电涌避雷器主要参数优化解析

3.5.3.1　电压保护水平Up的选择

限制雷电过电压是使用SPD最主要的目的，电压保护水平Up是SPD最主要的性能指标。应该首先明确电压保护水平的定义和条件，按照IEC61643—1的定义，对限压型SPD，电压保护水平是指标称雷电放电电流下SPD两端可能出现的最大残压；对开关型SPD，电压保护水平是指间隙的雷电冲击陡波下的击穿电压；对串联组合式SPD，电压保护水平是指间隙的雷电冲击陡度下的击穿电压和击穿后雷电流下SPD两端出现的最大残压两值中的较大者；对并联组合式SPD，电压保护水平是指间隙的雷电冲击陡度下的击穿电压。

由于设备的重要性和抗扰度要求程度的不同以及设备的老化，各SPD，尤其是设备旁的SPD，电压保护水平Up应低于其保护范围内被保护设备的冲击耐受水平Uw并留有裕度。对很重要的设备要求裕度大于20%。

考虑连接电涌避雷器的引线阻抗压降、波过程和器件老化等因素，原理上计算SPD的电压保护水平的计算为

式中　Up——电涌保护器的电压保护水平，kV；

Uw——被保护设备的冲击耐压，kV；

L0——电涌避雷器引线单位长度电感，H/m；

l——电涌避雷器的引线长度，m；

i——通过电涌避雷器的雷电流，kA；

K1——考虑SPD和被保护设备之间波过程的系数；

K2——配合裕度系数。

式（3-15）中有些数据取值还在研究中或不易查找，近似估算为

另外，电压保护水平的取值在建筑物电涌保护总体布局时和作级间配合时可能还要进行调整。(www.xing528.com)

3.5.3.2　通流容量的选择

SPD在雷电下动作时，雷电的能量除一部分泄放入地、一部分从入侵的线路上反射回去外，必定还有一部分耗散在保护元件上（例如在非线性电阻或间隙的电弧电阻上）。SPD的通流容量是指其最大能吸收而不损坏的能量，称最大可承受能量。SPD的通流容量涉及SPD在雷电流下工作的可靠性，是决定SPD类型选择、规格和价格的主要因素。如果耗散的能量超过了这个限值，SPD将损坏，如发生边缘闪络、击穿穿孔、烧毁、甚至爆裂。冲击下的能量是功率对时间的积分，在试验中求取比较复杂，许多制造商不能提供确切的数据，故在工程上为了方便，往往以允许通过的规定波形的电流幅值表征，称之为通流容量。

SPD通流容量的选择要求与雷击侵入方式有关。确定SPD的这个极限参数（对应于冲击电流或最大放电电流）应寻找最严重的条件，即建筑物遭受直接雷击，地电位升高向建筑物内的设备或（电源或信号）管线反击。假定雷电流10kA（概率90%以上），建筑物接地1Ω，接地装置上电压达10kV，足以击穿任何低压设备和管线。虽然这样的情况概率很小，却是决定通流容量这个极限参数的条件。

1.第一级SPD通流容量的确定

要注意，反击时流过SPD的仅是原始雷电流的分流。原始雷电流可从接地装置和所有进出建筑物的接地（或埋地）金属管线上分泄，如图3-22所示。对简单情况的粗略估算可以认为50%的雷电流经接地装置入地，其余50%经3种管线入地。电源线是管线之一，而电源线中至少有3条相线。由建筑物地向相线的反击是通过SPD的，这样，每相SPD流过原始雷电流的1/18。

2.后级SPD通流容量的确定

实际上建筑物内的SPD都是多级布置。从整个建筑物的防雷保护考虑，在级间配合良好的情况下，线路进入建筑物外的第一级SPD应泄放绝大部分雷电流，后级SPD通过第一级的残余、沿线侵入的雷电电涌和雷电感应能量以及操作过电压能量，主要是通过第一级的残余，尤其是对第二级，因为第一级的雷电流波形是10/350μs的长波。由于认为后级主要限制沿线侵入的雷电电涌和雷电感应，因此通常以8/20μs波形，用Ⅱ级试验检验，以最大放电电流表征。但是第一级的残余是10/350μs波形的，即使残余电流幅值很小，从对SPD有同样的考核来讲，用8/20μs表征的电流幅值应大得多。由于两种波形下SPD的破坏机理不同，从理论上讲，以用极限能量或电荷等单一的物理量来判断，不同波形下的通流容量不存在固定的折算比例，且与许多因素有关，应以试验决定。从目前能收集到的试验数据看，多在10倍以下。

图3-22　进入建筑物各种设施上的雷电流分流

第三级SPD处于设备近旁，通过第一级的残余更小，主要不是泄放雷电流而是限制浪涌电压，通流容量较小，通常以Ⅲ级试验检验，以Uoc表征。

3.5.3.3　最大持续工作电压UC的选择

SPD长期在电网运行电压下使用会发生老化。最大持续运行电压是SPD可以长期承受而不明显老化的工频或近似工频的电压。最大持续运行电压的选择对SPD在长期运行中的可靠性影响很大。

最大持续运行电压UC的选取与电源系统的情况（配电网接地型式的选择，如TNS、TN-C、TT）、配电变压器机壳与低压侧中点共地与否、高压中点接地与否、电网质量等有关。SPD模块接入位置（相对中、相对地）不同，则暂态过电压不同，对最大持续运行电压的要求也不同。

暂态过电压（1.45～1.73）U0，时间5s和0.2s（U0电网标称工作相电压）的条件下，TN系统，L-N、L-PE不小于1.15U0；TT系统，L-N不小于1.15U0，L-PE、N-PE不小于1.55U0。如电压偏差超过规定的10%，谐波使电压加大的情况，可较上述要求再提高。