防雷器的选型与安装

1、前言
  随着电子信息化产品应用的日益广泛，防雷产品的应用也日益普及。由于一些防雷器用户对防雷器的一些重要参数缺乏正确的理解，在选择使用防雷产品中出现了许多问题，使设备不能得到有效保护，造成了安全隐患。为此，根据多年防雷器的制造和使用经验，在研究防雷器选择中所要考虑的重要参数的基础上，提出了防雷器选择要点。
  2、电源防雷器选择要点
  1）防雷器放电电流
  放电电流是选择防雷器的最重要参数，它表征防雷器泄放雷电流和保护设备的能力。在定义防雷器的放电电流参数时，把放电电流分为标称放电电流和最大放电电流。
  在目前国家和国际的有关标准中，对于限压型防雷器，用防雷器允许最大放电电流（波形8/20µs）通过1次、允许标称放电电流（波形8/20µs）通过15次来表征防雷器泄放雷电流的能力。在选择防雷器时，一定要重视最大放电电流和标称放电电流的区别，目前大多数防雷器生产厂家的防雷器型号是以最大放电电流来命名的，许多防雷器用户在选择时也没有注意到最大放电电流和标称放电电流的区别，有的用户甚至把最大放电电流作为防雷器选择的最重要依据，而忽略了标称放电电流。实际上国家标准明确规定，选择防雷器时必须以标称放电电流为主要依据，对于以最大放电电流命名的防雷产品型号，需要核对其标称放电电流参数是否满足相应的国家标准要求。
  2）接地系统
  不同的电气接地系统，应该选用不同的防雷器，而这一点也是非专业防雷用户经常容易忽略的，特别是TT系统和IT系统。不同的接地系统对防雷器选择的影响分两个方面：防雷器的最大持续工作电压和防雷器的结构形式。
  最大持续工作电压是指允许持久地施加在防雷器上的最大交流电压有效值或直流电压，其值等于额定电压。当加在防雷器上的电压大于其可以耐受的最大持续工作电压时，防雷器将会损坏。
  最大持续工作电压（Uc）选得大些，在电压不稳情况下，防雷器不易损坏（但会增加防雷器的残压）。GB50057规定（考虑10%的电压偏差和5%的防雷器器件老化）：TN系统，Uc不应小于1.15U0（U0为防雷器的额定工作电压；计算值为253V）；TT系统分两种情况，分别规定不应小于1.55U0（计算值为341V）和不应小于1.15U0（计算值为253V）；IT系统，Uc不应小于1.15U（U为线间电压；计算值为437V）。
  不同的接地系统，对防雷器结构的选择也有影响。一般来说，TN-S系统要求选用4P结构的防雷器，TN-C系统要求选用3P结构的防雷器，TT系统要求选用具有NPE结构的3P+NPE结构的防雷器。选择不适当，容易引起防雷器的损坏。目前许多防雷器用户对这一点没有引起重视，特别是TT系统，造成防雷产品选型上的不正确。
  3）残压
  防雷器的残压是指雷电波通过防雷器时，防雷器两端输出的最高瞬时电压。防雷器犹如一个电压限幅器，它的输入端上的雷电压峰值虽然有上万伏，甚至几万伏，但经过防雷器就大大地削减了，削减后输出的峰值电压就是残压，不同防雷产品的残压是不一样的。
  需要注意的是，设备前的残压不仅是指防雷器的残压，还应该包括导线、各器件、各联结点上的残压。
  这些累加的残压加到被保护的设备上，当该残压比被保护设备的耐压大时，被保护设备就会被损坏。为安全计起见，要求累加的残压小于被保护设备耐压的80%。
  同时需要注意的是，对于同一防雷器来说，最大持续工作电压越大的防雷产品，其残压也会越大。
  4）前、后级防雷器之间的协调配合
  为了有效地分配雷电流在前、后级防雷器之间泄放，避免雷电流分配的不合理，引起防雷器的损坏，前、后级防雷器之间必须具有一定的阻抗匹配。国家标准GB50057要求，第一级开关型防雷器与第二级限压型防雷器之间电线长度应该大于10米（若第一级采用开关型防雷器的话），第二级与第三级限压型防雷器之间电线长度应该大于5米，不满足上述要求时要在线路上加装特殊设计的去耦器。不满足此要求，会出现后一级防雷器被雷电流击毁的事故，这一点许多客户没有引起重视。
  5）防雷器的耐热和热稳定
  为了在较为恶劣的热环境下保证防雷器的正常工作，国家标准GB18802.1对防雷器的耐热和热稳定提出了要求。
  防雷器的耐热试验要求防雷器在环境温度为80℃±5℃的加热箱中保持24h，防雷器的脱扣机构不应动作，同时防雷器在温度为100℃±2℃的加热箱中保持1h，其内部组装用的任何密封材料不能渗流出来，冷却后产品不变形可以正常使用。
  防雷器的热稳定试验要求防雷器在流过一定数值的工频电流（试验时依据下列数值逐级增加：2、5、10、20、40、80、160、320、640和1000mA的有效值或相应峰值）并达到热平衡时（如果脱扣机构动作，则试验终止），试验用防雷器表面温度应该小于120℃，在脱扣机构动作后5min后，防雷器表面温度小于80℃。
  由于目前防雷行业的不规范，许多防雷厂家的防雷器目前没有做该项目测试，而该项指标对防雷器的安全又非常重要，是衡量防雷产品性能优劣的主要指标之一，需要引起客户的足够重视。
  6）暂态过电压（TOV）特性
  限压型防雷器的失效形式是短路，质量不好的防雷器失效时可能会起火，引起严重事故。国家标准GB18802.1对防雷器的暂态过电压（TOV）特性要求正是为了保证防雷器在失效时不会引起火灾等安全事故而制定的。
  暂态过电压特性指标要求防雷器在施加一定数值的过电压（具体取决于系统），持续时间200ms，试验电流限制到300A（有效值）时，试验时覆盖于防雷器外围的薄纸或纱布不能燃烧、起火。同时在施加等于最大持续工作电压Uc的工频电压1min，电流不超过0.5mA有效值时，防雷器脱扣结构动作，并且防雷器上应有明显的、有效的和永久的断开标志。
  对防雷器来说，影响暂态过电压（TOV）特性最主要的是防雷器所用的阀片的性能、防雷器的脱扣机构的可靠性和防雷器的结构。
  7）防直接接触
  防雷器安装后是带电的，因而国家标准GB18802.1对防直接接触提出了要求，这就是当防雷器正常使用安装和接线后，带电部件应该不易触及。目前市场上的防雷器，包括一些知名的国外品牌防雷器，该项指标可能也存在缺陷，用户选择时要引起注意。
  3、信号防雷器选择要点
  信号防雷器串联安装在线路上，在选择防雷器时首先要保证防雷器能起到保护作用，同时还要考虑防雷器与通信线路的匹配问题，所以在选用信号防雷器时主要考虑：放电电流、电压等级、速率匹配、接口类型、等电位连接和相互干扰等。
  放电电流等级的选择。在允许的情况下尽量选择具有较大放电电流能力的防雷器（有些信号防雷器内部具有两级保护，通流能力较大，如5—10KA；而有些信号防雷器则只有一级保护，通流能力较小，如只有0.5KA）。
  电压等级的选择。信号防雷器的最高工作电压的选择，是依据通信线路的工作电压来确定的。一般来说，信号防雷器的最高工作电压必须大于通信线路工作电压的1.2倍。
  速率匹配的选择。信号防雷器所支持的最高传输速率应该大于通信线路的通信速率，否则将导致通信中断或误码率增加等状况，影响通信系统的正常工作。
  接口类型的选择。信号防雷器是串联安装在通信线路上，为了匹配阻抗和保持最小的接触电阻（减小衰减），要选择与通信设备上相同类型的接口，同时还要注意线对配合，同轴接口还要注意公母配合。在选对了接口后，在安装时还需要确认通信设备使用的通信脚与防雷器的保护脚相匹配。
  等电位连接和相互干扰。为了适应多回路的综合防雷保护，许多国内防雷厂家开发了具有多回路防雷保护的集成式防雷器，如同时具有电源回路、视频信号回路、控制信号回路防雷保护的综合视频防雷器。这类防雷器应该在内部做好等电位结构，同时要考虑到交流电源对视频信号的干扰。
  4、结束语
  防雷系统是一个复杂的系统，其中防雷器选择是一个重要的环节，防雷器选择不正确，整个防雷系统将是不可靠的，被保护设备的安全、正常运行更是得不到保证。