付 強(qiáng)

(山西廣播電視無線管理中心,山西 太原 030001)

在廣播電視微波站長期的維護(hù)管理工作中，雷擊和瞬間過電壓會(huì)通過電源進(jìn)入機(jī)房設(shè)備，導(dǎo)致傳輸數(shù)據(jù)受到干擾、丟失，甚至設(shè)備損毀、數(shù)據(jù)傳輸中斷，威脅到廣播電視安全播出，其造成的影響更大于直接經(jīng)濟(jì)損失。電涌保護(hù)器通過多級(jí)吸收泄放防護(hù)，能顯著降低雷電影響，有效保護(hù)通信設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 電涌保護(hù)器的工作原理

各種電氣設(shè)備均有額定的工作電壓，并且能夠承受一定的瞬態(tài)過電壓。瞬態(tài)過電壓電涌一般由雷電感應(yīng)經(jīng)電源和信號(hào)線路引入，或由于電網(wǎng)的大負(fù)載投切造成。當(dāng)回路受到外界進(jìn)入的瞬態(tài)電涌電壓超過電氣設(shè)備所能承受的最大瞬態(tài)過電壓時(shí)，就會(huì)造成電氣設(shè)備損壞。

電涌保護(hù)器(Surge Protection Device,簡稱SPD)在本質(zhì)上是避雷器，能夠?qū)﹄娐分挟a(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓進(jìn)行有效抑制，電涌保護(hù)器主要由避雷器、壓敏電阻、穩(wěn)壓二極管和齊納二級(jí)管等能抑制過電壓的電氣元件組成，電涌保護(hù)器一般并聯(lián)在電源的進(jìn)線處。當(dāng)回路中正常工作時(shí)，電涌保護(hù)器與被保護(hù)電路之間互不影響；當(dāng)因遭受雷擊或電網(wǎng)的大負(fù)載投切產(chǎn)生的電涌進(jìn)入電源回路，電涌保護(hù)器可以在極短的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通分流，從而避免電涌進(jìn)入通信設(shè)備造成影響、造成損失，保障通信系統(tǒng)安全穩(wěn)定[1]。

2 SPD的主要技術(shù)參數(shù)

SPD的主要技術(shù)參數(shù)有持續(xù)工作電壓UC，額定泄放電流Isn和殘余電壓Ures。持續(xù)工作電壓UC是指可持續(xù)施加在SPD上，SPD不動(dòng)作的最大電壓。UC應(yīng)大于低壓線路可能出現(xiàn)的最大工頻持續(xù)對地過電壓，IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，TN系統(tǒng)內(nèi)UC應(yīng)大于1.1U0(U0為相電壓)，TT系統(tǒng)因易于發(fā)生電氣線路對地電位升高的故障，UC應(yīng)大于1.5 U0。由于供電網(wǎng)壓偏差較大，尤其各高山臺(tái)站一般處于電網(wǎng)末端供電線路長，且地形復(fù)雜，變臺(tái)接地電阻取值較高等因素，易發(fā)生暫態(tài)或持續(xù)對地工頻過電壓，UC應(yīng)適當(dāng)取較大些的參數(shù)值為宜。

泄放電流Isn值與當(dāng)?shù)乩纂姀?qiáng)度、電源線路類別、有無下級(jí)SPD以及被保護(hù)設(shè)備對涌流的敏感度有關(guān)。防雷系統(tǒng)未安裝防直接雷擊防護(hù)裝置時(shí)，電源進(jìn)線處的電涌保護(hù)器Isn不小于5 kA(8/20μs波形)，當(dāng)有防雷裝置時(shí)，由于直接落雷時(shí)瞬變電磁場的加強(qiáng)Isn應(yīng)取更大值，其值可取25 kA(10/350μs波形)。Ures為SPD泄放涌流時(shí)端子間的電涌殘壓代表對電涌過電壓的防護(hù)水平。對于微波站的SPD，Ures同樣應(yīng)小于被保護(hù)微波設(shè)備所能承受的過電壓水平。

3 SPD的適用及安裝位置

一般的工廠、家庭電氣設(shè)備預(yù)防電涌過電壓，因耐壓等級(jí)及絕緣要求的不同，在電源進(jìn)線處裝設(shè)一級(jí)SPD即可達(dá)到保護(hù)目的，而對于微波站電源系統(tǒng)中的雷電保護(hù)，一般采用多級(jí)防護(hù)、逐級(jí)限壓的方式配置電涌保護(hù)器。

1) 第一級(jí)配置交流電涌保護(hù)器，對直擊雷電流進(jìn)行泄放。交流電涌保護(hù)器安裝位置在交流配電柜中三相交流電進(jìn)線處,在高山多雷區(qū)和強(qiáng)雷區(qū)的極端情況下,容量為150 kA[2];

2) 第二級(jí)配置單相電涌保護(hù)器，對前級(jí)避雷器泄放后的殘余電壓進(jìn)行二次防護(hù)，并且對感應(yīng)雷擊進(jìn)行防護(hù)。單相電涌保護(hù)器一般裝在開關(guān)電源柜中,容量為40 kA[2];

3) 第三級(jí)配置直流電涌保護(hù)器，微波設(shè)備使用-48 V直流供電，選用相應(yīng)的直流電涌保護(hù)器，安裝在直流電源處，容量為30 kA[2]。

電源電涌保護(hù)器的最大持續(xù)工作電壓越低，其限制電壓越低，保護(hù)作用越大。但持續(xù)工作電壓不應(yīng)低于供電系統(tǒng)的供電電壓，在供電電壓下電涌保護(hù)器不能導(dǎo)通。此外，考慮到供電電壓波動(dòng)，電涌保護(hù)器的最大工作電壓應(yīng)保證有足夠的冗余。在工程中，選取的最大連續(xù)工作電壓：三相電源電涌保護(hù)器為385 V，單相電源電涌保護(hù)器為320 V，直流電源電涌保護(hù)器為85 V[2]。

4 安裝SPD后的泄流路徑及安全防范措施

電涌保護(hù)器對安裝位置和工作環(huán)境有一定的要求，為了發(fā)揮電涌保護(hù)器最大作用，以在保證技術(shù)人員操作安全前提下，在安裝時(shí)應(yīng)當(dāng)注意以下幾個(gè)方面：

1) 電涌保護(hù)器的安裝方式與電源接地系統(tǒng)有直接關(guān)系，TN系統(tǒng)：在單相TN-C-S系統(tǒng)中，PE·N線因通過等電位連接接地，無需裝SPD；TT系統(tǒng)：TT系統(tǒng)三相電源每相都應(yīng)裝設(shè)SPD。因電氣設(shè)備中性線不允許接地，中性線對地同樣會(huì)受到雷電壓感應(yīng)發(fā)生涌壓，所以中性線也需裝設(shè)SPD。

2) 為取得較好的防電涌效果，SPD與相線、中性線和PE線的連接應(yīng)盡量短捷，IEC標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，SPD連接線的全長不宜超過0.5 m，將SPD直接安裝在配電箱或母排之間最為短捷。該標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定SPD連接線為截面不應(yīng)小于4 mm2的銅芯線。當(dāng)建筑物裝有防直接雷擊的防雷裝置時(shí)，由于雷電瞬變電磁場強(qiáng)度增大使涌流也增大，連接線的截面至少為10 mm2。

3) 壓敏電阻類的SPD可能會(huì)因雷擊損壞而短路，也可能會(huì)因使用時(shí)間長泄漏電流增大而壽命終了，當(dāng)泄漏電流增大至一定值時(shí)，上面的發(fā)光二極管不再發(fā)光或以其它方式顯示壽命終了，此時(shí)應(yīng)更換，如果更換不及時(shí)將會(huì)因相線對地短路造成接地故障，從而引起線路過流和人身間接觸電事故。有的SPD產(chǎn)品附帶有過流分?jǐn)嘣?而對不帶此元件的SPD應(yīng)在SPD上連接熔斷器作為保護(hù)，也可利用電源線路上的過流防護(hù)電器，后一方式比較節(jié)省、簡單，但會(huì)引起電源線路的停電，在廣播電視微波站很少采用。

4) SPD短路時(shí)在TN系統(tǒng)的PE·N線上產(chǎn)生故障電壓降，此故障電壓沿PE·N線傳導(dǎo)至外殼上，如果故障電壓大于接觸電壓限值(干燥場所50 V，潮濕場所為25 V)，就有可能引起觸電事故，SPD前的熔斷器、斷路器不能有效防止這種觸電，故應(yīng)在SPD前端安裝漏電保護(hù)設(shè)備。

5) 電源進(jìn)線處安裝的放電間隙在泄放大的涌流時(shí)會(huì)噴發(fā)熾熱的游離氣體，容易引燃起火，所以安裝環(huán)境應(yīng)做好消防措施。