关于电源系统的B类保护和C类保护

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<>关于电源系统的B类保护和C类保护

南京菲尼克斯电气有限公司 刘晓明（南京210016）

摘要：本文主要介绍了低压配电系统中B类和C类防雷保护的区别、作用和避雷器产品的一些选型方法，介绍了一种新型火花间隙避雷器的工作原理，对不同特性的B类保护避雷器作了较多的分析和对比，使广大读者对B类和C类保护避雷器有一个全面的认识和了解。

关键词：特征能量解耦电感额定通流容量残压避雷器

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通常把电源系统的防雷保护划分为B类保护和C类保护。B类保护的主要作用是要处理掉强大的雷电电磁脉冲干扰，抵御直击雷的闪击，C类保护主要的作用是完成经过B类粗保护后的精保护工作，将电源系统的瞬态过电压限制在电器绝缘许可的范围内。通常这两级的协调配合，能大大提高电源系统的防雷保护水平，使设备在雷雨季节工作起来更加安全可靠。

1C类保护

根据我们国家有关部门的要求，如图1所示，通信电源设备上都已按照3＋1的方式（相线对零线分别接三个避雷器，零线对地线接一个避雷器）安装C类避雷器，能对一般的感应雷起到有效的保护。这类避雷器主要是压敏电阻类避雷器，通流容量一般是15kA～20kA(8/20μs），额定通流容量时的残压≤1.5kV（通信电源的绝缘强度为1.5kV），避雷器最大持续工作电压（IEC标准）分为AC275V和AC385V，选择时要注意大于电网的最大波动电压，同时也要注意这个问题：最大持续工作电压的提高，会使避雷器的残压跟着升高。在供电情况良好的城市站，可选用最大持续工作电压为AC275V的产品，在供电情况较差的农村站，最好选用最大持续工作电压为AC320V的产品，如VAL, MS320ST。

压敏电阻类避雷器的主要不足是：

图13＋1保护电路

（1）残压会随着流过电流的增加而增加，当系统受到大的雷电脉冲干扰时，流过避雷器的电流常常会大于避雷器的额定通流容量，随着残压的升高（超过1.5kV时）会危及到设备的安全，不能对设备起到可靠的保护作用。

（2）使用时会发生老化现象。压敏电阻类避雷器的使用寿命通常是承受额定通流容量20次左右的冲击，失效时会发生雪崩现象。

为了能使这类避雷器时刻处于可靠的工作状态，保障电源线路的安全，避雷器通常附加有失效检测、脱离和遥信功能。

图2火花间隙工作原理

①起动电压点燃电弧②电火花连接两个电极

③电火花向外部扩散④电火花达到撞击板

⑤产生分电火花⑥电火花中断并熄灭

2B类避雷器

B类保护的主要作用已如前所述，常见的直击雷有两种情形：

（1）直接闪击电源线路并沿着电源线路传导进入设备；

（2）闪击室外避雷针后传导入地，使地电位瞬间升高（几万伏以上），由于电源零线和设备外壳均接在这个地网上，地电位的瞬间升高会使设备的绝缘击穿。

按照IEC的有关标准规定，这类避雷器的通流容量应大于或等于25kA(10/350μs）。在技术上这类避雷器又分为空气间隙型和压敏电阻型。

空气间隙型避雷器也称作雷电流型避雷器，是B类避雷器的首选产品。这类避雷器是在古老的间隙放电原理的基础上，增加了切断电弧的技术（见图2），使避雷器在处理完雷电流之后，能将网络后续电流切断，避免电网对地短路，使避雷器重新恢复到初始工作状态。这类避雷器的特点是通过雷电流的能力非常强，能承受直击雷的闪击，由于电极是耐电弧腐蚀的特种合金，能够承受额定通流容量的上万次冲击。这类避雷器的主要不足是：

（1）动作延时是压敏电阻的4倍（100ns)；

（2）点火电压在3kV～4kV之间。（正确的说点火电压高不算是缺点，由于雷电流的变化率很大，能达到2.5kA/μs，雷电流流过这段距离C类保护10m长的电源线路时，经过电感和电阻的作用所产生的电压降远大于4kV，满足间隙型避雷器的点火条件。）

压敏电阻型避雷器[通流容量在60kA(8/20μs)以上]是B类保护的代用产品。这类避雷器是通过多片压敏电阻的并联来扩大通流容量（增容：1＋1<1.7，并联越多效率越低），还要有解决电流均衡分配的特殊技术，使得这类避雷器变得体积大、价格高。这类避雷器特征能量小，满足不了处理雷电能量的要求，在使用中常会发生爆炸和起火现象。

表1是不同类型的避雷器在同等测试波形(10/350μs）条件和相同的通流容量下的性能比较：

表1不同类型避雷器性能比较＊

	间隙型避雷器	压敏电阻型避雷器	备注
通流容量	相同	相同
能量特性	大	小	相差数倍
动作延时(ns)	100	25
额定通流容量时的残压(kV)	3～4	<1.5
大于额定通流容量时的残压(kV)	3～4	>1.5
额定通流容量的冲击寿命(次）	>10000	20左右
附属功能（失效检测、遥信等）	不需要	需要
体积	小	大
价格	低	高

项目＊注1压敏电阻类避雷器如果没有10/350μs的通流容量

指标时，可以按下式换算：

通流容量：I(8/20μs)÷5=I(10/350μs)

注2该表的比较前提是相同的雷电流通流容量

3B类保护和C类保护的配合

B类保护和C类保护均采用压敏电阻的保护方案，所具有的优点和缺点也就是压敏电阻避雷器所具有的优缺点，主要的不足是难以达到很大的通流容量；能量特性小；使用寿命短（额定通流容量约20次左右）；当雷电流超出额定通流容量时，残压会升高，对设备不能有效保护。

两级保护分别采用间隙与压敏电阻的保护方案具有优势互补的特点，能把两种避雷器的优点都充分发挥出来，是一个比较理想的方案配合。间隙型避雷器承受大电流的能力强，经久耐用（>10000次），在方案配合中承担主要的保护任务，动作延迟和起动电压高的问题由C类保护的压敏电阻避雷器去解决，在间隙型避雷器动作延迟期间，由于雷电脉冲电流不会超过C类保护的额定通流容量值，C类保护能有效处理并且能保证残压值小于1.5kV，对设备起到有效保护。在这种方案配合当中，由于C类保护仅承担少量的保护任务，还能大大提高压敏电阻的使用寿命。

为了使B类保护和C类保护的配合能协调得更好，在安装时要注意两级之间的解耦问题，场地允许时线路直线距离要10m，否则在线路中

要串线路中要串联一个解耦电感。

如前所叙，通信电源设备上都已按照3＋1的方式安装有C类保护，在做B类保护时，最好也采用3＋1的安装方式，这种安装方式适应性广，即适用于TT电网，也适用于TN等电网，还能保障人身安全。

作者简介

刘晓明男1959年生，工程师，长期从事低压弱电系统防雷保护方面的工程设计和技术支持工作。