由于雷擊事件具有隨機(jī)性，且放電時(shí)間極短，只有微秒級(jí) 。深入了解過電壓形成的原因，掌握雷電過電壓泄放原理，熟悉常用壓敏電阻、氣體放電管等常用防雷器件特性，在分析與維護(hù)與雷擊事件有關(guān)的故障時(shí)可以得心應(yīng)手。 ? ? 雷電流的入侵首先表現(xiàn)為過電壓，當(dāng)存在泄放通道時(shí)，產(chǎn)生雷電流。不論是由于直擊雷產(chǎn)生的線路來波，抑或電磁感應(yīng)的過電壓均是如此。過電壓有共模過電壓和差模過電壓兩種類型。 ? ? 由于寄生電容的廣泛存在，雷電過電壓擊穿空氣或在常壓下絕緣的器件，形成強(qiáng)大的雷電流，造成設(shè)備損壞。為了抑制雷電的影響，應(yīng)在雷電能量進(jìn)入設(shè)備前將能量泄放至大地。對(duì)于共模過電壓，應(yīng)在輸入電纜與防雷地之間安裝防雷器件（或稱防雷片）；對(duì)于差模過電壓，應(yīng)在輸入電纜火線和零線之間安裝防雷器件。由于雷電流是屬于浪涌電流，防雷器件是一種浪涌抑制保護(hù)器件（Surge Protection Device），簡(jiǎn)稱SPD。 ? ? 常用的防雷器件是壓敏電阻和氣體放電管。 1、壓敏電阻 ? ? 壓敏電阻為限壓型器件，當(dāng)兩端施加工作電壓時(shí)阻值很高，漏電流為μA級(jí)。隨著端電壓升高，壓敏電阻阻值降低，端電壓超過一定值后阻值急劇降低，漏電流可高達(dá)20~40KA，形成雷電泄放通道。當(dāng)電壓降低至工作電壓后，壓敏電阻的漏電流迅速減小，恢復(fù)原來狀態(tài)。 Uc：最大持續(xù)工作交流電壓，一般為385V。 U1mA：標(biāo)稱電壓，指漏電流達(dá)到1mA時(shí)施加的端電壓，一般為630V。 UP：殘壓，指通過壓敏電阻泄放限壓后兩端最高電壓，一般為1500V。 In：額定通流能力，能在額定通流能力內(nèi)安全泄放多次雷電流，一般為20KA。 Imax：最大通流能力，能安全泄放1次，一般為40KA，泄放后，壓敏電阻不應(yīng)損壞。 此外，壓敏電阻的響應(yīng)時(shí)間也很關(guān)鍵，一般響應(yīng)時(shí)間為10～100ns。 ? ? 隨著工作時(shí)間的增加，尤其是多次泄放雷電流，壓敏電阻漏電流逐漸增大。如果施加標(biāo)稱電壓U1mA的90%電壓時(shí)漏電流就達(dá)到1mA，就認(rèn)為壓敏電阻性能達(dá)不到要求，需要更換?；诖?，可以比較容易地檢測(cè)壓敏電阻性能。 ? ? 壓敏電阻失效時(shí)，表現(xiàn)為短路，窗口由綠變紅；偶爾也會(huì)因?yàn)閴好綦娮璞〝嗔?，表現(xiàn)為開路。 2、氣體放電管 ? ? 氣體放電管為開關(guān)型器件，主要由電極及電極之間的氣隙組成。當(dāng)氣體放電管兩端施加的電壓小于促發(fā)電壓時(shí)，氣體放電管為斷路狀態(tài)，基本無(wú)漏電流。當(dāng)電壓高于促發(fā)電壓時(shí)，氣隙被擊穿，可認(rèn)為短路。促發(fā)電壓與氣體放電管種類有關(guān)，并且有一定的光敏效應(yīng)，即在有光和無(wú)光的情況下偏差較大。直流開關(guān)電源常用的氣體放電管長(zhǎng)期耐受工作電壓為255V，促發(fā)電壓為400V左右。當(dāng)兩端的電壓下降至工作電壓以內(nèi)時(shí)，氣隙不能滅弧，繼續(xù)有電流通過，這就是氣體放電管的續(xù)流問題。氣體放電管的滅弧電壓很低，一般為20～50V，因此不能安裝在火線與零線、火線與地線之間。 ? ? 氣體放電管主要參數(shù)與壓敏電阻類似，如UC、UP、In、Imax等。氣體放電管失效時(shí)，表現(xiàn)為開路，偶爾可能因?yàn)闅怏w放電管變形造成短路。 ? ? 由于雷電流變化率很大，任何較長(zhǎng)電纜的電感不可忽略，如果防雷片兩端的電纜較長(zhǎng)，最終施加在設(shè)備上的電壓等于防雷片殘壓與電纜上感應(yīng)電壓之和，這對(duì)設(shè)備來說是危險(xiǎn)的。為了降低加在設(shè)備上的殘余雷電過電壓，應(yīng)采用如圖所示的接線方法，這種方法稱為凱文接法。 ? ? 在具體應(yīng)用凱文接法時(shí)，可能無(wú)法做到入、出電纜均直接與防雷器連接，但應(yīng)盡可能地縮短入、出線交叉點(diǎn)與防雷器接線端子之間的距離，一般不要超過米。 ? ? 4P防雷器指由4個(gè)壓敏電阻構(gòu)成的防雷器。 ? ? 當(dāng)某相壓敏電阻失效短路時(shí)，相電流通過地回流至電源。由于TN供電系統(tǒng)電源端地網(wǎng)與設(shè)備端地網(wǎng)有直接的金屬連接，電阻極小，短路電流很大，防雷空開跳閘，使防雷器迅速脫離電源。但如果4P防雷器應(yīng)用于TT供電系統(tǒng)（如基站供電）中，由于TT供電系統(tǒng)電源接地地網(wǎng)與設(shè)備端地網(wǎng)沒有直接連接，短路電流經(jīng)過電阻較高的大地流回電源。按通信電源、空調(diào)維護(hù)規(guī)程，基站接地電阻小于5Ω，回路總電阻可能高達(dá)10Ω，短路電流只有22A，防雷空開不能脫扣，持續(xù)強(qiáng)電流可能導(dǎo)致線路和防雷器著火。 ? ? 供電均采用TN方式，可以應(yīng)用4P防雷器。大量中小局站則多采用TT供電系統(tǒng)，宜選用3P+1防雷器，即由3個(gè)壓敏電阻和一個(gè)氣體放電管組成的防雷器。 ? ? 3P+1防雷器與4P防雷器的第一個(gè)不同點(diǎn)在于壓敏電阻安裝在相線與零線之間，能有效地泄放差模雷電過電壓，共模過電壓由氣體放電管泄放。由于氣體放電管響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)于壓敏電阻，在氣體放電管響應(yīng)前，相線上的對(duì)地過電壓不能泄放，防雷器總的響應(yīng)時(shí)間為壓敏電阻與氣體放電管之和，因此有必要優(yōu)先選用響應(yīng)速度更快的氣體放電管。3P+1防雷器與4P防雷器的第二個(gè)不同點(diǎn)在于零線與地線之間采用氣體放電管作為防雷片。氣體放電管有續(xù)流問題，滅弧電壓低，在3P+1防雷器中卻正好可以進(jìn)一步降低零地電壓，使零線上的殘壓很低，有利于負(fù)載正常工作。 ? ? C級(jí)防雷器只是多級(jí)防雷體系中的一環(huán)，耐受電壓是有限的，前端需要B級(jí)防雷器（即第I級(jí)防雷器）的配合，初步泄放更大的雷電能量；后端可能還需要D級(jí)防雷器進(jìn)一步降低過電壓。 ? ? B級(jí)和C級(jí)防雷器距離為5～10米，C級(jí)和D級(jí)防雷器距離為～5米。當(dāng)距離不能滿足要求時(shí)，應(yīng)在兩級(jí)防雷器之間安裝退耦元件。退耦元件一般無(wú)需單獨(dú)部件，直接將電纜繞成線圈即可。 ? ? 退耦元件（線圈）具有一定的電感L。當(dāng)雷電流侵入時(shí)，上級(jí)防雷器首先泄放大部分能量，殘余過電壓通過退耦元件到達(dá)下級(jí)防雷器。線圈上感應(yīng)電壓與電流陡度di/dt成正比，雷擊發(fā)生時(shí)，負(fù)載電流可以忽略不計(jì)，流過退耦元件上的電流基本就是流過D級(jí)防雷器的電流。由于雷電脈沖時(shí)間很短，電流很大，平均陡度可達(dá)30KA/μs，因此線圈上的反向感應(yīng)電壓U很高，使耐受能力較低的D級(jí)防雷器可以安全工作。 ? ? 由于直擊雷能量很大，強(qiáng)雷電流流入大地時(shí)，由于大地沖擊電阻的存在，在電流入地點(diǎn)形成極高的過電壓，錯(cuò)誤的接地方式可能導(dǎo)致雷電過電壓反擊。機(jī)房接地引入線與鐵塔或天饋連接在一個(gè)接地點(diǎn)，直擊雷的強(qiáng)大電流產(chǎn)生了極高的過電壓，并通過地線引入設(shè)備。正確的是遠(yuǎn)離鐵塔或天饋接地點(diǎn)，雷電流產(chǎn)生的電壓較低，設(shè)備遭雷擊損壞的概率大大降低。 1、壓敏電阻窗口變紅才表示損壞，當(dāng)窗口仍為綠色時(shí)，并不表明壓敏電阻性能依舊。隨著工作時(shí)間的增加，尤其是承受雷電流沖擊后，壓敏電阻耐壓性能下降。 2、無(wú)雷擊發(fā)生時(shí)設(shè)備工作狀態(tài)與防雷器無(wú)關(guān)，當(dāng)無(wú)過電壓存在時(shí)，防雷器工作時(shí)存在μA級(jí)漏電流。由于漏電流非常小，一般不產(chǎn)生影響。隨著防雷片性能下降，漏電流增加。如果漏電流過大，可能引起零地電壓升高，干擾下級(jí)設(shè)備工作。如果安裝有漏電保護(hù)器，漏電流還可能觸發(fā)保護(hù)器跳閘。 3、正常的防雷器一定能安全泄放In以內(nèi)的雷電流。防感應(yīng)雷的防雷器性能指標(biāo)都是在8/20μs模擬雷電流波形下的檢測(cè)的；而同時(shí)防直擊雷的防雷器（如B級(jí)防雷器）還需要在10/350μs模擬雷電流波形下檢測(cè)。如果雷電流波形與模擬波形不一致，防雷器的最大泄放電流能力也將改變，因此不能認(rèn)為只要雷電流最大值小于In就可以安全泄放。 備注：在雷擊實(shí)驗(yàn)中常用8/20μs波形模擬感應(yīng)雷，用10/350μs波形模擬直擊雷。前一個(gè)數(shù)字指波頭時(shí)長(zhǎng)，后一個(gè)數(shù)字為波尾時(shí)長(zhǎng)。由于波頭起始時(shí)刻及最大值發(fā)生時(shí)刻不易測(cè)量，就將雷電流從10%升高至90%最大電流的時(shí)長(zhǎng)乘以倍作為波頭時(shí)間，稱為視在波頭時(shí)間。波尾時(shí)長(zhǎng)指從視在波頭開始到電流下降至最大電流一半的時(shí)長(zhǎng)，也稱半峰值時(shí)間。 4、防雷空開的作用就是防止電線著火。在沒有安裝防雷空開的情況下，如果壓敏電阻失效短路，產(chǎn)生的短路電流可使主輸入電路中的斷路器跳閘。還能防止因主電路斷路器誤跳閘引起停電事故。 5、只要安裝了防雷器就符合防雷要求。設(shè)備與防雷器之間的距離是很重要的，如果距離過長(zhǎng)，周邊雷電流變化的電磁場(chǎng)可能在電纜上感應(yīng)超過設(shè)備耐受電壓，導(dǎo)致設(shè)備損壞。規(guī)范規(guī)定，C級(jí)防雷器與設(shè)備之間的距離不得超過20米，如果超過20米，需要再額外配置防雷裝置。 ? ? D距離大于10米時(shí)，設(shè)備耐壓大于2倍SPD殘壓（電壓保護(hù)水平）。 6、雷電流越大，設(shè)備越易損壞。 ? ? 雷電主要包括直擊雷、感應(yīng)雷和雷電侵入波，直擊雷的波尾時(shí)間長(zhǎng)，波峰過后電流下降較為平緩，實(shí)驗(yàn)室常用10/350μs波形描述直擊雷，雷電侵入波波形與直擊雷基本相同，但峰值由于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)挠绊懘鬄闇p低。雷電流周邊區(qū)域如果存在導(dǎo)電金屬，將在金屬導(dǎo)線上產(chǎn)生感應(yīng)過電壓。對(duì)于固定的導(dǎo)線來說，雷電流的變化率決定了感應(yīng)過電壓波形與幅值。由于直擊雷電流在峰值后下降較緩，即變化率小，因此峰值過后產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓迅速降低，因此實(shí)驗(yàn)室常用8/20μs波形描述感應(yīng)雷。 ? ? 對(duì)于同樣的峰值，10/350μs雷電流的能量遠(yuǎn)大于8/20μs的雷電流，如果雷電流直接通過設(shè)備，前者對(duì)設(shè)備的損害更大；如果雷電流經(jīng)電纜泄放到大地，電纜附件的線圈將產(chǎn)生感應(yīng)過電壓，則后者感應(yīng)的過電壓高，對(duì)設(shè)備危害更大。 7、電源交流輸入與直流輸出側(cè)配置了適當(dāng)?shù)姆览灼骶桶踩?。接地位置也很重要，否則可能由于地電位反擊造成損失。監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)布線系統(tǒng)，電纜越長(zhǎng)，越容易感應(yīng)雷電。還應(yīng)做好天饋、光纖（內(nèi)有加強(qiáng)筋）等的防雷工程。