低压避雷器的选择与安装

1、广东海洋大学专科生毕业论文（设计）书题目低压避雷器的选择与安装作者姓名黄大伟所在专业电子信息工程（防雷工程技术）所在班级防雷03 2 班指导教师冷丁丁职称讲师提交时间2006年 5 月14日目录目录.2摘要.3第1章 认识避雷器 . 31.1 SPD作用与目的31.2SPD分类与使用场合.41.3各类SPDSPD工作原理81. 5各类SPD的优缺点.9第2章在系统中，怎样选择SPD各级SPD之间的线距 112.1在系统中，选择SPD时前期要准备的工作 122.2在系统中，具体怎样选择SPD 122.3在生活场所当中，是怎样选择SPD 13第3章低压电源SPD主要接线方式和注意事项 16 3.1

2、低压电源系统SPD主要接线方式 163.2安装使用与维修应注意的事项 17鸣谢 18参考文献 18第一章认识避雷器摘要 雷电以其巨大的破坏力给人类社会带来了惨重的灾难，雷电灾害对国民经济和生命安全造成的危害日趋严重。所以防雷意识的加强，做好防雷减灾工作，将雷电灾害降到最低点，尤其显得紧迫和必要，并被社会各界和越来越多的人们所重视。 关键词 避雷器的作用与目的，分类与使用场合，主要参数与构成，工作原理，优缺点，选择与安装1.1 SPD作用与目的雷电以其巨大的破坏力给人类社会带来了惨重的灾难，雷电灾害对国民经济和生命安全造成的危害日趋严重。所以防雷意识的加强，做好防雷减灾工作，将雷电灾害降到最低点

3、，尤其显得紧迫和必要，并被社会各界和越来越多的人们所重视。 自富兰克林发明避雷针以后，建筑物得到了有效的保护。然而在信息时代的今天，电脑网络和通讯设备越来越精密，其对工作环境的要求越来越高，而雷电以及大型电气设备的瞬间过电压会越来越频繁的通过电源、天线、无线电信号收发设备等线路侵入室内电气设备和网络设备，使设备或元器件损坏，传输及存储的信号、数据受到干扰或丢失，甚至使电子设备产生误动作或暂时瘫痪，造成系统停顿、数据传输中断、局域网乃至广域网遭到破坏，其危害巨大，间接损失一般远远大于直接经济损失。 自动控制系统、计算机网络系统、计算机监控系统等等设备的芯片的工作电压都是在几伏特到几十伏特之间，工

4、作电流都是在几个毫安，对外界的干扰极其敏感。所以防止过电流和过电压对设备的危害是直接影响到供电系统的安全生产。我们把瞬间过电流、过电压的叫做电涌，造成电涌的渠道主要来自雷电的感应和投切过电压。雷电流产生的瞬变电磁场对微电子设备的干扰和损害也尤为严重。避雷器，又叫电压限制器，它的作用是把已进入电力线，信号传输线的雷电高电压限制在一定范围之内，保证用电设备不被高电压冲击击穿。两个角型的空间打火放电，由此将过电流释放入地。（2）氧化锌ZnO避雷器保护了电器设备的安全。（3）(气体)放电管当放电管两极间加上一定电压，在两极间产生不均匀电场；当电压不断升高，电场不断增强，在电场力的作用下，管内气体开始电

5、离，当电压大到一定程度时使极间场强超过气体的绝缘强度时；两极间间隙将放电击穿，由原来绝缘状态转变为导电状态，导通后放电管两极间电压将维持在放电弧道所决定的残压水平。 （4）热敏电阻用作过流保护当电路正常工作时，热敏电阻温度与室温相近、电阻很小，串联在电路中不会阻碍电流通过；而当电路因故障而出现过电流时，热敏电阻由于发热功率增加导致温度上升，当温度超过开关温度时，电阻瞬间会变得很大，把电路中的电流限制到很低的水平。此时电路中的电压几乎都加在热敏电阻两端，因而可以起到保护其它元件的作用。当人为切断电路排除故障后，热敏电阻的阻值会迅速恢复到原来的水平，电路故障排除后，热敏电阻无需更换而可以继续使用。

6、 1. 5各类SpD优缺点(1)压敏电阻的优点：压敏电阻和其他非线性元件（如雪崩二极管）相比具有使用电压范围宽、（从几伏到几万伏以上）、耐浪涌能力强、响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小生产工艺简单，价格低廉以及电压温度系数小等，所以它的应用范围很广。它的缺点是（1）寄生电容大： 压敏电阻具有较大的寄生电容，一般在几百至几千微微法的范围。在高频信号系统中会引起高频信号传输畸变，从而引起系统正常运行。（2）泄漏电流的存在： 压敏电阻的泄漏电流指标既关系到被保护电子系统的正常运行，又关系到压敏电阻自身的老化和使用寿命。 （3）当压敏电阻在抑制暂态过

7、电压时能量超过其额定容量时，压敏电阻会因过热而损坏，主要表现为短路、开路。 (2) 瞬态抑制二极管的优点是由于它具有（1）具有较大的结面积，通流能力较强。（2）管子内装有特殊材料（钼或钨）制成的散热片，散热条件较好，有利于吸收较大的瞬态能量等优点。它的缺点是由于管子具有寄生电容5000pF-10000pF，不利于高频信号传输。(3)气体放电管是一种间隙式防雷保护元器件，由于放电管具有绝缘电阻大，寄生电容小，通流量大、对高频电子信号干扰小的一系列特点；因此被广泛应用于电力、通信等重要领域。它的缺点是（1）它的触发特性与时间相关，其上升时间的瞬变量同触发特性曲线在几乎与时间轴平行的范围内相交，因此

8、保护电平将于气体放电管的额定电压相近。也就是说，如果某个气体放电管的最小额定电压为90伏，那么在线路中的残压可高达900伏。 （2）可能会产生后续电流。但在过电压保护电路中串联一个熔断器，这种电流很快就被中断。(4)分子PTC热敏电阻是一种具有正温度系数特性的导电高分子材料，它的优点有下面的2个1.它与传统保险丝之间最显著的差异就是前者可以多次重复使用。这两种产品都能提供过电流保护作用，但同一只高分子PTC热敏电阻能多次提供这种保护，而保险丝在提供过电流保护之后，就必须用另外一只进行替换。 2.高分子PTC热敏电阻与双金属电路断路器的主要区别在于前者在事故未被排除以前一直出于关断状态

9、而不会复位，但双金属电路断路器在事故仍然存在时自身就能复位，这就可能导致在复位时产生电磁波及火花。同时，在电路处于故障条件下重新接通电路可能损坏设备，因而不安全。高分子PTC热敏电阻能够一直保持高电阻状态直到排除故障。(5)TVS二极管应用中的三大优点 1. 将TVS二极管加在信号及电源线上，能防止微处理器或单片机因瞬间的肪冲，如静电放电效应、交流电源之浪涌及开关电源的噪音所导致的失灵。2.静电放电效应能释放超过10000V、60A以上的脉冲，并能持续10ms；而一般的TTL器件，遇到超过30ms的10V脉冲时，便会导至损坏。利用TVS二极管，可有效吸收会造成器件损坏的脉冲，并能消除

10、由总线之间开关所引起的干扰。3.将TVS二极管放置在信号线及接地间，能避免数据及控制总线受到不必要的噪音影响。 在生活实际当中，使用SPD时，还存在下面的缺点：（1）温漂：在工作时，SPD产生的工频能量超过SPD箱体及连接装置的散热能力，导致内部元件温度上升，性能下降，最终导致失效。( 2)退化：当SPD长时间工作或处于恶劣工作环境时，或直接受雷击电流冲击而引起其性能下降，原技术参数改变。SPD的设计应考虑退化在各种环境中的期限，并采用运行测试和老化性试验方法。第二章在系统中，怎样选择SPD要做到合理地选用和安装SPD器件，必须对工程进行一次系统的评估，确定系统和设备需耐受的预期最大浪涌电流。

11、应根据不同的配电系统来选择和安装SPD，在设计中应考虑SPD的参数必须与被保法设备相匹配，应选择技术性能比较高的产品来保证所保法的设备安全和可靠地运行。2.1在系统中，选择SPD时前期要准备的工作在系统中，如果采用一级SPD不能保证系统的正常工作，这时就要采用多级SPD,上一级SPD的参数应高于下一级SPD的参数，为了使上一级SPD泄放更多的雷电能量，必须延迟雷电波到达下级SPD的时间，否则下级SPD过早启动，会遭到过多的雷电能量冲击而不能保护设备，还有可能发生更严重的后果。 采用多级SPD时，要考虑它们之间的配合SPD启动顺序电压开关型和限压型SPD 间的能量配合：放电间隙（SPD1）的引燃

12、取决于MOV（SPD2）两端残压（Ures）及退耦元件两端（含连接线）的动态压降（UDE）之和。在触发放电之前，SPD 间的电压分配如下： USG= Ures + UDE一旦USG（放电间隙两端的电压）超过放电间隙动态放电电压时，SPD1 就着火放电泄放雷电流，实现了能量配合。后续防雷区的SPD 只要线距满足规定要求或加装退耦元件，就能保证从末级到第一级逐级可靠启动泄流，确保多级SPD 不出现盲点，达到最佳的能量配合效果。对于开关型SPD1 至限压型SPD2 之间的线距应大于10m 和SPD2 至限压型SPD3 之间的线距应大于5m 。原因是在电源线路中安装了多级电源SPD，由于各级SPD 的

13、标称导通电压和标称导通电流不同、安装方式及接线长短的差异，在设计和安装时如果能量配合不当，将会出现某级SPD 不动作、泄流的盲点。在系统中，为了防止SPD失效，往往还要在电路中加装SPD断路器，使系统更加安全可靠，能防止当SPD失效时，接地短路故障电流损坏设备，且应能指示SPD失效状态。2.2在系统中，具体怎样选择SPD在建筑物入口处，雷电流流入线路中电流大小的估算和系统中有那些电子器件，对避雷器的选择级别和种类有重要的参考价值。雷电流分配原则：根据IEC61312-1，全部雷电流 i 的 50% 流入建筑物防雷装置的接地装置，其另50%，即is分配于引入建筑物的各种外来导电物、电力线、通信线

14、等设施。流入每一设施的电流 i 等于 is/n，n 为上述设施的个数。流经无屏蔽电缆芯线的电流 iv 等于电流 i 除以芯线数 m，即 iv = i/m；对有屏蔽的电缆，绝大部分的电流将沿屏蔽层流走。（通常情况下，可以认为屏蔽层分流走了70%的线路雷电流。GB50057-94尚应考虑沿各种设施引入建筑物的雷电流）。应采用以上两值的较大者。在系统中，往往在建筑物电源总的进线处要装一级避雷器。（有专门配电房在那里装设一级避雷器，就在建筑物的楼层总的电源进线处装设二级避雷器），在每一栋楼装设二级避雷器，在机房装设装设三级避雷器所装设的避雷器主要考虑SPD的容量和电压保护水平Up，还有要考虑避雷器与避

15、雷器之间的间距问题。在实际生活中，使用最多的要数氧化锌避雷器。氧化锌避雷器起主要作用的是压敏电阻。在选用压敏电阻之前，要知道选用多大的容量氧化锌避雷器。标称电压，即压敏电压，指在规定的温度和直流电流下压敏电阻两端的电压值。一般来说，压敏电阻常常与被保器件或装置并联使用。在正常情况下，压敏电阻两端的直流或交流电压应低于标称电压，即使在电源波动情况最坏时也不应高于额定值中选择的最大连续电压，该最大连续工作电压值所对应的标称电压值即为选用值，对于过压保护方面的应用，压敏电阻值应大于实际电路的电压值，一般应按下面进行选择；v=aV/bca-电路电压波动系数，一般取1.2V-电路直流工作电压（交流时为有

16、效值）b-压敏电压误差，一般取0.85c-元件的老化系数，一般取0.9这样计算得到的v值是直流工作电压的1.5倍。在交流状态下还要考虑峰值，因此计算结果应扩大1.414倍，另外，选用时还必须注意；1必须保证在电压波动最大时连续工作电压也不会超过最大允许值，否则，将缩短压敏电阻的使用寿命。2在电源相线与大地之间使用压敏电阻时，有时可能由于接地不良而使电源相线与大地之间的电压升高，所以通常采用标称电压比相间所使用的压敏电阻标称电压更高的压敏电阻。通常产品给出的通流容量是指按产品标准给定的波形，冲击次数和间隙时间进行脉冲实验时产品所能承受的最大电流值，而产品所能的冲击次数是波形，间隙时间是副值的函数

17、，当电流波形副值降低一半时冲击次数可增加一倍，所以在实际应用中压敏电阻所吸收的浪涌电流应小于产品的最大通流容量。氧化锌避雷器可作为电子信息系统的第一级保护或第二级保护。在一些要求较高的电子设备中仅用它来保护好不够，在实际应用中还要与半导体二极管等保护器件来一起综合保护。SPD是非线性器件，由于其结构和性能的不同，不同类型的SPD各有特点，(如下图)为了保证响应速度快，需要进行能量配合，使特征能量小的器件在工作时通过的能量不超过其自身能承受的最大能量而且及时响应，并把余下的更大的能量交换到反应慢但可以承受更大能量的器件上。器件的响应速度及特征能量典型器件响应速度（ns）特征能量(j/s)放电间隙

18、1001*1000000气体放电管801000氧化物压敏电阻25550-600TVS1100但很多防雷设计往往没有考虑能量配合的问题，比如采用两级压敏电阻进行保护时，由于它们属于限压型SPD间的配合，如果没有去藕，则第一级SPD形同没有那样，保护不会起作用。同时，通过压敏电阻的并联来增大电源保护器的通流容量的方法也是不可取的，可以把压敏电阻的并联看作去藕距离为无限短的两级SPD，由于没有能量配合，也无法提高冲击能量。入口处SPD的电压保护水平，在我们一般使用的市电中，根据国家标准GB50057中第条的规定，建筑物进线处和其他防雷区界面处的最大浪涌电压应与所属系统的基本绝缘水平和设备许可的最大浪

19、涌电压协调一致。不同界面上的浪涌保护器还应与其相应的能量承受能力相一致。当无法获得设备的耐冲击电压时，220/380v三相配电系统的设备按（下图选用）220/380三相系统各种设备的冲击电压额定值设备的位置电源处的设备配电线路和最后分支线路的设备用电设备需要特殊保护的设备耐冲击电压类别IV类III类II类I类耐冲击电压额定值（kv）642.51.5由图可知，建筑物入口处的耐冲击电压属于IV类，所对应的一级分类实验SPD的电压保护水平Up应小于6kv。实际上采用的一级分类实验产品多属于开关型SP D。2.3在生活场所当中，是怎样选择SPD根据不同的区域和使用特点来选择不同的避雷器。（1）用于A区

20、的交流电源避雷器，该区可能出现直击雷，雷电电压较高，雷电流也较大防雷器在该区的作用是把雷电压抑制在一定之内，以保护线路上的用电设备。一般用ZYSPD40K系列防雷器，额定放电电流为40KA时其残压小于或等于2.2KV。（2）用于B,C区的交流电源防雷器。该区可能出现感应雷，雷电压远A区低，用于该区的额定放电电流一般为20KA，残压一般为1.5KA以下，它可用于三相或单相交流电源系统。（3）用于D区的交流电源避雷器。该区可能出现感应雷，雷电压低于B,C区，用于该区的防雷器额定电流一般为10KA,残压一般为102KV以下。（4）用于直流电源的浪涌吸收避雷器，此类避雷器是专门用于12伏，24伏等直流

21、电源系统的过电压保护装置，它可以将保护电压等级保持在60伏以下。（5）双绞线通信线路防雷器。该类防雷器是专门用于双绞线通信线路设备（如程控交换设备，传真设备，电子电话以及警报发生器等）的防雷保护。（6）网格数据线路防雷器。该类防雷器主要用于广域网和局域网中数据，信息传输线路设备的防雷保护。（7）高频天线馈线防雷器。因为它是直接暴露在户外的，在雷雨天气时很容易产生雷电感应并将感应电流引入其发送，接受设备中，导致设备变坏。由于这种保护器要串联在馈线中，所以必须保持与馈线有良好的阻抗匹配，以避免产生较大的回波.第三章低压电源SPD主要接线方式和注意事项 3.1低压电源系统SPD主要接线方式在低压电源系统中，避雷器在线路中主要有下面的三种接线方式：3P接线，4P接线，3+1（3P+N）接线，其中3P界限跟4P接线在生活中应用是最多的，但3+1（3P+N）接线只是在特别的地方才使用它。3P接线：当N线与PE线直接相连时，SPD接在L线与PE线之间。适用于TN-C系统中变压器低压侧，以及TN-C-S系统进户处。(如右图)4P接线：当N线与PE线不直接相连时，SPD接在L线与PE线之间，N线与