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【摘要】本文介绍了雷电对低压设备可能引起的危害，以及低压设备防雷的一些基本措施和浪涌保护装置选型原则，通过实际应用的案例，探讨了初步的防护措施，以便有效地防止雷电对低压设备的损害。
【关键词】低压设备；接地；浪涌；防雷
1.引言
在电力系统中，对于强电设备的防雷措施比较完善，经验也比较丰富，但是对于低压设备（如通讯设备、自动化设备、计算机及网络设备、弱电电源设备等）的防雷却显得很薄弱，每年各种低压设备因雷击而遭受破坏的事例屡见不鲜。随着电力系统现代化、信息化进程的发展，低压设备在整个电力系统中已占据举足轻重的地位，因此如何保护低压设备系统免遭损害也越来越引起了各方面的高度重视，本文就此作一初步的探讨。
2.电子设备防浪涌要求
（1）耐压要求
当瞬间电压超过电子设备的绝缘耐压值时，其安全性能会降低，甚至被毁。因而电子设备的瞬间过电压应该小于其绝缘耐压值，正常的工作电压应小于保护电压。
（2）过流保护要求
电子设备的过流能力一般设计为额定电流的1.5～2倍，以此为标准选择电子元器件。如额定电流为0.22A的计算机其最大过流能力约为0.45A，当电流大于该值时，电子设备所选用的电子元器件将会烧坏而无法正常工作，因而应该保证到达电子设备的瞬间过电流小于其额定电流的1.5～2倍。
（3）动态响应时间的要求
电子设备在设计过程中，已经采用了许多保护器件，如快熔器、压敏电阻、空气开关、继电保护器件等，每种保护器件都有特有的动态响应时间（如空气开关、继电保护器件其动态响应时间约在200ms左右），而每种电子设备也有其保护响应时间，因而流过电子设备的浪涌的瞬态时间应该大于电子设备的动态响应时间，避免保护器件来不及响应而使浪涌通过电子设备。
（4）接地保护要求
电子设备在安装时，应做到良好接地，否则雷电所产生的浪涌能量不能有效地对地泄放而击毁器件。
3.低压系统防浪涌措施
根据IEC61312标准，低压设备应设置多级防雷保护措施，一般为三级配置。由于雷电流主要是由首次雷击电流和后续雷击电流所组成，因此，雷电过电压的保护必须同时考虑到如何抑制（或分流）首次雷击电流和后续雷击电流。在采取多级保护措施的同时，还必须考虑各级之间的能量配合和解耦措施。低压系统的防雷可采用两种措施，即外部防雷和内部防雷。外部防雷可将绝大部分雷电流直接引入地下泄散；内部防雷可阻塞沿电源或信号线所引入的雷电波。这两道防线，互相配合，各尽其职，缺一不可。
3.1 外部防雷与接地
外部防雷主要指建筑物的防雷，一般是防护直击雷，它是防雷技术革新的主要组成部分，其技术措施可分接闪器（避雷针、避雷带、避雷网等金属接闪器）、引下线、接地体等。接地电阻应符合相关标准，一般为4Ω。
3.2 内部防雷
内部防雷系统主要是对建筑物内易受过电压破坏的设备加装过压保护装置，在设备受到过电压侵袭时，保护装置能快速动作泄放能量，从而保护设备免受损坏。内部防雷分为电源防雷和信号防雷。
（1）电源防雷系统
电源防雷系统主要是防止雷电波通过电源线路对计算机及相关设备造成危害。为避免高电压经过防雷器对地泄放后的残压或因更大的雷电流在击毁防雷器后继续毁坏后续设备，以及防止线缆遭受二次感应，依照有关防雷工程试行草案，应采取分级保护、逐级泄流的原则。
（2）信号防雷系统
由于雷电波在线路上能感应出较高的瞬时冲击能量，因此要求网络通信设备能够承受较高能量的瞬时冲击，而目前大部分设备由于电子元器件的高度集成化而使耐过电压、耐过电流水平下降，必须在网络通信接口处加装必要的防雷保护装置以确保网络通信系统的安全运行。
3.3 浪涌保护装置选型原则
（1）最大放电电流选择
根据建筑物地理位置及年平均雷暴日，计算Ng（1km2面积内年平均雷击数）值，确定电源防雷器的最大放电电流。一般可选用100kA或65kA，作为该系统电源的一级防雷；二、三级防雷可选用40kA，终端选用插座型避雷器。
（2）最大持续耐压选择
我们知道，在压敏电阻的两端施加1mA的电流时，所测得的电压为压敏电阻的压敏电压，也是防雷器的标称导通电压，实际上，厂家或商家公布的是适合220V或380V电源的防雷器的实际最大持续耐压，该数值小于防雷器的压敏电压，设计上认为电源防雷器的最大持续耐压是一临界值，超过该值，防雷器动作。
（3）残压选择
目前，在国内销售的防雷产品在额定放电电流下的残压Ur是差不多的，有差别也只是100～200V而已，而电源防雷器安装后的线间压降UL=L×di/dt很大，因此只考虑防雷器本身的残压Ur是不够的，而应考虑整个系统的残压U=Ur+UL。对计算机等电子设备来说，其绝缘耐压可高达1800V以上，通过合理的施工是能够满足设备保护要求的。
（4）漏电流选择
在75%的标称导通电压下，所测得的流过防雷器的电流，称为电源防雷器的漏电流I0，按照国家标准此参数应小于20μA，漏电流I0越大，电源防雷器将积聚更多能量而使电源防雷器发热的可能性增大，而漏电流又是随着压敏电阻的温度升高而增大的，因此，此时该压敏电阻就处于恶性循环状态，这也表明了漏电流随时间的变化率（增加率）越大，电源防雷器积聚能量将越快，从而使电源防雷器的性能越趋恶化。
（5）告警方式选择
目前能提供的告警方式共有三类，一类是遥信、遥测告警，适用于无人值守的工作场合；另一类是可视告警，通过机械设计实现告警功能，这类告警方式应在雷雨过后对设施进行检查或定期检查，适用于所有的场合，也是目前使用最多的告警方式；还有是声光告警。防雷产品属安全保护产品，其结构应越简单越好，因此建议采用可视告警方式。
（6）结构化设计
电源防雷器的结构化设计是非常重要的，如果压敏电阻是被树脂密封着，散热效果较差，会使压敏电阻因发热而处于恶性循环状态，使电源防雷器的整体性能下降。目前，电源防雷产品有两种结构形式：整体式模块化设计和插拔式模块化设计。插拔式结构在插拔时必然因间隙存在而发生放电干扰，尤其在空气湿度比较大的地方，此现象将会更严重，使防雷器的性能下降。而整体式模块化设计不存在任何间隙，同时因采用导轨式安装，也可实现热（带电）更换。因此选择整体式模块化设计的电源防雷产品更为合适。
4.结论
随着通信设备、网络设备、计算机应用系统等的大规模使用，雷电以及操作瞬间过电压造成的危害越来越严重，以往的防护体系已不能满足通信、网络、计算机等安全的要求。应从单纯一维防护（避雷针引雷入地—无源防护）转为三维防护（有源和无源防护），系统综合地考虑对低压设备进行浪涌防护。
参考文献
[1]许颖.雷电防护要求和措施[M].中国建筑工业出版社，2010.
[2]谭国安.金融计算机信息系统雷电防护知识[M].中国金融出版社，2005.
[3]肖稳安.雷电与防护技术基础[M].气象出版社，2006.
作者简介：许艳华（1975—），河南许昌人，大学本科，工程硕士，许昌职业技术学院机电工程系讲师。
【关键词】低压设备；接地；浪涌；防雷
1.引言
在电力系统中，对于强电设备的防雷措施比较完善，经验也比较丰富，但是对于低压设备（如通讯设备、自动化设备、计算机及网络设备、弱电电源设备等）的防雷却显得很薄弱，每年各种低压设备因雷击而遭受破坏的事例屡见不鲜。随着电力系统现代化、信息化进程的发展，低压设备在整个电力系统中已占据举足轻重的地位，因此如何保护低压设备系统免遭损害也越来越引起了各方面的高度重视，本文就此作一初步的探讨。
2.电子设备防浪涌要求
（1）耐压要求
当瞬间电压超过电子设备的绝缘耐压值时，其安全性能会降低，甚至被毁。因而电子设备的瞬间过电压应该小于其绝缘耐压值，正常的工作电压应小于保护电压。
（2）过流保护要求
电子设备的过流能力一般设计为额定电流的1.5～2倍，以此为标准选择电子元器件。如额定电流为0.22A的计算机其最大过流能力约为0.45A，当电流大于该值时，电子设备所选用的电子元器件将会烧坏而无法正常工作，因而应该保证到达电子设备的瞬间过电流小于其额定电流的1.5～2倍。
（3）动态响应时间的要求
电子设备在设计过程中，已经采用了许多保护器件，如快熔器、压敏电阻、空气开关、继电保护器件等，每种保护器件都有特有的动态响应时间（如空气开关、继电保护器件其动态响应时间约在200ms左右），而每种电子设备也有其保护响应时间，因而流过电子设备的浪涌的瞬态时间应该大于电子设备的动态响应时间，避免保护器件来不及响应而使浪涌通过电子设备。
（4）接地保护要求
电子设备在安装时，应做到良好接地，否则雷电所产生的浪涌能量不能有效地对地泄放而击毁器件。
3.低压系统防浪涌措施
根据IEC61312标准，低压设备应设置多级防雷保护措施，一般为三级配置。由于雷电流主要是由首次雷击电流和后续雷击电流所组成，因此，雷电过电压的保护必须同时考虑到如何抑制（或分流）首次雷击电流和后续雷击电流。在采取多级保护措施的同时，还必须考虑各级之间的能量配合和解耦措施。低压系统的防雷可采用两种措施，即外部防雷和内部防雷。外部防雷可将绝大部分雷电流直接引入地下泄散；内部防雷可阻塞沿电源或信号线所引入的雷电波。这两道防线，互相配合，各尽其职，缺一不可。
3.1 外部防雷与接地
外部防雷主要指建筑物的防雷，一般是防护直击雷，它是防雷技术革新的主要组成部分，其技术措施可分接闪器（避雷针、避雷带、避雷网等金属接闪器）、引下线、接地体等。接地电阻应符合相关标准，一般为4Ω。
3.2 内部防雷
内部防雷系统主要是对建筑物内易受过电压破坏的设备加装过压保护装置，在设备受到过电压侵袭时，保护装置能快速动作泄放能量，从而保护设备免受损坏。内部防雷分为电源防雷和信号防雷。
（1）电源防雷系统
电源防雷系统主要是防止雷电波通过电源线路对计算机及相关设备造成危害。为避免高电压经过防雷器对地泄放后的残压或因更大的雷电流在击毁防雷器后继续毁坏后续设备，以及防止线缆遭受二次感应，依照有关防雷工程试行草案，应采取分级保护、逐级泄流的原则。
（2）信号防雷系统
由于雷电波在线路上能感应出较高的瞬时冲击能量，因此要求网络通信设备能够承受较高能量的瞬时冲击，而目前大部分设备由于电子元器件的高度集成化而使耐过电压、耐过电流水平下降，必须在网络通信接口处加装必要的防雷保护装置以确保网络通信系统的安全运行。
3.3 浪涌保护装置选型原则
（1）最大放电电流选择
根据建筑物地理位置及年平均雷暴日，计算Ng（1km2面积内年平均雷击数）值，确定电源防雷器的最大放电电流。一般可选用100kA或65kA，作为该系统电源的一级防雷；二、三级防雷可选用40kA，终端选用插座型避雷器。
（2）最大持续耐压选择
我们知道，在压敏电阻的两端施加1mA的电流时，所测得的电压为压敏电阻的压敏电压，也是防雷器的标称导通电压，实际上，厂家或商家公布的是适合220V或380V电源的防雷器的实际最大持续耐压，该数值小于防雷器的压敏电压，设计上认为电源防雷器的最大持续耐压是一临界值，超过该值，防雷器动作。
（3）残压选择
目前，在国内销售的防雷产品在额定放电电流下的残压Ur是差不多的，有差别也只是100～200V而已，而电源防雷器安装后的线间压降UL=L×di/dt很大，因此只考虑防雷器本身的残压Ur是不够的，而应考虑整个系统的残压U=Ur+UL。对计算机等电子设备来说，其绝缘耐压可高达1800V以上，通过合理的施工是能够满足设备保护要求的。
（4）漏电流选择
在75%的标称导通电压下，所测得的流过防雷器的电流，称为电源防雷器的漏电流I0，按照国家标准此参数应小于20μA，漏电流I0越大，电源防雷器将积聚更多能量而使电源防雷器发热的可能性增大，而漏电流又是随着压敏电阻的温度升高而增大的，因此，此时该压敏电阻就处于恶性循环状态，这也表明了漏电流随时间的变化率（增加率）越大，电源防雷器积聚能量将越快，从而使电源防雷器的性能越趋恶化。
（5）告警方式选择
目前能提供的告警方式共有三类，一类是遥信、遥测告警，适用于无人值守的工作场合；另一类是可视告警，通过机械设计实现告警功能，这类告警方式应在雷雨过后对设施进行检查或定期检查，适用于所有的场合，也是目前使用最多的告警方式；还有是声光告警。防雷产品属安全保护产品，其结构应越简单越好，因此建议采用可视告警方式。
（6）结构化设计
电源防雷器的结构化设计是非常重要的，如果压敏电阻是被树脂密封着，散热效果较差，会使压敏电阻因发热而处于恶性循环状态，使电源防雷器的整体性能下降。目前，电源防雷产品有两种结构形式：整体式模块化设计和插拔式模块化设计。插拔式结构在插拔时必然因间隙存在而发生放电干扰，尤其在空气湿度比较大的地方，此现象将会更严重，使防雷器的性能下降。而整体式模块化设计不存在任何间隙，同时因采用导轨式安装，也可实现热（带电）更换。因此选择整体式模块化设计的电源防雷产品更为合适。
4.结论
随着通信设备、网络设备、计算机应用系统等的大规模使用，雷电以及操作瞬间过电压造成的危害越来越严重，以往的防护体系已不能满足通信、网络、计算机等安全的要求。应从单纯一维防护（避雷针引雷入地—无源防护）转为三维防护（有源和无源防护），系统综合地考虑对低压设备进行浪涌防护。
参考文献
[1]许颖.雷电防护要求和措施[M].中国建筑工业出版社，2010.
[2]谭国安.金融计算机信息系统雷电防护知识[M].中国金融出版社，2005.
[3]肖稳安.雷电与防护技术基础[M].气象出版社，2006.
作者简介：许艳华（1975—），河南许昌人，大学本科，工程硕士，许昌职业技术学院机电工程系讲师。