电源防雷、抗电涌、防静电第三级保护，至关重要，确保电力、电器设备安全！

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浅谈电源电涌第三级保护

深圳市碧通电子有限公司 蓝开平

摘要：论述电源电涌第三级保护必要性，提出做好电源电涌第三级(含D类)保护的一些建议。

关键词：电源电涌保护 三级防雷 电涌保护 静电保护

在21世纪信息时代，雷电灾害所涉及的范围几乎遍布各行各业。尤以大规模集成电路为核心组件的通信、计算机网络、测量、监控、电器等先进电子设备广泛运用于电力、航空、国防、通信、广电、金融、交通、石化、医疗以及其它现代生活的各个领域。由于这些电子设备普遍存在着对暂态过电压、过电流耐受能力较弱的缺点，因雷电和其它形式的电涌侵入电器设备内部，造成干扰、损坏的灾害事故呈逐年上升趋势。根据历史统计资料分析，在雷击损坏电器设备的事故中，有70%以上是从供电线路侵入的。因此，电源系统防雷是电子设备及其系统防雷的重要环节。

对建筑物及其电子信息系统的电源供电线路实施多级防雷是综合防雷的重要组成部分，这是防雷业界的共识。电源系统第一、第二级防雷保护，从防雷设计、设备配置、安装到检验，无论是设计方、施工方、建设方和工程验收方都极为注重，一般都能达到国家有关标准要求。关于电源系统第一、第二级防雷，已有很多文章论述，在此不再重复。下面对电源系统第三级防雷（电涌保护）进行浅析和探讨。

对于电源第三级防雷保护的必要性和重视程度，有一个认识问题。作者从建筑设计院设计师了解到，许多建筑设计中，对电源第三级防雷都不涉及，只设计电源总配电和大楼分配电的防雷（即电源第一级和第二级防雷）。究其原因，电器设备的配置在设计时往往都是变数，需要保护的电器设备除机房外都比较分散，数量也多。除此之外，工程的复杂性，工程费用的增加，对工程施工方和建设方来说，在某种程度上都会带来负担。因此，在防雷工程实施中往往被“疏忽”或淡化。这样，防雷系统第三道防线就成了问题。举一个雷击损坏电器设备的案例：某机场建在海波高度200米山上的一座雷达站，地处雷暴高发区，实施防雷工程时，建了避雷针和接地系统，且在总配电房和机房安装了第一和第二级电源防雷器。1994年夏天，雷电击中山脚附近的架空三相电源供电线路，造成山下水泵房电源配电箱严重损毁，山上雷达站电源设备（包括UPS整流二极管9只、大功率管5只、500V/15A保险管13只）和雷达9块控制电路板损坏，雷达瘫痪，经济损失约200万元。这次事故发生在电源架空线上，我们在这里只探讨电源的防雷保护。上述的总配电房和机房配电箱安装的一、二级电源防雷器均未损坏，可是电源设备损坏却如此严重。有人怀疑是防雷器质量有问题，作者认为不完全如此。安装的电源防雷器性能和可靠程度不清楚，但它对强雷电的侵入未能遏止住是肯定的。回头仔细分析，也不能全怪怨两只电源防雷器，如此强大的雷击，两处电源系统严重损坏甚至冒烟起火，两只电源防雷器能顶得住吗？假如当时电源安装了第三级防雷器，筑起了一道完善的防线，雷达站雷击损坏可能是另一种状况，起码损坏不会那么惨重。

电源第三级防雷保护能起多大的作用？

电源防雷器，无论是第一级、第二级还是第三级，都是并联在电源线路上的，对侵入电源线路的雷电流都同样起分流作用，将雷电流疏通至接地极释放，使电路过电压逐级下降。电源第三级防雷器使第二级的残压进一步降低，也减轻了第一、第二级防雷器的分流负担。像上述雷达站雷击情况，强大的雷电流仅靠电源的第一、第二级泄放是困难的。第一级SPD响应慢，第二级SPD分流能力有限，往往是还来不及释放，部分雷电流就已经跨过了第二级，使第二级输出的残压过高，雷电的能量有待进一步释放。据此就不难明了上述雷达站雷击事故的因果关系。一台或多台电源第三级防雷器的共同参与分流作用，可使雷电流释放更加充分，残压进一步降低，达到电器设备的安全要求。

这里列举另一雷击的案例：2005年5月，广东省东莞市某玩具厂发生一次雷击事故。雷击把该厂安装在电脑主服务器电源端口处的电源电涌保护器打坏，冒出浓浓的黑烟，防雷器电路板严重损毁，防雷的关键元件压敏电阻爆裂。幸运的是电脑服务器并未损坏，拆下电源电涌保护器，接上电源，电脑服务器正常工作。该厂于2004年底为完善防雷系统，安装了电源和信号线路防雷设备，包括四级电源防雷保护（总配电、分配电和电子系统主机分别装了一、二、三级防雷器，有十台电脑电源端口特别加装了2.5KA的电涌保护器作精细保护！）和电脑、电话和监控信号线路防雷。这次雷击除前述的电脑服务器的电源电涌保护器（电源第四级SPD）损坏外，其它的防雷器和电器设备都未损坏。可想而知，是电源第四级SPD起了关键作用而挽救了该厂的电脑服务器，也是电源多级防雷所起的综合防护作用的结果。因为，雷电（感应）进入电源线路后，不可能有明确的走向，而是随机的，哪里的接地电阻小，雷电流就往哪里流。这次雷电流在进入电脑服务器之前，其安装的电源电涌保护器起到了分流、限压的作用，保护了电脑服务器。而该电涌保护器因流过的雷电流过强损坏是正常的现象。这次雷击事故充分的说明了电源多级防雷抗电涌的重要性和它对电器设备系统所起的保护作用，也提醒我们，电源第三级SPD必不可少，重要的关键设备还应做电源第四级SPD的精细保护，以保障电器设备的安全。

上面谈到的电源三级防雷是针对雷电侵入电力系统干线考虑的。实际的电力设备系统的部分终端离分配电柜（第二级防雷）还有一定的距离，这段线路感应雷电仍然存在。特别要提及的是近几年，高层楼宇越来越多，楼越高、受雷击的几率也越多。当雷电击中高楼的避雷针、避雷带时，雷电流沿引下线（通常为建筑物的钢筋）流下向大地释放时会产生电磁场，使周围的金属感应雷电，其中就包括楼内的电源线路。高楼的总配电（第一级防雷）通常放在楼底。这样，高层楼宇电器设备防感应雷主要靠电源第三级SPD。

电涌保护器（SPD）除防雷功能外，还具有抗电涌、防静电功能。日常产生的电涌的面很广，如电源的开和关，电源的插拔，电梯、电闸门、电动机的启动和停止，电钻，电焊，电器设备损坏和电线短路等都会产生电涌。与雷电相比，虽然电涌的脉冲电压较低，但其脉冲宽、持续时间长，强度仍然不小。电涌足于干扰和损坏电器，甚至殃成火灾。且电涌发生在电源系统内部，电源干线、支线、发电机、变配电装置、UPS、交直流电源、甚至电器设备终端都可能发生。一旦发生就会直接进入电器设备内部，造成电器设备的损坏。且电涌平时就经常发生，防不胜防！所以，电涌对电器设备的威胁很大，不可等闲视之！

静电，当雷云或其它带电物体与金属导体靠近时，金属导体会感应出与带电物体极性相反的电荷，静电电荷若得不到及时的释放，其电压会越积越高，可达几百伏至上千伏。静电一旦在电源线路上形成，将威胁电器的安全。

电涌、静电和雷电的性质一样，其防护都可以通过浪涌（电涌）保护器（SPD）加以抑制。前面电源保护器统一称作电源电涌保护（电源SPD）比较恰当。根据雷电、电涌和静电所具有的特性，在电源系统发生的部位及其对电器威胁的程度，可以看出第三级电源SPD保护的范围更广，对各种电涌的吸收更有效，其功能和作用并不亚于第一、二级电源SPD。因此，在建筑及电器设备系统的电源系统实施防雷时，只有同时做好三级电涌保护，才能有效的防范雷电、电涌和静电对电器的侵袭，从而保障电器设备的安全。防雷工程的实践，也充分证明了这一点，无论工程项目范围大小，凡是在做好第一、二级电源防雷的同时，较为完善地解决好电源第三级防雷，防雷工程就能达到良好的效果。在此，需特别强调的是不要忽视第三级电源SPD保护，否则将前功尽弃，殃成恶果！尤其是高层楼宇、电源线路长和跨楼的电器、露天的电器终端、无人值守的基站、机房、监控、监测和监管中心等等，第三级电源SPD保护应着重和加强。电脑机房、监控中心等设备数量多和集中的场所，建议在其配电箱按第二级电源SPD保护处理，在其重要设备终端安装第三级电源SPD。而特别重要的电子信息系统的关键设备，如电脑网络中的服务器，在其设备的电源端口再串接保护水平低的电源SPD作精细保护也有必要。建筑和电器设备系统未做或不完善的三级电源SPD，一定要加以完善。

第三级（D类）电源SPD在其他方面的应用：

《待续》

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