一、引言
電源防雷是防止雷電和其他內(nèi)部過電壓侵入設(shè)備造成損壞，從室外防雷與線路防雷相結(jié)合的綜合防雷方案，介紹了外部避雷和內(nèi)部避雷、保護(hù)區(qū)、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(shí)間內(nèi)釋放電路上因雷擊感應(yīng)而產(chǎn)生的大量脈沖能量短路泄放到大地，降低設(shè)備各接口間的電位差，從而保護(hù)電路上的設(shè)備。
二、綜合防雷
考慮室外防雷與線路防雷相結(jié)合的綜合防雷方案。
1.外部避雷和內(nèi)部避雷
避雷針（或避雷帶、避雷網(wǎng)）、引下線和接地系統(tǒng)構(gòu)成外部防雷系統(tǒng)（圖1），主要是為了保護(hù)建筑物免受雷擊引起火災(zāi)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(huì)侵入各電氣通道（如電源線、信號(hào)線和金屬管道等）。由其產(chǎn)生的高電壓和浪涌電壓對(duì)電訊設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、信息、系統(tǒng)有極大的危害，輕則毀壞線路，重則損壞設(shè)備，系統(tǒng)癱瘓，造成難以估算的損失，所以必須有內(nèi)部防雷。
外部防雷系統(tǒng)
從0級(jí)保護(hù)區(qū)到最內(nèi)層保護(hù)區(qū)，必須實(shí)行分級(jí)保護(hù)，對(duì)于電源系統(tǒng)，分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)（圖3），從而將過電壓降到設(shè)備能承受的水平。對(duì)于信號(hào)系統(tǒng)，則分為粗保護(hù)和精細(xì)保護(hù)，粗保護(hù)量級(jí)根據(jù)所屬保護(hù)區(qū)的級(jí)別，而精細(xì)保護(hù)則要根據(jù)電子設(shè)備的敏感度來進(jìn)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(hào)線和金屬管道等）。
防雷保護(hù)區(qū)
內(nèi)部防雷系統(tǒng)則是防止雷電和其他內(nèi)部過電壓侵入設(shè)備造成毀壞，這是外部防雷系統(tǒng)無法保證的。為了實(shí)現(xiàn)內(nèi)部避雷，需要在進(jìn)出建筑物的保護(hù)區(qū)的電纜、金屬管道等都要安裝避雷器及過壓保護(hù)器，并實(shí)行等電位連接。
2.保護(hù)區(qū)
一個(gè)欲保護(hù)的區(qū)域，從電磁兼容的觀點(diǎn)考慮，由外到內(nèi)可分為幾級(jí)保護(hù)區(qū)（圖2），最外層是0級(jí)，是直接雷擊區(qū)域，危險(xiǎn)性最高，越往里，則危險(xiǎn)程度越低，過壓主要是沿線竄入的，保護(hù)區(qū)的界面通過外部防雷系統(tǒng)，鋼筋混凝土及金屬罩等構(gòu)成的屏蔽層而形成，電氣通道以及金屬管道等則經(jīng)過這些界面。
防雷分級(jí)保護(hù)
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(shí)行等電位連接，電源線、信號(hào)線、金屬管道等都要通過過壓保護(hù)器進(jìn)行等電位連接，各個(gè)內(nèi)層保護(hù)區(qū)的界面處，同樣要依次進(jìn)行局部等電位連接，各個(gè)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(hù)器
防雷器的作用，就是在最短時(shí)間（納秒級(jí)）釋放電路上因雷擊感應(yīng)而產(chǎn)生的大量脈沖能量短路泄放到大地，降低設(shè)備各接口間的電位差，從而保護(hù)電路上的設(shè)備。
根據(jù)強(qiáng)度的不同，又可分為避雷器和過壓保護(hù)器。
避雷器的測(cè)試電流是：10～350μs的波形,50As,100kA,2.5MJ/Ω。
過壓保護(hù)器的測(cè)試電流是：8～200μs的波形,0.14As,5kA,0.36MJ/Ω。（見圖5）
電源系統(tǒng)保護(hù)器，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合分為：
（1）避雷器。
（2）固定地方安裝的過壓保護(hù)器。
（3）插座型保護(hù)器。
（4）信息系統(tǒng)保護(hù)器，主要是過壓限制器。
1.電源防雷及過壓保護(hù)器
（1）高能避雷器用在雷擊區(qū)域的LPZ0與LPZ1]
圖5防雷保護(hù)器測(cè)試波形
圖6電源一級(jí)防雷保護(hù)
圖7電源二級(jí)防雷保護(hù)
區(qū)之間，作為電源系統(tǒng)第一級(jí)保護(hù)，安裝在總電源進(jìn)線的配電箱前。最大放電電流100kA(10～350μs),動(dòng)作時(shí)間小于100ns。
（2）過壓保護(hù)器用在雷擊區(qū)域的0區(qū)與1區(qū)之間，作為電源系統(tǒng)第二極保護(hù)，安裝在UPS或分配電箱前。最大充電電流40kA(8～20μs)，動(dòng)作時(shí)間小于25ns。
（3）浪涌吸收保護(hù)器電源第三級(jí)保護(hù)，主要用于保護(hù)重要設(shè)備的電源系統(tǒng)，安裝在重要設(shè)備的電源插座上。最大放電電流5kA，(8～20μs)，動(dòng)作時(shí)間小于25ns。
2.信號(hào)防雷及過壓保護(hù)器
主要是過壓限制器。
（1）雙絞線保護(hù)器，用于保護(hù)器使用雙絞線傳輸?shù)男盘?hào)系統(tǒng)，安裝于電子信號(hào)系統(tǒng)引入線路前端。最大容通電流10kA(8～20μs)，動(dòng)作時(shí)間小于10ns。
（2）接口保護(hù)器用于通訊信號(hào)線、網(wǎng)絡(luò)保護(hù)和串口保護(hù)。最大容通電流750A，動(dòng)作時(shí)間小于10ns。
（3）衛(wèi)星接收器保護(hù)器用于保護(hù)衛(wèi)星接收系統(tǒng)，裝在接收天線和接收機(jī)和信號(hào)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(hù)器用于保護(hù)主機(jī)及服務(wù)器，裝于串口前，最大容通電流750A，動(dòng)作時(shí)間小于10ns。
（5）同軸電纜保護(hù)器用于保護(hù)接在同軸電纜上的設(shè)備。裝于電纜網(wǎng)卡前。最大容通電流20kA(8～20μs),數(shù)據(jù)傳輸率16Mbit/s。
3.等電位連接器
等電位連接器用于連接各個(gè)單獨(dú)接地系統(tǒng)，以構(gòu)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(jié)，在正常情況下各個(gè)接地相互獨(dú)立，有雷擊時(shí)火花間隙導(dǎo)通，將各個(gè)地接在一起，使各接地系統(tǒng)的電位同時(shí)抬高，形成等電體。最大放電電流100kA(8～20μs)。
四、電源防雷保護(hù)器
1.電源第一級(jí)防雷
對(duì)于城市供電網(wǎng)三相四線制系統(tǒng)，如圖6所示，第一級(jí)電源防雷四線采用高能避雷器4個(gè)，在三條火線上，一條零線上各并聯(lián)一個(gè)高能避雷器與地連接。
當(dāng)供電回路熔斷器F1（或空氣開關(guān)）額定電流大于250A時(shí)，需在高能避雷器并聯(lián)支路上（火線）加裝250A熔斷器F2（或空氣開關(guān)），反之則不需要。
2.電源第二級(jí)防雷
第二級(jí)電源防雷采用過壓保護(hù)器4個(gè)，在三條火線、一條零線上各并一個(gè)過壓保護(hù)器與地連接（圖7）。
在正常情況下，保護(hù)器處于高阻狀態(tài)，當(dāng)電網(wǎng)由于雷擊或開關(guān)操作出現(xiàn)瞬時(shí)脈沖電壓時(shí)，過壓保護(hù)器內(nèi)藏模塊里的氧化鋅壓敏電阻元件立即在納秒時(shí)間內(nèi)迅速導(dǎo)通，將該脈沖電壓短路到大地泄放，從而保護(hù)所有設(shè)備，當(dāng)該脈沖電壓流過保護(hù)器后，保護(hù)器又變?yōu)楦咦锠顟B(tài)，從而不影響設(shè)備的供電。
當(dāng)供電回路熔斷器F1（或空氣開關(guān)）額定電流大于125A時(shí)，需在過壓保護(hù)器并聯(lián)支路上（火線）加裝125A熔斷器F2（或空氣開關(guān)），反之則不需要。
3.電源第三級(jí)防雷
第三級(jí)防雷保護(hù)，用于保護(hù)重要設(shè)備的電源系統(tǒng)、電子設(shè)備的精細(xì)過壓保護(hù)。安裝在重要設(shè)備的電源插座上（圖8）。
4.數(shù)據(jù)信號(hào)防雷
數(shù)據(jù)信號(hào)防雷保護(hù)低電平數(shù)據(jù)信號(hào)部分，包括雙絞線傳輸、通訊信號(hào)線、衛(wèi)星接收器天線、主機(jī)及服務(wù)
圖8電源三級(jí)防雷保護(hù)
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(hào)防雷保護(hù)器。
（1）信號(hào)一級(jí)保護(hù)
雙絞線信號(hào)保護(hù)（過壓保護(hù)插頭）保護(hù)信號(hào)系統(tǒng)和設(shè)備。額定電壓100VAC/DC，每線最大放電電流Ismax為10kA(8～20μs)，響應(yīng)時(shí)間≤10ns。
對(duì)于電力線路、信號(hào)線路（模擬和數(shù)字），例如電話設(shè)備為110VAC/DC；控制和儀表線路、數(shù)據(jù)線路為12V直流/8V交流和24V直流/15V交流。
（2）信號(hào)二級(jí)保護(hù)
串口保護(hù)器帶過保護(hù)電路的插入式選配器，用來保護(hù)信號(hào)系統(tǒng)和設(shè)備，都可用在高傳輸場(chǎng)合。例如保護(hù)端口的主機(jī)及服務(wù)器，裝于串口前。額定電壓8V、12V，最大放電電流Ismax為15kA，數(shù)據(jù)傳輸速率1Mbit/s。精細(xì)保護(hù)用額定電壓12V直流，額定放電電流100A(8～20μs)，數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mbit/s。
同軸電纜信號(hào)保護(hù)器用于保護(hù)使用75Ω～93Ω接口的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，裝于粗、細(xì)纜網(wǎng)卡前，最大放大電電流Ismax為20kA(8～20μs)，數(shù)據(jù)傳輸速率為16Mbit/s。
5.廣播衛(wèi)星天線饋線（有線電視線路）過壓保護(hù)器
用來保護(hù)75Ω系統(tǒng)的設(shè)備，如天線放大器，廣播衛(wèi)星接收系統(tǒng)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(hù)器
用于50Ω、75Ω和93Ω的同軸天饋系統(tǒng)，如無線電系統(tǒng)。裝在接收天線和接收機(jī)的信號(hào)電纜接頭上。頻率上限200MHz～1GHz,最大發(fā)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(hù)選型示意圖。圖中：
A1電源第一級(jí)保護(hù)高能避雷器
B1電源第二級(jí)保護(hù)過壓保護(hù)器
電源第三級(jí)保護(hù)浪涌吸收保護(hù)器
A2信號(hào)第一級(jí)保護(hù)雙絞線信號(hào)保護(hù)器
（網(wǎng)絡(luò)第一級(jí)保護(hù)器同軸電纜信號(hào)保護(hù)器）
B2信號(hào)第二級(jí)保護(hù)串口保護(hù)器、同軸電纜
信號(hào)保護(hù)器
A3有線電視線路保護(hù)器
B3天饋線保護(hù)器五、結(jié)論
正確安裝電源防雷器，設(shè)備因雷擊導(dǎo)致電源損壞的機(jī)會(huì)，可以減少到接近零，即可免除更換設(shè)備之費(fèi)用，保障系統(tǒng)不間斷連續(xù)運(yùn)行。并可減少建筑物因雷擊所引起的電源火警機(jī)會(huì)，確保人身及其他財(cái)產(chǎn)的安全。
