的這個電流后，SPD的特性變化不超過允許范圍。可由I、II級分類試驗確定。（3）最大放電電流Imax。指SPD通過1次8/20μs沖擊電流的最大值。在通過該電流后，SPD不得發(fā)生實質性損壞。由II級分類試驗確定。用以衡量限壓型SPD的最大通流能力。同一只SPD的Imax一般為In的2～2.5倍。（4）沖擊電流Iimp。指SPD通過1次10/350μs沖擊電流的最大值。在通過該電流后，SPD不得發(fā)生實質性損壞。由I級分類試驗確定。用于衡量電壓開關型SPD的最大通流能力。辯異：Imax、Iimp分別表示限壓型SPD和電壓開關型SPD的極限通流能力。SPD不應因通過這樣大的電流而發(fā)生燒毀、爆炸等事故，但SPD的特性可能已經(jīng)變壞，不能繼續(xù)工作。

In表示限壓型和電壓開關型SPD的額定通流能力。多次通過該電流后，SPD應可繼續(xù)正常工作，直至達到規(guī)定的次數(shù)。

（5）電壓保護水平UP。即最大殘壓。對電壓開關型SPD，又等于放電電壓。殘壓指SPD動作后的電壓，為隨時間變化的波形，UP即變化的上限。電壓保護水平應低于設備耐壓。（6）響應時間。一般要求小于25ns。參數(shù)示例。某通過I級分類試驗的SPD參數(shù)如下：最大持續(xù)工作電壓Uc：350V標稱放電電流In：20kA（15個8/20μs電流波）沖擊電流Iimp：115kA（1個10/350μs電流波）電壓保護水平UP：600V第六節(jié)低壓系統(tǒng)電涌保護配置一、電涌保護對象分級電涌防護等級是以建筑物中電子信息系統(tǒng)為對象劃分的，依據(jù)有兩個，一個是雷擊風險，另一個是電子信息系統(tǒng)的重要性和使用性質。電氣系統(tǒng)的防護級別與同一建筑內電子信息系統(tǒng)的防護級別等同，有時又簡稱建筑物的電涌防護等級。分為A、B、C、D四個等級，A級防護要求最高，D級最低。二、電涌保護的目的及其在防雷體系中的地位1、目的通過在電氣電子設備的電源側限制雷電過電壓（兼限制大部分操作過電壓）并泄放雷電能量，以保護設備絕緣及硬件不致?lián)p壞。2、地位1）建筑物內部防雷的重要組成部分。2）綜合防雷體系的末端環(huán)節(jié)。3）采取了基本防雷措施的前提下，專門針對耦合到低壓配電系統(tǒng)中和電子信息系統(tǒng)中的雷電能量進行防護。與雷電過電壓防護對比：能量相對較小，但被保護設備承受力也小，響應時間要求高，環(huán)境要求高，與其他環(huán)節(jié)的關聯(lián)性高。二、電涌保護主要對象及耐受水平保護對象為低壓配電和用電設備。低壓設備耐壓分4個等級，見下表。系統(tǒng)標稱電壓從交流或直流標稱電壓導出線對中性點的電壓（不大于）設備的額定沖擊耐壓過電壓（安裝）類別三相IIIIIIIV230/4003001500250040006000400/6906002500400060008000過電壓類別I：用電設備，如音響、電視機、計算機等。過電壓類別II：用電設備，如洗衣機、冰箱、空調器等。過電壓類別III：負荷側配電設備及永久連接至系統(tǒng)的工業(yè)用電設備（如工業(yè)用電動機等）。過電壓類別IV：電源側配電設備。各過電壓類別設備在系統(tǒng)中的位置四、電涌保護系統(tǒng)的布局采用分散、多級的布局。理由：同一電壓等級電網(wǎng)中有多個耐壓等級設備，且設備本身是分散布置的。結果：逐級泄放電涌能量。要求：在恰當?shù)奈恢迷O置恰當?shù)谋Ｗo器：1）SPD電壓保護水平與被保護設備配合。2）不同防雷區(qū)交界面處，應設置SPD。LPZ0與LPZ1區(qū)交界面：設置通過I級分類試驗的SPD。其他交界面：設置通過II、III級分類試驗的SPD。3）同一防雷區(qū)中的同一配電級中，考慮電涌波過程，可能在若干處設置SPD。按從電源到負荷的方向，系統(tǒng)的多級保護分別被稱為第一、二、三、四級，對應于被保護對象的過電壓類別。辯異：一級SPD：在系統(tǒng)中處于最靠電源側的SPD；I類SPD：通過I級分類試驗的SPD。某高層住宅電涌保護布局示例五、電壓保護模式相與相間、相與中性線之間的電涌電壓叫做差模電壓。相與地間、中性線與地間的電涌電壓叫做共模電壓。SPD的電壓保護模式指與電涌電壓模式相對應的保護器件與系統(tǒng)的連接方式。典型的電壓保護模式分三類，相應的典型電路接線有四種。保護模式SPD連接的導體保護的對象共模保護MC相－地、中－地載流導體對地絕緣差模保護MD相－中相絕緣、繞組匝間絕緣、負載電路或元件相－相相間絕緣、繞組匝間絕緣、負載電路或元件全模保護共模＋差模SPD電壓保護模式及特點a:共模b:差模c:全模d:3＋1六、電涌保護器主要參數(shù)及類型選擇1、電壓保護水平Up理論上，Up連同引線上的壓降，應小于被保護設備的沖擊耐壓Uw。實際上，一般用以下公式校核：

Up≤0.8Uw

2、通流容量及選擇工程上將被保護對象按雷擊危險性分為A、B、C、D四級，并規(guī)定了每個分級對SPD通流容量的最低通流容量要求。

LPZ0與LPZ1區(qū)交界處LPZ1與LPZ2、LPZ2與LPZ3區(qū)交界處第一級保護放電電流（kA）第二級標稱放電電流（kA）第三級標稱放電電流（kA）第四級標稱放電電流（kA）Iimp（10/350μs）In（8/20μs）In（8/20μs）In（8/20μs）In（8/20μs）≥20≥80≥40≥20≥10例：A級保護對象中各級SPD通流容量參考值表中的“級”指SPD在電涌保護布局中的分級3、最大持續(xù)工作電壓Uc

Uc選擇關系著SPD的壽命，應大于系統(tǒng)最大持續(xù)運行電壓。一般持續(xù)5s以上的電壓就應視為持續(xù)電壓。應考慮以下幾個因素。1）正常運行時10％的系統(tǒng)電壓偏差和5％的SPD老化因素。2）系統(tǒng)接地形式。接地故障時，不同接地形式的系統(tǒng)可能出現(xiàn)不同的過電壓，若持續(xù)時間超過5s，應考慮為持續(xù)電壓。

3）中壓系統(tǒng)故障傳遞到低壓系統(tǒng)的持續(xù)過電壓。示例如圖。4、電壓開關型SPD的導通放電電壓UOP指電壓開關型SPD被電涌擊穿所需的最低電壓值，又稱動作電壓。只有當電涌電壓上升達到該值時，電壓開關型SPD才開始泄放雷電能量。系統(tǒng)SPDTN（不小于）TT（不小于）IT（不小于）TN－STN－CSPD安裝在RCD的負荷側MC/D3＋1SPD安裝在RCD的電源側MD3＋1引出中性線不引出中性線L－N1.15Unφ－1.55Unφ1.15Unφ1.15Unφ－L－PE1.15Unφ－1.55Unφ1.15Unφ1.05Un1.05UnφN－PEUnφ－UnφUnφUnφ－L－PEN－1.15Unφ－－－－低壓系統(tǒng)中Uc的選取第七節(jié)電涌保護的級間配合由于低壓系統(tǒng)電涌保護采用分散、多級的布局，以逐級削減電涌能量并與被保護設備匹配，因此各級電涌保護器除了類型不同以外，在參數(shù)上還應滿足一定的關系，才能滿足保護要求。電涌保護的級間配合就是指各級電涌保護器在類型、參數(shù)及位置關系等上的協(xié)調。一、電涌保護級間配合的原則原則：上級電涌保護應能可靠保證下級電涌保護器不致受到電涌損壞。原理：上級電涌保護器需提前泄放足夠的電涌能量，以使下級電涌保護器不致因能量過大而受損。技術路線：在系統(tǒng)與器件兩方面綜合協(xié)調。系統(tǒng)方面：主要是上、下級的電壓耦合問題，具體落實在安裝間距上。器件方面：主要是上、下級SPD的類形與參數(shù)配合問題。1、兩級電涌保護間的電壓耦合與安裝間距上級為電壓開關型SPD，下級為電壓型SPD。上級SPD擊穿放電電壓高，當擊穿放電時，可能已經(jīng)有部分電涌能量以行波的方式到達下級SPD，并已經(jīng)在下級SPD中泄放。上級SPD動作后，其殘壓仍會作用在下級SPD上。以上兩者即為上、下級間的電壓耦合。因此，下級SPD可能承受超過其自身泄放能力的電涌能量，從而招致?lián)p壞。SPD1導通電壓和電壓保護水平均高于SPD2。配合要求為：SPD1必須先于SPD2導通以泄放能量，否則SPD2可能被損壞。在短距離內，按集中參數(shù)電路近似分析。器件、系統(tǒng)、外部三類參數(shù)關系在SPD器件參數(shù)和大氣雷電參數(shù)確定的情況下，以上條件能否滿足取決于R、L的大??；在線路類型、規(guī)格確定的情況下（線路選擇不會考慮電涌保護因素），R、L只取決于兩級SPD間的線路長度，或稱電氣距離。若將SPD2看作感受器，SPD1處電涌看作騷擾源，則電涌電壓是通過線路傳導耦合到SPD2的，耦合路徑上的衰減與R、L正相關。因此將R、L稱為解藕阻抗。為保護SPD2不致?lián)p壞，需要足夠的解藕量。級間電氣距離過短，達不到解藕要求。人為解藕方法上、下級SPD之間因電氣距離過短導致電涌電壓耦合過強，又不能調整電氣距離時，需要在線路上串聯(lián)解藕元件。解藕元件為專門的電阻或電感器件。一般在電壓開關型和限壓型SPD間采用電感，在限壓型SPD間采用電阻。2、其他參數(shù)配合包括通流容量、電壓保護水平、響應時間等，都有級間配合的要求。不再詳述。第八節(jié)電涌保護與其他保護及系統(tǒng)接地形式的配合一、電涌保護與其他保護的配合1.低壓系統(tǒng)其他保護及其與電涌保護的關系（1）不能因為設置電涌保護而影響其他保護的效能。（2）必須考慮電涌保護器失效