關于電源系統的B類保護和C類保護

關鍵詞：特征能量解耦電感額定通流容量殘壓避雷器

通常把電源系統的防雷保護劃分為B類保護和C類保護。B類保護的主要作用是要處理掉強大的雷電電磁脈沖干擾，抵御直擊雷的閃擊，C類保護主要的作用是完成經過B類粗保護后的精保護工作，將電源系統的瞬態過電壓限制在電器絕緣許可的范圍內。通常這兩級的協調配合，能大大提高電源系統的防雷保護水平，使設備在雷雨季節工作起來更加安全可靠。

1C類保護

根據我們國家有關部門的要求，如圖1所示，通信電源設備上都已按照3＋1的方式（相線對零線分別接三個避雷器，零線對地線接一個避雷器）安裝C類避雷器，能對一般的感應雷起到有效的保護。這類避雷器主要是壓敏電阻類避雷器，通流容量一般是15kA～20kA(8/20μs），額定通流容量時的殘壓≤1.5kV（通信電源的絕緣強度為1.5kV），避雷器最大持續工作電壓（IEC標準）分為AC275V和AC385V，選擇時要注意大于電網的最大波動電壓，同時也要注意這個問題：最大持續工作電壓的提高，會使避雷器的殘壓跟著升高。在供電情況良好的城市站，可選用最大持續工作電壓為AC275V的產品，在供電情況較差的農村站，最好選用最大持續工作電壓為AC320V的產品，如VAL?MS320ST。

壓敏電阻類避雷器的主要不足是：

圖13＋1保護電路

（1）殘壓會隨著流過電流的增加而增加，當系統受到大的雷電脈沖干擾時，流過避雷器的電流常常會大于避雷器的額定通流容量，隨著殘壓的升高（超過1.5kV時）會危及到設備的安全，不能對設備起到可靠的保護作用。

（2）使用時會發生老化現象。壓敏電阻類避雷器的使用壽命通常是承受額定通流容量20次左右的沖擊，失效時會發生雪崩現象。

為了能使這類避雷器時刻處于可靠的工作狀態，保障電源線路的安全，避雷器通常附加有失效檢測、脫離和遙信功能。

圖2火花間隙工作原理

①起動電壓點燃電弧②電火花連接兩個電極

③電火花向外部擴散④電火花達到撞擊板

⑤產生分電火花⑥電火花中斷并熄滅

2B類避雷器

B類保護的主要作用已如前所述，常見的直擊雷有兩種情形：

（1）直接閃擊電源線路并沿著電源線路傳導進入設備；

（2）閃擊室外避雷針后傳導入地，使地電位瞬間升高（幾萬伏以上），由于電源零線和設備外殼均接在這個地網上，地電位的瞬間升高會使設備的絕緣擊穿。

按照IEC的有關標準規定，這類避雷器的通流容量應大于或等于25kA(10/350μs）。在技術上這類避雷器又分為空氣間隙型和壓敏電阻型。

空氣間隙型避雷器也稱作雷電流型避雷器，是B類避雷器的首選產品。這類避雷器是在古老的間隙放電原理的基礎上，增加了切斷電弧的技術（見圖2），使避雷器在處理完雷電流之后，能將網絡后續電流切斷，避免電網對地短路，使避雷器重新恢復到初始工作狀態。這類避雷器的特點是通過雷電流的能力非常強，能承受直擊雷的閃擊，由于電極是耐電弧腐蝕的特種合金，能夠承受額定通流容量的上萬次沖擊。這類避雷器的主要不足是：

（1）動作延時是壓敏電阻的4倍（100ns)；

（2）點火電壓在3kV～4kV之間。（正確的說點火電壓高不算是缺點，由于雷電流的變化率很大，能達到2.5kA/μs，雷電流流過這段距離C類保護10m長的電源線路時，經過電感和電阻的作用所產生的電壓降遠大于4kV，滿足間隙型避雷器的點火條件。）

壓敏電阻型避雷器[通流容量在60kA(8/20μs)以上]是B類保護的代用產品。這類避雷器是通過多片壓敏電阻的并聯來擴大通流容量（增容：1＋11.7，并聯越多效率越低），還要有解決電流均衡分配的特殊技術，使得這類避雷器變得體積大、價格高。這類避雷器特征能量小，滿足不了處理雷電能量的要求，在使用中常會發生爆炸和起火現象。

表1是不同類型的避雷器在同等測試波形(10/350μs）條件和相同的通流容量下的性能比較：

表1不同類型避雷器性能比較＊

項目＊注1壓敏電阻類避雷器如果沒有10/350μs的通流容量

指標時，可以按下式換算：

通流容量：I(8/20μs)÷5=I(10/350μs)

注2該表的比較前提是相同的雷電流通流容量

3B類保護和C類保護的配合

B類保護和C類保護均采用壓敏電阻的保護方案，所具有的優點和缺點也就是壓敏電阻避雷器所具有的優缺點，主要的不足是難以達到很大的通流容量；能量特性小；使用壽命短（額定通流容量約20次左右）；當雷電流超出額定通流容量時，殘壓會升高，對設備不能有效保護。

兩級保護分別采用間隙與壓敏電阻的保護方案具有優勢互補的特點，能把兩種避雷器的優點都充分發揮出來，是一個比較理想的方案配合。間隙型避雷器承受大電流的能力強，經久耐用（>10000次），在方案配合中承擔主要的保護任務，動作延遲和起動電壓高的問題由C類保護的壓敏電阻避雷器去解決，在間隙型避雷器動作延遲期間，由于雷電脈沖電流不會超過C類保護的額定通流容量值，C類保護能有效處理并且能保證殘壓值小于1.5kV，對設備起到有效保護。在這種方案配合當中，由于C類保護僅承擔少量的保護任務，還能大大提高壓敏電阻的使用壽命。

為了使B類保護和C類保護的配合能協調得更好，在安裝時要注意兩級之間的解耦問題，場地允許時線路直線距離要?10m，否則在線路中要串線路中要串聯一個解耦電感。

如前所敘，通信電源設備上都已按照3＋1的方式安裝有C類保護，在做B類保護時，最好也采用3＋1的安裝方式，這種安裝方式適應性廣，即適用于TT電網，也適用于TN等電網，還能保障人身安全。