1、刍议防雷设计中浪涌保护器 SPD 的应用【摘要】：雷电是一种频发的自然现象，雷电灾害是自然灾害中最为严重的种类之一，伴随着雷电而产生强大的电流、猛烈的冲击、强烈的电磁辐射等一系列的物理效应都有着巨大的破坏作用，尤其对现代化生产中电力系统的破坏十分显著，雷电对供配电系统、通信设备等的损坏每年都有发生，造成了巨大的经济损失和人员伤亡，且这种破坏是瞬间产生的，这就使得对于雷电灾害的控制只能也必须采取预防措施。而随着相关的电子设备对防雷要求的日益严格，通过安装浪涌保护器来抑制线路上的浪涌和瞬时过电压，泄流线路的过电流成为现代防雷技术中的重要环节之一。本文在介绍浪涌保护器的基础上，对其在石油天然气行业中
2、供配电系统防雷设计中的引用进行了分析探讨。 【关键字】：浪涌保护器；供配电设计；防雷设计 Abstract: Lightning is a frequent natural phenomena, lightning disaster is one of the most serious natural disaster types in, accompanied by thunder and lightning and electromagnetic radiation produced by strong current, the violent impact, strong and has
3、 a great damage to the physical effects of a series of modern power system, especially for the production of destruction very obviously, lightning damage to the power supply system, communications equipment and other occur every year, causing enormous economic losses and casualties, and this failure
4、 arose instantaneously, which makes the control for the lightning disaster can also must take preventive measures. In this paper, on the basis of surge protective device, the oil and gas industry for reference in the design of lightning protection of distribution systems are discussed. Key words: su
5、rge protector; power supply design; lightning protection design 中图分类号：TU856 文献标识码：A 文章编号： 科学技术和社会经济的发展，使得信息化的设备在各行各业中得到了广泛的应用。随着信息化设备在石油天然气行业中的应用，我国的石油天然气输送管道的自动化水平也越来越高。使用信息化设备能够方便地实现对现场控制、数据采集、传输、远程监控等生产实时信息的一体化管理，对促进石油天然气行业的发展有着十分重要的作用。而同时，自动化的管理使得生产对电力系统的要求也更高，但由于电子设备的集成度越高，耐冲击的能力也就越低，使得由过电压引起的系
6、统级设备故障、损害的事件较为频繁，造成了较大的社会经济损失。过电压一般有系统或设备的内过电压和外过电压两种，内过电压多是由于操作不当而引起的，又称为操作过电压，外过电压则是由于雷电造成的，在两种过电压中，由于雷击能产生巨大的雷电流，其对整个电力系统造成的破坏性非常大，更严重时还会造成人员的伤亡，而外过电压又是过电压引起的系统故障中的主要原因，因此，为了保护系统和设备的安全运行，对系统和设备进行防雷设计十分必要。 一、浪涌保护器 浪涌保护器（SPD，Surge Protective Device）也即是我们常说的防雷器，又叫做电涌保护器、避雷器，是一种用于保护各种电子设备、仪器仪表、通讯线路免遭
7、雷电电磁脉冲或操作过电压破坏的电子装置，是电子设备雷电防护中一种不可或缺的装置。它主要是通过将强大的雷电流泄流入地，或是将窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或者系统能够承受的范围内，来保护设备或者系统不受冲击，从而保护系统或设备的安全。 浪涌保护器按照不同的分类方法可以分成不同的类型，其中按工作原理分类，可以分为电压开关型、限压型和组合型浪涌保护器；按照其用途可以分为电源线路浪涌保护器和信号线路浪涌保护器两种；按组合的结构，分为间隙类、放电管类、压敏电阻类、抑制二极管类、压敏电阻/气体放电管组合类和碳化硅类；按照安装的形式可以分为并联浪涌保护器和串联式浪涌保护器。 浪涌保护器的电路根
8、据需要的不同有着多种不同的形式，其类型和结构按照用途的不同也各有不同，但一般都有一个非线性电压限制原件，基本的元器件有放电间隙、气体放电管、压敏电阻、抑制二极管和扼流线圈。 浪涌保护器采用的是温控保护电路和最新的灭弧技术，内置有热保护，能够彻底地避免火灾，且具有保护通流量大、残压低、响应时间快、结构严谨、性能可靠、工作稳定的优点，同时带有电源状态指示，能够对浪涌保护器的工作状态进行指示，在安防、通讯、交通、石化等领域内的电子设备和系统防雷防护中都有着广泛的应用。 二、浪涌保护器在防雷设计中的应用 1、浪涌保护器发展现状 早在上世纪五 50、60 年代，国外就开始在防雷设计中广泛使用了浪涌保护器
9、，在国外也被成为浪涌流保护器。我国的浪涌保护器最早也叫做过电压保护器，但由于实际上浪涌保护器不仅能够抑制过电压，还能分走浪涌电流，只简单地将这种避雷器称作过电压保护器不够全面，因而在对建筑物防雷设计规范 （GB50057）标准进行局部修订时，去除了过电压保护器这一名称，而将其统一称为浪涌保护器。 随着今年来我国经济的快速发展，和人们防雷意识的不断提高，国内的浪涌保护器得到了较快的发展，且逐渐形成了一个新的产业。 目前市面上浪涌保护器的品牌有很多，其中较为常见的有美国的PANAMAX 浪涌保护器、英国 ESP furse 浪涌保护器、德国 OBO 浪涌保护器等，国内较为常见的则有浙江雷顿防雷、四
10、川中光防雷、广州海德浪涌保护器和中国大陆雷克星浪涌保护器几种。 2、防雷系统设计 在电气系统中，设备遭到雷击受损的情况通常有四种。 （1）设备直接遭受雷击而损坏； （2）雷电产生的强烈的雷电脉冲沿着信号线、电源线或者其他的金属管线侵入到设备中，损坏设备； （3）雷击时强大的雷电流经过引下线和接入体泄入地面，使设备的接地体产生瞬间高电位形成地电位反击，造成设备的损坏。 （4）雷电发生时，会对周围形成强大的电场、磁场，而在设备安装过程中，如果安装方法不正确或是安装位置不当，就会很容易因为受到电场、磁场的影响而损坏。 根据雷电损坏设备的几种形式，在进行防雷系统设计时，可以通过对直击雷防护、感应雷防护
11、、供电系统防护、信号传输线路和通讯电缆防护等几个方面进行方案的设计，从而实现对系统和设备的防雷防护。3、直击雷防护和感应雷防护 在石油天然气工程供配电的防雷设计中，为了保证直接雷不会直接击中中央控制室和仪器、设备、电路等，设计者需要考虑通过安装接闪器和拦截带来建立起系统的外部防雷系统，尤其要注意对长距离或者跨设备的信号线路和通讯电缆进行防雷设计，确保其不再防雷盲区内。 而由于石化企业中的防雷设计规范是较为全面的，系统和设备遭受雷电直击的可能性不是很大，因而应当更注重于感应雷的防护。感应雷对设备的破坏是通过信号传输线、通信电缆等入侵设备的，因此，在设计防护方案时，须全面考虑感应雷的破坏途径，对其
12、进行分别的防护设计。 4、供电系统防护 在供配电系统建设时，通常周围都已使用了避雷针、接地网等防直击雷的保护措施，由直击雷形成的浪涌对系统的威胁性已经被降低了很多，因而在进行方案设计时，可以根据实际的情况和要求，考虑到预算费用等方面的因素，一般为了提高系统的可靠性，在设计中常常采用双回供电系统，这种系统能很好地实现电源供电线路冗余，但同时雷电冲击波能量会从配电线路进入到系统的电源卡，因此对供电系统防护十分重要，在对其进行防护时，一般采用三级防护方案，其具体的方案如下图一所示。 图一 电源供电系统三级防护方案 5、信号传输线路、通讯电缆防护 在对信号传输线路和通讯电缆进行防雷防护时，要综合考虑回
13、路信号的工作电压、频率、电流、电缆接线方式等多个方面，在确保其能达到保护作用且不影响系统工作的前提下，尽可能减少工程施工量，对回路进行保护时通常是选择串联型的信号浪涌保护器，而通讯线路的浪涌保护器选型要尽量选用带宽高、工作压力低的类型。 6、方案设计主要参考规范 在防雷设计中，主要参考的设计规范为以下几种： （1） 35-110kV 高压变电所设计规范GB50059-92 （2） 液化天然气（LNG）汽车加气站技术规范NB/T 1001-2011 （3） 汽车加油加气站设计与施工规范GB50156-2012 （4） 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范GB 50058-92 （5） 10kV 及
14、以下变电所设计规范GB50053-94 （6） 建筑防雷设计规范GB50057-2010 （7） 供配电系统设计规范GB50052-2009 （8） 建筑照明设计标准GB50034-2004 （9） 低压配电设计规范GB50054-2011 （10） 通用用电设备配电设计规范GB50055-2011 （11） 电力工程电缆设计规范GB50217-2007 （12） 石油化工静电接地设计规范 SH3097-2000 结语： 在电气系统的防雷设计中，采用浪涌保护器对系统进行整体的防雷策略虽然会增加前期投入的成本，但系统后期的抗雷击能力被大大地提高，很好地保证了系统运行的安全可靠。同时，在整体防雷设
15、计中，浪涌保护器的选型还要考虑到峰值电涌电流、可测限制电压、响应时间、最大持续工作流等相应的性能参数，以及浪涌保护器的外型、重量、尺寸等参数，在进行安装施工时也要严格按照相关的施工规范进行，以确保其性能的正常良好发挥。 参考文献： 1陈谦.解读建筑物防雷设计规范如何选择 SPDJ.建筑电气，2012， （12）. 2惠建新.石化电气工程浪涌保护器的应用J.科技创新与应用，2012， （14）. 3张成祥.几种简单的 SPD 风险评估方法J.青海气象，2007， （F06）. 4张赛忠，王小英.低压配电系统浪涌保护器安装方法探讨J.科技风，2009， （13）. 5郭凤文.关于 SPD 的几个问题的讨论J.电气应用，2005， （8）.
