一、引言

　　電源防雷是防止雷電和其他內部過電壓侵入設備造成損壞，從室外防雷與線路防雷相結合的綜合防雷方案，介紹了外部避雷和內部避雷、保護區、防雷等電位連接等概念。分析了電源防雷工作原理。采用電源防雷能在最短時間內釋放電路上因雷擊感應而產生的大量脈沖能量短路泄放到大地，降低設備各接口間的電位差，從而保護電路上的設備。

二、綜合防雷

　　考慮室外防雷與線路防雷相結合的綜合防雷方案。

1.外部避雷和內部避雷

　　避雷針（或避雷帶、避雷網）、引下線和接地系統構成外部防雷系統（圖1），主要是為了保護建筑物免受雷擊引起火災事故。雷電的破壞力極大，防雷僅有外部防雷是不夠的，雷電波會侵入各電氣通道（如電源線、信號線和金屬管道等）。由其產生的高電壓和浪涌電壓對電訊設備、網絡、信息、系統有極大的危害，輕則毀壞線路，重則損壞設備，系統癱瘓，造成難以估算的損失，所以必須有內部防雷。


外部防雷系統

從0級保護區到最內層保護區，必須實行分級保護，對于電源系統，分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅲ、Ⅳ級（圖3），從而將過電壓降到設備能承受的水平。對于信號系統，則分為粗保護和精細保護，粗保護量級根據所屬保護區的級別，而精細保護則要根據電子設備的敏感度來進行選擇。從理論上講，雷電流約有50％是直接流入大地，還有50％將平均流入電氣通道（如電源線、信號線和金屬管道等）。


防雷保護區

    內部防雷系統則是防止雷電和其他內部過電壓侵入設備造成毀壞，這是外部防雷系統無法保證的。為了實現內部避雷，需要在進出建筑物的保護區的電纜、金屬管道等都要安裝避雷器及過壓保護器，并實行等電位連接。

2.保護區

　　一個欲保護的區域，從電磁兼容的觀點考慮，由外到內可分為幾級保護區（圖2），最外層是0級，是直接雷擊區域，危險性最高，越往里，則危險程度越低，過壓主要是沿線竄入的，保護區的界面通過外部防雷系統，鋼筋混凝土及金屬罩等構成的屏蔽層而形成，電氣通道以及金屬管道等則經過這些界面。


防雷分級保護


防雷等電位連接

3.防雷等電位連接

為了徹底消除雷電引起的毀壞性的電位差，特別需要實行等電位連接，電源線、信號線、金屬管道等都要通過過壓保護器進行等電位連接，各個內層保護區的界面處，同樣要依次進行局部等電位連接，各個局部等電位連接棒互相連接，并最后與主等電位連接棒相連（圖4）。

三、防雷保護器
防雷器的作用，就是在最短時間（納秒級）釋放電路上因雷擊感應而產生的大量脈沖能量短路泄放到大地，降低設備各接口間的電位差，從而保護電路上的設備。

根據強度的不同，又可分為避雷器和過壓保護器。

避雷器的測試電流是：10～350μs的波形,50As,100kA,2.5MJ/Ω。

過壓保護器的測試電流是：8～200μs的波形,0.14As,5kA,0.36MJ/Ω。（見圖5）

電源系統保護器，根據應用場合分為：

（1）避雷器。

（2）固定地方安裝的過壓保護器。

（3）插座型保護器。

（4）信息系統保護器，主要是過壓限制器。

1.電源防雷及過壓保護器

（1）高能避雷器用在雷擊區域的LPZ0與LPZ1]


圖5防雷保護器測試波形


圖6電源一級防雷保護


圖7電源二級防雷保護

區之間，作為電源系統第一級保護，安裝在總電源進線的配電箱前。最大放電電流100kA(10～350μs),動作時間小于100ns。

（2）過壓保護器用在雷擊區域的0區與1區之間，作為電源系統第二極保護，安裝在UPS或分配電箱前。最大充電電流40kA(8～20μs)，動作時間小于25ns。

（3）浪涌吸收保護器電源第三級保護，主要用于保護重要設備的電源系統，安裝在重要設備的電源插座上。最大放電電流5kA，(8～20μs)，動作時間小于25ns。

2.信號防雷及過壓保護器

主要是過壓限制器。

（1）雙絞線保護器，用于保護器使用雙絞線傳輸的信號系統，安裝于電子信號系統引入線路前端。最大容通電流10kA(8～20μs)，動作時間小于10ns。

（2）接口保護器用于通訊信號線、網絡保護和串口保護。最大容通電流750A，動作時間小于10ns。

（3）衛星接收器保護器用于保護衛星接收系統，裝在接收天線和接收機和信號電纜接頭上。最大容通電流5kA，傳輸功率400W，傳輸頻率2.5GHz。

（4）串口保護器用于保護主機及服務器，裝于串口前，最大容通電流750A，動作時間小于10ns。

（5）同軸電纜保護器用于保護接在同軸電纜上的設備。裝于電纜網卡前。最大容通電流20kA(8～20μs),數據傳輸率16Mbit/s。

3.等電位連接器

等電位連接器用于連接各個單獨接地系統，以構成等電位體。即通訊接地、安全接地、直流接地、防雷接地通過火花間隙連結，在正常情況下各個接地相互獨立，有雷擊時火花間隙導通，將各個地接在一起，使各接地系統的電位同時抬高，形成等電體。最大放電電流100kA(8～20μs)。

四、電源防雷保護器

1.電源第一級防雷

　　對于城市供電網三相四線制系統，如圖6所示，第一級電源防雷四線采用高能避雷器4個，在三條火線上，一條零線上各并聯一個高能避雷器與地連接。

當供電回路熔斷器F1（或空氣開關）額定電流大于250A時，需在高能避雷器并聯支路上（火線）加裝250A熔斷器F2（或空氣開關），反之則不需要。

2.電源第二級防雷

　　第二級電源防雷采用過壓保護器4個，在三條火線、一條零線上各并一個過壓保護器與地連接（圖7）。

　　在正常情況下，保護器處于高阻狀態，當電網由于雷擊或開關操作出現瞬時脈沖電壓時，過壓保護器內藏模塊里的氧化鋅壓敏電阻元件立即在納秒時間內迅速導通，將該脈沖電壓短路到大地泄放，從而保護所有設備，當該脈沖電壓流過保護器后，保護器又變為高阻狀態，從而不影響設備的供電。

　　當供電回路熔斷器F1（或空氣開關）額定電流大于125A時，需在過壓保護器并聯支路上（火線）加裝125A熔斷器F2（或空氣開關），反之則不需要。

3.電源第三級防雷

　　第三級防雷保護，用于保護重要設備的電源系統、電子設備的精細過壓保護。安裝在重要設備的電源插座上（圖8）。

4.數據信號防雷

　　數據信號防雷保護低電平數據信號部分，包括雙絞線傳輸、通訊信號線、衛星接收器天線、主機及服務


圖8電源三級防雷保護


圖9典型的避雷器裝置示意圖

器、同軸電纜、串口等處安裝信號防雷保護器。

（1）信號一級保護

　　雙絞線信號保護（過壓保護插頭）保護信號系統和設備。額定電壓100VAC/DC，每線最大放電電流Ismax為10kA(8～20μs)，響應時間≤10ns。

　　對于電力線路、信號線路（模擬和數字），例如電話設備為110VAC/DC；控制和儀表線路、數據線路為12V直流/8V交流和24V直流/15V交流。

（2）信號二級保護

串口保護器帶過保護電路的插入式選配器，用來保護信號系統和設備，都可用在高傳輸場合。例如保護端口的主機及服務器，裝于串口前。額定電壓8V、12V，最大放電電流Ismax為15kA，數據傳輸速率1Mbit/s。精細保護用額定電壓12V直流，額定放電電流100A(8～20μs)，數據傳輸速率為1Mbit/s。

同軸電纜信號保護器用于保護使用75Ω～93Ω接口的計算機系統，裝于粗、細纜網卡前，最大放大電電流Ismax為20kA(8～20μs)，數據傳輸速率為16Mbit/s。

5.廣播衛星天線饋線（有線電視線路）過壓保護器

　　用來保護75Ω系統的設備，如天線放大器，廣播衛星接收系統等。最大放電電流Ismax為3.5kA(8～20μs),頻率范圍4～2050MHz。

6.天饋線保護器

　　用于50Ω、75Ω和93Ω的同軸天饋系統，如無線電系統。裝在接收天線和接收機的信號電纜接頭上。頻率上限200MHz～1GHz,最大發射功率1.2kW。

　　圖9示出避雷器裝置示意圖。

　　圖10示出電源防雷及過壓保護選型示意圖。圖中：

　　A1電源第一級保護高能避雷器

　　B1電源第二級保護過壓保護器

　　電源第三級保護浪涌吸收保護器

　　A2信號第一級保護雙絞線信號保護器

　　（網絡第一級保護器同軸電纜信號保護器）

　　B2信號第二級保護串口保護器、同軸電纜

　　信號保護器

　　A3有線電視線路保護器

　　B3天饋線保護器五、結論

　　正確安裝電源防雷器，設備因雷擊導致電源損壞的機會，可以減少到接近零，即可免除更換設備之費用，保障系統不間斷連續運行。并可減少建筑物因雷擊所引起的電源火警機會，確保人身及其他財產的安全。