【原】技术︱电涌保护器泄流通道问题的探讨

中国电工技术学会定于2016年9月26~27日在安徽省合肥市举办“2016第五届新能源发电系统技术创新大会”（原“分布式发电与微电网技术大会”），主题为“能源互联网关键技术、储能电站与微电网建设”。

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无锡市气象局的研究人员高云鹏、朱斌、崔浩，在2016年第1期《电气技术》杂志上撰文，介绍了电涌保护器(SPD)目前的使用现状；依据相关防雷技术规范，从电源和信号两方面分析了SPD泄流通道选择中存在的问题与缺陷，提出了合理的SPD泄流通道模型。

电涌保护器(Surge Protection Device, SPD)是电气电子设备雷电防护中一种不可缺少的装置。SPD的作用是把电气、信号线路中的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的范围内，并将线路中的浪涌电流以合适的路径泄放至大地。

随着社会上对电气电子设备防雷的逐步重视，SPD的使用越来越普遍。笔者通过近几年的实践发现，很多SPD的安装使用都存在不合理的地方，尤其以SPD泄流通道的选择方面居多，大多数雷击事故的发生都与其有着一定的联系。因此SPD的正确安装、合理使用就显得特别重要。

但是由于实际操作中很多工作人员对SPD安装的规范条文理解不到位，导致SPD往往无法发挥其应有的作用。鉴于此种情况，本文依据相关技术规范探讨了SPD泄流通道的选择问题。

1  SPD泄流通道存在的问题分析

1.1 电源SPD泄流通道存在的问题

SPD的泄流通道是指SPD将线路中的浪涌电流泄放至大地的路径[1]。目前很多电气系统配电箱中安装的SPD，其接地端均已经接到了配电箱的接地排上，对于最常见的TN配电系统来说，系统的保护接地可以通过PE接地线来实现。但是对于SPD泄放浪涌电流而言，仅依靠配电系统中的保护接地则是不合理的，详见下图分析：

图1  TN系统中常见的电源SPD泄流通道示意图

 

上图中所示的SPD泄流通道为：电气线路中的浪涌电流经过SPD泄放至配电箱接地排，再经由PE接地线流向前级配电柜后直至配电系统变压器中性点，最后泄放至大地。

上述SPD的泄流通道极易导致配电系统PE接地线上流过近千安级别的浪涌电流，该部分电流将有很大可能沿着配电系统PE接地线流入其他相连的分支线路中，导致整个配电系统的PE接地线上出现暂态过电压，进而造成系统零地电压瞬时过大，形成对其他线路上设备的地电位反击，损坏设备[2]。

近几年社会上出现较多的诸如电梯系统控制板，火灾报警控制器等遭雷击的事故调查分析也证明，其损坏的直接原因就是由于相应系统中安装SPD的泄流通道选择的不合理造成的。

1.2 信号SPD泄流通道存在的问题

对于电子信息系统信号线路上安装的SPD而言，由于受到各种客观因素的限制，目前很多计算机机房在设置时没有考虑相应的防雷措施，机房的安全保护接地系统仍旧依靠配电系统的保护接地来实现。

很多信号SPD的接地端被直接或间接的接到设备配电箱的接地排或者设备机柜柜体上，从而导致信号线路上的浪涌电流最终还是泄放到了配电系统的“保护接地”上，如下图所示：

图2 电子信息系统中常见的信号SPD泄流通道示意图

 

上图中所示的SPD泄流通道为：信号线路上的浪涌电流经过SPD直接泄放至设备配电箱接地排或者机柜柜体，再经由配电系统PE接地线流向前级配电柜后直至配电系统变压器中性点，最后泄放至大地。

上述SPD的泄流通道使电子信息系统的信号线路经SPD直接与配电系统的PE接地线相连，一旦SPD出现故障对“地”短路，则会直接导致强弱电系统互通，配电系统PE接地线上的干扰电压及干扰电流会直接加到信号线路上，可能会出现信号线路插入损耗增大，信号衰减严重甚至出现信号传输中断等情况，影响信息系统设备的正常运行[3]。

2  SPD合理的泄流通道

无论是电源SPD还是信号SPD，其合理的泄流通道均应该保证在泄放浪涌电流的同时，将被保护的系统设备造成的影响降到最小。为了充分说明问题，我们首先要了解等电位联结的概念。等电位联结是指将分开的诸金属物体直接用连接导体或经电涌保护器连接到防雷装置上以减小雷电流引发的电位差[4]。

其最常见的表现形式即建筑物内部预留的等电位联结端子板（LEB）。LEB应是SPD合理泄流通道的重要组成部分，详见下图：

图3  SPD合理的泄流通道示意图

 

上图中所示SPD泄流通道为：电气（信号）线路中的浪涌电流经SPD直接或间接泄放至建筑物内部预留的等电位联结端子板（LEB），再经由LEB直接流入大地。

由于LEB直接引自建筑物共用基础接地，建筑物基础接地电阻值一般要比配电系统PE接地线到变压器中性点的电阻值小很多，而且从LEB到建筑物基础接地距离较短，因此绝大部分浪涌电流会经LEB泄放至大地，避免了浪涌电流经PE接地线流入配电系统中产生的干扰。

要指出的是，无论是电气线路还是信号线路，安装了电源SPD的配电箱接地排或者是信号SPD转接箱接地排亦或者是机柜柜体均必须要以最短的路径与建筑物内预留的LEB做等电位联结[5]。

3 结论

SPD的安装与使用过程中必须正确理解其保护原理以及相关技术规范条文，尤其要注意检查其泄流通道是否合理，即SPD的接地端是否直接或间接的与建筑物内预留的LEB做好等电位联结。只有这样才能真正做到SPD的正确安装与合理使用，进而发挥其应有的保护作用。