浅谈各种接地方式下电源防雷器的选型

知识点：电源防雷器

防雷是个特种行业，要求从事此行业的工作者要有很全面的知识，包括：电气，电磁兼容，电路分析以及模拟电路等。本文通过简单的介绍希望能让大家在电源防雷器选型的时候有所依据,方便选出适配的型号。

1、防雷器参数的介绍

在我们拿到一个电源防雷模块时，上面有很多参数值，比如：工作电压、最大可持续电压、标称通流量、最大通流量、电压保护水平、响应时间等等，下面分别介绍这些参数以便防雷器的选型。

1.1 工作电压U0

这里的工作电压是设备的工作电压，并不是防雷器的工作电压，电源防雷器可以理解为一个限压开关元件，所以不需要什么工作电压。常见的工作电压有380V和220V。

1.2 最大可持续电压Uc

允许能持久施加在SPD上的最大交流电压有效值或者直流电压叫最大可持续电压。这个电压很多人会觉得应该就是设备的工作电压，或者考虑到电压偏差后的那个电压值,这样的理解是错误的。不同的接地方式下，线对地之间会出现的电压值是有很大的差别的，不能合理的选择最大可持续电压也就无法选择合理的压敏电压。压敏电压选择过大会导致残压值偏高；压敏电压选择过低会使压敏电阻中有持续漏电流，而且随着压敏电阻的劣化，持续漏电流会越来越大，最终导致火灾。

1.3 标称通流量In

标称通流量指能多次通过8/20波形冲击而不会引起压敏电阻性能变化的电流值，这个值由防雷元器件的厚度决定，大小一般等于最大通流量的1/2,这个在防雷选型上没有太大的实际意义，主要用于雷电冲击试验。

1.4 最大通流量Imax

最大通流量是指防雷器在8/20波形下通过一次不会发生损坏和性能变化,在通过2次或者更多次这样的波形冲击下有可能会发生损坏的最大电流值。平时所说的防雷器的通流量也就是最大通流量而不是标称通流量。

1.5 电压保护水平Up

要理解电压保护水平就要首先理解残压和限制电压。残压也就是当防雷器遭受雷电流的情况下，防雷器两端的电压值。电压保护水平不是测出来的，是通过测出的限制电压加上一定的误差给出的值，电压保护水平值大于限制电压水平值。选择防雷器的时候要求电压保护水平值要小于设备的耐压能力值。

1.6 响应时间Ta

防雷器的响应时间由防雷器的元器件决定，一般的气体放电管的响应时间比较长为100ns,也就导致了它的冲击放电电压值远高于直流放电电压，所以放电管不能用作细保护；压敏电阻的响应时间为25ns,根据这个时间差要求多级防雷器按顺序动作，就需要合理的导线长度，如果导线长度不够需要加电感作为退耦器。

2、低压配电系统接地方式电源防雷器最大可持续电压的选择

大部分的防雷业务员和少数的防雷技术员在选择防雷器的时候只关心两个问题：一个问题是单相还是三相的，单相的就选择最大可持续电压275V,三相的就选择385V的；另一个问题是安装位置，也就是选择通流量的问题。很少会有人去关心系统的接地型式,很多人也不懂什么接地系统型式，在这样的情况下给客户选出来的防雷器就有可能出现问题，下面就介绍各种接地方式下该如何选择电源防雷器。

2.1 我国低压配电系统的分类

在我国按照电源中性点的接地状态和中性线和保护线的配置方式，将低压配电系统接地分为TN系统、TT系统和IT系统三种型式，其中TN系统又分为TN-C系统、TN-C-S系统、TN-S系统三种。

2.2 TN-C系统如何选择电源防雷器

TN-C系统如图所示，在TN-C系统中我们可以看出N线和PE线是合并在一起的，因此在N线和PE线之间不需要保护，只需要在L线对PE线之间采取保护即可，这样的系统首先模块的数量就和三相五线制不同。再看最大可持续电压的选择，假设系统发生单相接地故障，此时系统线对地电压就会增加到超过相电压，这样的情况下我们取Uc大于等于1.55U0,通常情况下取Uc值为385V。

2.3 TN-S系统如何选择电源防雷器

TN-S系统如图所示，由于N线和PE线是分开的,所以在N线和PE线之间需要设置限压元件，这样的系统需要的模块数量为4块。有2种方案，,一种是 “4+0”方案,一种是“3+1”方案。下面分别来分析这两种情况下的最大可持续电压该如何选择。

2.3.1 “4+0”方案

“4+0”方案如图所示，在"4+0”方案中如果发生单相接地的情况，线对地之间的电压会上升到超过相电压,一般取Uc大于等于1.55U0,通常情况下取 Uc值为385V,出现在N线和PE之间的电压差取决于系统中性点的位移，一般不会超过系统相电压，这样的情况下取Uc大于等于1.15U0即可，10%考虑到电压偏差,5%考虑的是元件老化，一般取Uc为255V或者275V。

2.3.2 “3+1”方案

“3+1”方案如图所示，保护模式发生了变化，L1线、L2线、L3线首先对N线保护，然后N线通过NPE模块对PE线，如果发生单相接地情况，出现在L线和N线之间的工作电压不会超过相电压，这样的情况下取Uc大于等于1.15U0即可。

2.4 TN-C-S系统如何选择电源防雷器

TN-C-S系统就是一个TN—C和TN-S系统的组合体，选型可以参照上面的分析进行。

2.5 TT系统如何选择电源防雷器

TT系统如图所示，这样的系统可以看出N线只在电源侧接地，它与设备保护地是分开的，所以需要在N线和PE线之间设置限压元件。同样有两种方案：“4+0”方案和“3+1”方案。在这样的系统下选择“3+1”方案比较好,下面分析“4+0”方案在这样的接地型式下可能会出现的问题。

如图所示是一个TT系统下安装4P电源防雷模块图，当模块劣化的情况下，通过模块电流的回路电阻由电源侧接地电阻，变压器电阻，导线电阻，模块电阻以及保护地地阻组成，这样的电阻很大，电流会很小，这样的电流持续加在压敏电阻元件上会引起它的发热，最终引起火灾，大多数情况下选择“3+1”方案，如果要用“4+0”方案，电源防雷器需要安装在 RCD后面，能及时对小电流进行阻断。

至于最大可持续电压的选择，可以参照前面介绍的方法来选择。

2.6 IT系统如何选择电源防雷器

IT系统如图所示，由于IT系统中不存在中性线,所以只需要在L线对PE线之间进行保护即可。即只需要三片模块。

来看Uc值的选择，当发生单相接地故障时，健全相对地之间的电压会上升到线电压，再考虑到电压偏差和元件老化，使用时取的最大可持续电压UC大于等于 1.15x380=437V,一般取 Uc 为440V。

结束语：

以上是本人在设计中的一些自己的想法，可能有些地方考虑欠周，希望能通过本文让大家对防雷器更容易理解，本文只介绍了交流电源防雷器的情况，直流电源防雷器并不能跟交流混用。

相关推荐：

1、GB5226.1-2008 机械电气安全

2、GB19517-2009国家电气设备安全技术规范