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低压配电系统电涌保护

电涌（surge）研究及电涌保护是近三十来年发展起来的一个新的技术领域，是雷击电磁

脉冲LEMP防护的成部分之一，与建筑物上的LEMP防护共同构成SPM。电涌保护是在传

统防雷系统LPS对电子信息系统失防的背景下产生的，但其设防对象已不只局限于雷电，还包

拈操作过电压等其他来源的能量冲击，保护对象也从电子信息系统扩展到低压配电系统。

从危害来源看，雷电是电涌保护最主要的设防对象，因此它属于防雷技术体系的一部分：

而从受害对象看，电子信息设备是电涌保护的主要保护对象，目的是防止电磁干扰对电子信息

设备的破坏，因此它又属于电磁兼容（EM。技术体系的一部分；低压配电系统作为电子信

息系统的电源，也被纳入电消保护的范围，因此它还属于电力系统过电压防护技术体系的一部

分。多个工程技术体系的交叉，导致电涌保护从概念、术语到方法都比电力系统传统瞬态过电

压防护有更宽阔的背景。因此本章的内容，既是第五、六章内容的延伸，又是电磁兼容技术体

系的一个应用分支。

第一节电涌

本节将对电涌的含义、来源及强度计算等问题进行介绍。

一、电涌及来源

1.什么是电涌

低压电气系统中的电涌是按瞬态过电压的一种类别来考虑的，电子信息系统中的电涌属于

电磁兼容中的电磁干扰和（或）电磁骚扰，关于电涌与电涌保护的很多概念、术语和方法需

要用EMC的观点才能更好地理解，因此本节主要用EMC的观点来介绍电涌。

电磁兼容学科研究由骚扰源（发射器）、耦合机制

（路径）及敏感设备（感受器）成的干扰模型，

如图7-1所示。

就电涌而言，在以上这个模型中，各部分的具体内

容如下：

1（）骚扰源主要有以下几种：雷电（雷击电磁脉冲LEMP）,电力系统开关操作

（操作电磁脉冲SEMP）,电力系统的扰动（如短路故障；，，静电放电，低频和高频发射机,

核爆炸（核爆电磁脉冲NEMP）等。本书只涉及LEMP和SEMP这两种骚扰源，其中又

以LEMP为重点。

⑵耦合机制主要有导体传导耦合和空间辐射耦合两类，辐射耦合又分为电场耦合

和磁场耦合。按电磁兼容等效电路上电路元件与耦合机制的对应关系，将传导耦合称为电阻

糖合，电场和磁场辐射耦合分别称为电容耦合和电感耨合。

⑶敏感设备指建筑物中或建筑群间的电气、电子系统。在本书的讨论中，感受器

只考虑低压配电系统。

综上所述可以定义：电涌是以雷击电磁W

脉冲和（或）操作电磁脉冲为骚扰源，在电

气电子系统中耦合能量脉冲。从该定义理

解，电涌是骚扰源耦合到电气电子系统中产

生一种干扰，但一旦系统中产生了电涌，

它对系统设备或元件而言又是一种骚扰源。

如图7-2示出了低压配电线路中工频电压叠

加了电涌电压时波形，从图中可见，雷击

电磁脉冲产生电涌电压幅值远大于工频电

压，但持续时间很短。操作电磁脉冲产生

电涌幅值相对较小，持续时间长一些。

2.电涌来源

图7-2电涌电压波形示例

（1）雷电耦合电涌下面以几个实例展示雷电耦合电涌途径。

1）传导（阻性）耦合。除了直击雷放电到线路上形成电涌外，阻性耦合还可能有其

他方式。如图7-3所示，雷击建筑1外部防雷系统时，在接地电阻处上产生了很高

电压，而建筑2接地电阻外仍为参考地电位，由于两个接地电阻间通过PE线前信号线

金属屏蔽层电气连通，雷电流会流向接地电阻尺2,从而在信号线中形成电涌电流，并以波阻

抗比例在信号线中产生电涌电压。

另外，中压系统通过变配电所共同接地耦合到低压系统雷电电涌也是传导耦合一种形

式，见本书第六章图6-12。

2）感性辐射耦合。雷电流产生磁场会在金属环