防雷器的選型與安裝
1、前言
隨著電子信息化產品應用的日益廣泛,防雷產品的應用也日益普及。由于一些防雷器用戶對防雷器的一些重要參數缺乏正確的理解,在選擇使用防雷產品中出現了許多問題,使設備不能得到有效保護,造成了安全隱患。為此,根據多年防雷器的制造和使用經驗,在研究防雷器選擇中所要考慮的重要參數的基礎上,提出了防雷器選擇要點。
2、電源防雷器選擇要點
(1)防雷器放電電流
放電電流是選擇防雷器的最重要參數,它表征防雷器泄放雷電流和保護設備的能力。在定義防雷器的放電電流參數時,把放電電流分為標稱放電電流和最大放電電流。
在目前國家和國際的有關標準中,對于限壓型防雷器,用防雷器允許最大放電電流(波形8/20μs)通過1次、允許標稱放電電流(波形8/20μs)通過15次來表征防雷器泄放雷電流的能力。在選擇防雷器時,一定要重視最大放電電流和標稱放電電流的區別,目前大多數防雷器生產廠家的防雷器型號是以最大放電電流來命名的,許多防雷器用戶在選擇時也沒有注意到最大放電電流和標稱放電電流的區別,有的用戶甚至把最大放電電流作為防雷器選擇的最重要依據,而忽略了標稱放電電流。實際上國家標準明確規定,選擇防雷器時必須以標稱放電電流為主要依據,對于以最大放電電流命名的防雷產品型號,需要核對其標稱放電電流參數是否滿足相應的國家標準要求。
(2)接地系統
不同的電氣接地系統,應該選用不同的防雷器,而這一點也是非專業防雷用戶經常容易忽略的,特別是TT系統和IT系統。不同的接地系統對防雷器選擇的影響分兩個方面:防雷器的最大持續工作電壓和防雷器的結構形式。
最大持續工作電壓是指允許持久地施加在防雷器上的最大交流電壓有效值或直流電壓,其值等于額定電壓。當加在防雷器上的電壓大于其可以耐受的最大持續工作電壓時,防雷器將會損壞。
最大持續工作電壓(Uc)選得大些,在電壓不穩情況下,防雷器不易損壞(但會增加防雷器的殘壓)。GB50057規定(考慮10%的電壓偏差和5%的防雷器器件老化):TN系統,Uc不應小于1.15U0(U0為防雷器的額定工作電壓;計算值為253V);TT系統分兩種情況,分別規定不應小于1.55U0(計算值為341V)和不應小于1.15U0(計算值為253V);IT系統,Uc不應小于1.15U(U為線間電壓;計算值為437V)。
不同的接地系統,對防雷器結構的選擇也有影響。一般來說,TN-S系統要求選用4P結構的防雷器,TN-C系統要求選用3P結構的防雷器,TT系統要求選用具有NPE結構的3P+NPE結構的防雷器。選擇不適當,容易引起防雷器的損壞。目前許多防雷器用戶對這一點沒有引起重視,特別是TT系統,造成防雷產品選型上的不正確。
(3)殘壓
防雷器的殘壓是指雷電波通過防雷器時,防雷器兩端輸出的最高瞬時電壓。防雷器猶如一個電壓限幅器,它的輸入端上的雷電壓峰值雖然有上萬伏,甚至幾萬伏,但經過防雷器就大大地削減了,削減后輸出的峰值電壓就是殘壓,不同防雷產品的殘壓是不一樣的。
需要注意的是,設備前的殘壓不僅是指防雷器的殘壓,還應該包括導線、各器件、各聯結點上的殘壓。
這些累加的殘壓加到被保護的設備上,當該殘壓比被保護設備的耐壓大時,被保護設備就會被損壞。為安全計起見,要求累加的殘壓小于被保護設備耐壓的80%。
同時需要注意的是,對于同一防雷器來說,最大持續工作電壓越大的防雷產品,其殘壓也會越大。
(4)前、后級防雷器之間的協調配合
為了有效地分配雷電流在前、后級防雷器之間泄放,避免雷電流分配的不合理,引起防雷器的損壞,前、后級防雷器之間必須具有一定的阻抗匹配。國家標準GB50057要求,第一級開關型防雷器與第二級限壓型防雷器之間電線長度應該大于10米(若第一級采用開關型防雷器的話),第二級與第三級限壓型防雷器之間電線長度應該大于5米,不滿足上述要求時要在線路上加裝特殊設計的去耦器。不滿足此要求,會出現后一級防雷器被雷電流擊毀的事故,這一點許多客戶沒有引起重視。
(5)防雷器的耐熱和熱穩定
為了在較為惡劣的熱環境下保證防雷器的正常工作,國家標準GB18802.1對防雷器的耐熱和熱穩定提出了要求。
防雷器的耐熱試驗要求防雷器在環境溫度為80℃±5℃的加熱箱中保持24h,防雷器的脫扣機構不應動作,同時防雷器在溫度為100℃±2℃的加熱箱中保持1h,其內部組裝用的任何密封材料不能滲流出來,冷卻后產品不變形可以正常使用。
防雷器的熱穩定試驗要求防雷器在流過一定數值的工頻電流(試驗時依據下列數值逐級增加:2、5、10、20、40、80、160、320、640和1000mA的有效值或相應峰值)并達到熱平衡時(如果脫扣機構動作,則試驗終止),試驗用防雷器表面溫度應該小于120℃,在脫扣機構動作后5min后,防雷器表面溫度小于80℃。
由于目前防雷行業的不規范,許多防雷廠家的防雷器目前沒有做該項目測試,而該項指標對防雷器的安全又非常重要,是衡量防雷產品性能優劣的主要指標之一,需要引起客戶的足夠重視。
(6)暫態過電壓(TOV)特性
限壓型防雷器的失效形式是短路,質量不好的防雷器失效時可能會起火,引起嚴重事故。國家標準GB18802.1對防雷器的暫態過電壓(TOV)特性要求正是為了保證防雷器在失效時不會引起火災等安全事故而制定的。
暫態過電壓特性指標要求防雷器在施加一定數值的過電壓(具體取決于系統),持續時間200ms,試驗電流限制到300A(有效值)時,試驗時覆蓋于防雷器外圍的薄紙或紗布不能燃燒、起火。同時在施加等于最大持續工作電壓Uc的工頻電壓1min,電流不超過0.5mA有效值時,防雷器脫扣結構動作,并且防雷器上應有明顯的、有效的和永久的斷開標志。
對防雷器來說,影響暫態過電壓(TOV)特性最主要的是防雷器所用的閥片的性能、防雷器的脫扣機構的可靠性和防雷器的結構。
(7)防直接接觸
防雷器安裝后是帶電的,因而國家標準GB18802.1對防直接接觸提出了要求,這就是當防雷器正常使用安裝和接線后,帶電部件應該不易觸及。目前市場上的防雷器,包括一些知名的國外品牌防雷器,該項指標可能也存在缺陷,用戶選擇時要引起注意。
3、信號防雷器選擇要點
信號防雷器串聯安裝在線路上,在選擇防雷器時首先要保證防雷器能起到保護作用,同時還要考慮防雷器與通信線路的匹配問題,所以在選用信號防雷器時主要考慮:放電電流、電壓等級、速率匹配、接口類型、等電位連接和相互干擾等。
放電電流等級的選擇。在允許的情況下盡量選擇具有較大放電電流能力的防雷器(有些信號防雷器內部具有兩級保護,通流能力較大,如5—10KA;而有些信號防雷器則只有一級保護,通流能力較小,如只有0.5KA)。
電壓等級的選擇。信號防雷器的最高工作電壓的選擇,是依據通信線路的工作電壓來確定的。一般來說,信號防雷器的最高工作電壓必須大于通信線路工作電壓的1.2倍。
速率匹配的選擇。信號防雷器所支持的最高傳輸速率應該大于通信線路的通信速率,否則將導致通信中斷或誤碼率增加等狀況,影響通信系統的正常工作。
接口類型的選擇。信號防雷器是串聯安裝在通信線路上,為了匹配阻抗和保持最小的接觸電阻(減小衰減),要選擇與通信設備上相同類型的接口,同時還要注意線對配合,同軸接口還要注意公母配合。在選對了接口后,在安裝時還需要確認通信設備使用的通信腳與防雷器的保護腳相匹配。
等電位連接和相互干擾。為了適應多回路的綜合防雷保護,許多國內防雷廠家開發了具有多回路防雷保護的集成式防雷器,如同時具有電源回路、視頻信號回路、控制信號回路防雷保護的綜合視頻防雷器。這類防雷器應該在內部做好等電位結構,同時要考慮到交流電源對視頻信號的干擾
4、結束語
防雷系統是一個復雜的系統,其中防雷器選擇是一個重要的環節,防雷器選擇不正確,整個防雷系統將是不可靠的,被保護設備的安全、正常運行更是得不到保證。