1、1电涌保护器应用常识南通信达电器有限公司 摘要：介绍 SPD 主要技术参数，应用 SPD 抑制异常过电压的种类，低压配电系统 SPD的选用建议。产品现状及发展动态。叙词：介述、参数、选用、现状。随着国民经济的不断发展，现代化水平的快速提高，在信息化带动工业化的指引下，各类信息设备、电子计算机、精密仪器、数据网络设备的应用越来越广泛，此类设备一般工作电压低、耐压水平低、敏感性高、抗干扰能力低，因而极易受到雷电电流脉冲的危害。据中国气象局防雷办对我国不同气候区域的 23 个省（市）的不完全统计，全国大多数城市的年雷暴日并没有明显的增加，雷电造成的灾害越来截止多，其危害程度、千百万的经济损失、社会影
2、响越来越大，1999 年发生的雷电灾害比 1998 年增加 27%，2000 年又比 1999 年增长 38%。给人类造成巨大的直接经济损失，而因重要设备损坏使网络陷入瘫痪而造成的间接损失更是惊人，已引起国内相关领域对此类系统加强保护的高度重视。近年来， “SPD”这个名词已越来越多地被专业研究、产品制造及工程设计的人们所提到。作为雷电防护装置体系中的重要组成部分， “SPD”已被广泛用于邮电通讯、广播电视、金融证券、保险、电力、铁道、交通、机场、石化、市政建设等各个行业。可以毫不夸张地说，凡是装有 IT 设备的场所，就有应用 SPD 的必须。那么 SPD 究竟是一种什么产品呢？SPD 有哪些
3、功能呢？SPD 是如何选择应用的呢？在这里我们着手用尽可能通俗的语言向各位介绍一些有关SPD 产品的基础知识。希望对那些尚未接触过 SPD 或对 SPD 知之甚少而又想掌握 SPD 知识，并进而使用 SPD 产品的读者有所收益。一、 什么是 SPD（SPD 介述）SPD 这一名词英语全称是 surge protectiye device 其译意为电涌保护器，是限制雷电反击、侵入波、雷电感应和操作过电压而产生的瞬时过电压和泄放电涌电流（沿线路传送的电流、电压或功率的暂态波。其特性是先快速上升后缓慢下降）的器件。一端口 SPD 与被保护电路并联，能分开输入和输出端，在这些端子之间设有特殊的串联阻抗
4、；二端口 SPD 有两组输入和输出端子，在这些端子之间有特殊的串联阻抗；电压开关型 SPD在没有电涌时具有高阻抗，有电涌电压时能立即变成低阻抗，电压开关型SPD 常用的元件有放电间隙、气体放电管、闸流管（硅可控整流器）和三端双向可控硅开关元件。这类 SPD 有时也称“短路型 SPD”；电压限制型2SPD 在没有电涌时具有高阻抗但随着电涌电流和电压的上升其阻抗将持续地减小。常用的非线性元件有压敏电阻和抑制二极管，这类 SPD 有时也称为“箝位型 SPD”；复合型 SPD 是由电压开关型元件和电压限制型元件组成的，其特性随所加电压的特性可以表现为电压开关型、电压限制型或两者皆有。无限流元件的 SP
5、D 在信息线路中的使用只有一个或数个用于限制过电压的元件，而无限流元件；有限流元件的 SPD 在信息线路中使用既有限制过电压的元件，又有限流元件。SPD 限压元件可分为电压开关型（如图 1.1）和限压型(如图 1.2)：图 1.1 电压开关型 SPD图 1.2 电压限制型 SPD3图 1.3 一端口 SPD图 1.4 多端口 SPDSPD 需通过 I、和级试验。SPD 有户内型、户外型、易触及的、不易触及的（碰不到的） 。固定安装方式及移动式的。二、 应用 SPD 抑制异常过电压的种类通常将超过设计规定的正常工作电压上限值的电压称为“异常过电压”简称“过电压” 。它是 SPD 的工作对象，如果
6、没有过电压也就没有 SPD 的生存价值了。因此要了解 SPD 就必须对过电压有个基本了解。过电压将对电气或电子装置中的电路、元器件造成直接破坏，这种破坏依据其严重程度大至可分为以下四种情况。1、使设备、装置短时间工作错乱。2、造成潜故障，使得电路和器件的性能下降，寿命缩短，提前失效。3、造成电路或器件的永久性损坏。4、导致起火、触电等安全事故。异常过电压可能是外来的，也可能是设备、装置内部自生的。外侵过电压的侵入途径，可以通过导线、电路、管道传导进入；也可以通过静电感应、电磁感应侵入。过电压的出现可能是有规律性的、周期性的。但更多的则是随机的。因此在大多数情况下，很难准确在把握它，异常过电压依
7、据其成因的不同，可以分为雷击过电压、操作过电压、静电和暂态过电压等。下面作分类介绍：1)雷击过电压：雷云直接对设备、装置放电时，设备装置所承受的是“直击雷过电压” ，这种情况发生概率少，而通常所说的雷击过电压是指“感应过电压” 。当雷击对地面某一点放电时，通常在它周围方园 1.5km范围内的导线、导体中都会有一定幅值的瞬态电压产生。而产生这种冲击电压的主要机理如下：4 雷云对附近地面的物体放电，或在附近云层中放电，产生的电磁场 会在供电系统的线路导体中产生感应电压。 附近云地之间放电所产生的入地电流。耦合到接地网的公共接地阻抗上，在接地网的长度和宽度方向上产生电压差。 若雷击时，变压器一次侧的
8、的避雷器动作，一次侧电压快速跌落。这种快速跌落通过变压器的电容耦合传送到二次侧。迭加在通过正常变压器耦合的电压上，形成二次侧冲击电压。 雷电直接击中高压一次侧线路，向一次侧线路注入极大的电流，这种大电流流过接地电阻或一次侧导体的冲击阻抗。都会产生高电压，一次侧的这种高电压又可通过电容耦合和正常的变压器耦合，在低压交流电源线路中出现。 雷电直接击中二次侧线路，极大的电流和由这种电流所产生的极高电压远远超过设备本身和接在二次侧线路中的保护器件的承受能力。为模拟雷电冲击，国际上规定“1.2/50”电压波为标准雷电压波（其波前时间为 1.2s，波尾下降到半峰值的时间为 50s。 ） “10/350”电
9、流波为半径传导衰减的雷电流波；“8/20”电流波为经传导衰减的感应雷电流波。雷电冲击波的特点持续时间短，但峰值高。雷电流的波形由图 3.1 描述:由纵轴上的 0.1、0.9 和 1.0三个刻度作三条横轴的平行线，前两条平行线分别与波形曲线的上升沿相交于 A、B 两点，过A、B 两点作一条直线，该直线与第三条平行线和横轴分别相交于 C、D 两点，由 C 点引横轴的垂线，其垂足 E 点与 D 点之间的时间即定义为波头时间，用 t1表示。再由纵轴上 0. 5 刻度作横轴的平行线，该平行线与波形曲线的下降沿相交于 F 点，从 F点引横轴的垂线，垂足 G 点与 D 点之间的时间定义为半幅值时间，用 t2
10、表示，在定义了波头时间和半幅值时间后，单极性雷电流脉冲波形可计为t1/ t2，这 t1和 t2一般采用 s 作单位。2)操作过电压是指电路中的断路器、隔离开关、继电器、可控硅开关等通断转接时，在系统电路中、电路对地以及开关两端所产生的过电压。5产生操作过电压的原因是由于线路及其中的元器件都带有电感和电容，储存在电感中的磁能和储存在电容中的静电场能量，在电路状态突变时产生的能量转换，过渡的振荡过程，由振荡而出现过电压。操作过电压的持续时间比雷击过电压长，比暂态过电压短，在数百微秒到 100mS 之间，并且衰减很快。3)众所周知，在天气干燥的冬天，人体与衣服间的磨擦会使人体带电，当带电的人与电子产
11、品接触时，就会对电子产品（如手机）放电，这是一种典型的静电放电，静电放电的特点是电压很高，但时间很短，为纳秒级。IEC61000-4-2 规定的模拟接触静电放电的电压，等级为 2kv8kv，相应的电流峰值为（7.530）A。 4)暂态过电压是指当电力系统发生接地故障，切断负荷或谐振时所产生的相-地，或相-相间的电压升高，它的特点是持续时间比较长（0.1S60S，与系统的保护方式有关） 。暂态过电压的幅值随供电系统的接地方式而异，接地电阻大的系统，暂态过电压倍数就大。表 3.1 给出了一组供电系统内部过电压倍数 K 的统计数字。过电压倍数 K 的定义是内部过电压的峰值与系统的最高运行相电压峰值之
12、比。表 3.1 供电系统内部过电压倍数 K暂态过电压 操作过电压过电压名称 K 过电压名称 K单相接地故障 1.11.3 切断电感性负载 14.0甩负荷 1.21.3 合闸空载线路(包括重合闸) 13.5电弧接地 13.5 切断空载线路 13.5谐振 13.5 合空载变压器 12.0此外，在实用中，还可能碰到所谓“错电”事故，即设计用于 110V电源的设备错误地接入 220V 的系统中，或设计用于 220V 电源的设备错误地加上 380V 电压等，这样所引起的过电压，不仅是接入电压的峰值，还有过渡过程的震荡性电压。总之，异常过电压成因复杂，持续时间和电压、电流的强度差异极大因此防护异常过电压有
13、时是个复杂而困难的任务。一般来说压敏电阻器是防护持续时间较短的静电，雷击过电压和操作过电压的“瞬态”过电压保护器，对于持续时间较长的暂态过电压只能用熔断器，断路器等器件来防护。三、 SPD 产品的主要术语定义SPD 产品的术语很多，其中主要有以下几个术语较常用1、 标称放电电流 In：流过 SPD 具有 8/20 波形的电流峰值。用于6级试验的 SPD 分级以及 I 级、级试验的 SPD 的预处理试验。2、 最大放电电流 Imax：流过 SPD 具有 8/20 波形电流的峰值，其值按级动作负载的程序确定。I max大于 In。3、 冲击电流 Iimp：由电流峰值 Ipeck和电荷量 Q 确定，
14、其试验应根据动作负载试验的程序进行，是用于 I 级试验的 SPD 分类试验。4、 最大持续工作电压 Uc：允许持久施加在 SPD 上的最大交流电压有效值或直流电压。5、 电压保护水平 Up：表征 SPD 限制接线端子间电压的性能参数，其值可从优选值的列表中选择，该值应大于限制电压的最高值。6、 限制电压：施加规定波形和幅值的冲击电压时，在 SPD 接线端间测得的最大电压峰值。7、 残压：放电电流流过 SPD 时，在其端子间的电压峰值。8、 SPD 的脱离器：当 SPD 失效时，把 SPD 从电源系统断开所需的装置。9、 持续运行电流：在对 SPD 加上 Uc时，流入 SPD 保护元件的电流和流
15、入与其并联的内部电路的电流之和。10、 续流 If：当 SPD 放电动作刚结束瞬间，流过 SPD 的由供电电源提供的工频电流。11、 插入损耗：在特定的频率下，连接到给定供电系统的 SPD 插入损耗是指试验时，插入 SPD 之前和以后，出现在横跨干线紧靠插入点之后的电压比，对信息线路用 SPD 而言，插入损耗是在传输系统中接入 SPD 前后传输系统的功率之比值。用 dB（分贝）表示。12、 比特差错率 BER：在一给定的时间内，信息传输系统中不正确地传输比特数与总传输比特数之比。13、 SPD 的频率范围 fG：连接至信号线路的 SPD 在接入线路后，能产生能量损耗，规定在 3dB 的插入损耗
16、下，取起始频率至截止频率为用于信号线路 SPD 的频率范围。14、 SPD 的数据传输速率 bPS：用于信息线路的 SPD 在接入网络系统后应不影响系统传出的上限数据传输速率，用 1s 内传输比特值bPS 表示，即 bPS/S。15、 回波损耗 AR：在高频工作条件下，前向波在 SPD 插入点产生反射的能量比，它是衡量 SPD 与被保护系统的波阻抗匹配程度的一个参数。AR 是反射系数倒数的一个模量，单位为分贝（dB） 。当阻抗可确定时，可从下列公式确定 AR：AR=20lgMOD(Z1+Z2)/( Z1- Z2)7式中：Z 1：阻抗不连续点之前传输线的特性阻抗或源阻抗。Z2：不连续点之后的特性
17、阻抗或从源和负载间的结合点所测到的负载阻抗。MOD 是阻抗模的计算。16、 近端交扰 NEXT：交扰在干扰通道中的传播方向与电流在干扰通道中的传播方向相反。持续近端交扰的干扰通道端口通常与干扰通道的供能端接近或重合。17、 I 级分类试验：对试品进行标称放电电流 In，1.2/50s 冲击电压和最大冲击电流 Iimp的试验，I imp的波形为 10/350s。18、 级分类试验：对试品进行标称放电电流 In，1.2/50s 冲击电压和最大放电电流 Imax的试验。I max的波形为 8/20s。19、 级分类试验：对试品进行混合波（1.2/50s，8/20s）试验。I 级分类试验用于模拟导入的
18、部分雷电流冲击，经 I 级分类试验的 SPD 一般建议安装在暴露处，如装有防雷装置的建筑物入户处，级和级分类试验用于承受持续时间短的雷击电磁脉冲，此类SPD 一般安装在较少暴露处。四、 低压配电系统 SPD 的选择应用现在的防雷工程技术已进入一个新时期，要考虑雷电的各种物理特性和作用而实施。强大的闪电产生的静电场变化、磁场变化和电磁辐射，在一定范围内造成许多微电子设备的损坏。从前的防雷概念局限于沿着闪电电流或者闪电电压波传输的一维通道来考虑，但到了 20 世纪 80 年代以后则不同了，闪电在一维通道四周的三维空间产生危害。因此防雷工程必须从三维空间来设防。这是一种全新的思维，原来以为一个雷击被
19、避雷针引入大地就达到了防雷的需要，不会出现雷灾。其实却不然，在几公里空间范围内将会有许多单位出现雷灾，甚至损失严重。这是因为，现今的各种电气和电子产品不得不在严重污染的电磁环境中工作。这种污染来自雷电、电气系统操作及故障，还有静电。它们所产生的异常高电压对信息技术产品的危害尤其严重。因为这类产品中大量使用着各种集成电路（IC）,其中元器件的尺寸，导线之间的间距只有几微米，甚至小于 1m。因此作用在它们上面的冲击电压只要稍微比设计值高一点就能使它们损坏。而这种损坏所造成的损失主要不在设备本身，而是因这些信息技术设备停止工作或工作错乱所造成的间接损失。例如一台银行电脑的电源板被雷击感应电压打坏，更
20、换其中损坏的元件可能只是百十元左右，但由于停机或内存资料丢失所造成的损失则无法计算。所以对于现代电子设备，特别是信息技术产品，防护异常过电压是个必须认真解决，丝毫不能马虎的课题。简单8而草率地将 SPD 装置在各种线路中并不意味着最优的保护方案，只有正确地选择、配置、安装才能使 SPD 达到预期的效果，使保护方案成功地付诸实施。SPD 正常发挥效用的前提是将浪涌电压而引起的浪涌电流以最短的途径通过等电位系统接地。电源线、信号线、金属管道等都要通过等电位连接导体或电涌保护器进行等电位连接，各个局部等电位连接排互相连接。并最后与主等电位连接排相连。根据感应原理，电感量越大瞬间电流在电路中产生的电压
21、越高。V=Ldi/dt。而电感量主要与导线长度有关，而和导线截面关系不大。因此应使导线尽可能地短，尽量做到在需保护的区域内，所有导电部件都可认为是有接近相等的电位，因而不存在显著的电位差。1、 电涌保护器配置方案等级的确定：(1)决定系统设备损坏的可接受的最大年平均雷击次数 NcNc=5.810-3/(C1+C2+C3+C4+C5) 次/年 (1)其中 C1、C2、C3、C4、C5 的取值见表 4.1注：有些专家认为 Nc 应为 5.810-2/( C1+C2+C3+C4+C5)较适合我国国情和居民随能力。(2)根据地区雷暴日 Td，决定地区雷击频度 NgNg=0.24Td1.3次/K年 (2
22、)表 4.1 影响防雷状况和信息系统的重要性的各种因子信息系统的重要性 建筑物防雷状况信息系统重要程度因子 C2系统事故后果因子 C5建筑物材料结构因子 C1信息设备抗冲击能力因子 C3信息设备所处防雷分区因子 C4一般 0.5 无不良后果 0.5 金属 0.5 一般 0.5 LPZ2 0.5C 类基本 1.0不许中断但无严重后果1.0钢筋混凝土1.0 较弱 1.0 LPZ1 1.0B 类较严 2.0不许中断且有严重后果1.5 砖混 1.5 相当弱 3.0 LPZ0B 1.5A 类严格 3.0 砖木 2.0 LPZ0A 2.0木 2.5注：C4 一栏中防雷分区的概念引自 GB5005794（2
23、000 年版）LPZ0A 区：本区内的各物体都可能遭到直接雷击和导走全部雷电流；本区内的电磁场强度没有衰减。LPZ0B 区：本区内的各物体不大可能遭到大于所选滚球半径对应的雷电流直接雷击，但本区内的电磁场强度没有衰减。9LPZ1 区：本区内的各物体不可能遭到直接雷击，流经各导体的电流比LPZ0B 区更小；本区内的电磁场强度可能衰减，这取决于屏蔽措施。LPZn+1 后续防雷区：当需要进一步减小流入的电流和电磁场强度时，应增设后续防雷区，并按照需要保护的对象所要求的环境区选择后续防雷区的要求条件。注：n=1、2、。在两个防雷区的界面上应将所有通过界面的金属物做等电位连接，并宜采取屏蔽措施。注：LP
24、Z0A 与 LPZ0B 区之间无界面。(3)根据地区雷击频度 Ng 和建筑物的等效接闪面积决定建筑物年平均接闪次数。N=KAeNg 次/年其中 K地形校正系统，一般情况取 1；旷野孤立的建筑物取 2；金属屋面的砖木结构建筑物取 1.7；河边，湖边，山坡下，山地中土壤电阻率较低10处，地下水露头处，土山顶部，山谷风口，特别潮湿的建筑物等取 1.5Ae建筑物等效接闪面积 KNg地区接闪频度，由（式 2）次/K年建筑物等效接闪面积 Ae 应为其实际面积向外扩大后的面积，其计算方法由公式、决定建筑物等效接闪面积 Ae当建筑物高度 H 小于 100m，Ae=LW+2(L+W)D+D10 -6 其中 L、
25、W、H 为建筑物的长、宽、高(m)；D 为建筑物的扩大宽度D=H(200-H) 当建筑物高度 H 等于大于 100m,Ae=LW+2(L+W)H+D10 -6 、根据 E=1-Nc/N，按表 4.2 决定需增加的防雷设施的等级、根据表 4.3 确定低压电涌保护器的配置方案表 4.2 防雷设施等级的决定E 需增加的防雷设施的等级E0.98 甲0.98E0.95 乙0.95E0.8 丙EE0.8 为丙级12按表 4.3 电涌保护等级为丙级,在设计中第一、二、三级均采用共模保护的配置形式。、电涌保护器的保护模式(接入模式)（见图 4.3）3、设计防雷系统，除了 SPD 的选型外，还要对各级 SPD
26、进行选择保护配合设计，以满足设备的安全要求。关于 SPD 最大持续运行电压 Uc的选择应等于或大于表 4.4 的数值。表 4.4 SPD 取决于供电系统结构所要求的最小 Uc值配电网络的系统结构SPD 连接于以下导体之间TT TN-C TN-S 有中性线的 IT 无中性线的 IT13相导体与中性线 1.1U0 不适用 1.1U0 1.1U0 不适用相导体与 PE 线 1.1U0 不适用 1.1U0 3U 0a) 相间电压 a)中性线与 PE 线 U0a) 不适用 U0a) U0a) 不适用相导体与 PEN 线 不适用 1.1U0 不适用 不适用 不适用注: 1.U 0是低压系统相线至中性线的电
27、压。2.本表是基于 IEC61643-1Amendment1 提出的。注有 a）的值是故障下最坏的情况，所以不需计及 10%的允许误差。SPD 产品若做了耐暂态过电压 TOV 的试验，其 Uc按上表考虑，另加 5%防老化，取 Uc1.15 U0。 （即对于我国 220/380V 系统，表中的 1.1U0改用1.5U0） 。关于 SPD 级位配置、通流容量及电压保护水平 Up的选择要求：在电涌作用时，按设计要求在不同位置上装设的各个 SPD，能否承担应该从其位置通过的电流和相应消耗的能量而不损坏或劣化，且同时还能满足各位置上的电压保护水平要求。然而，设计时各 SPD 是分别选择的，往往是先按最大
28、持续工作电压和电压保护水平的要求来选取，其通流容量却是设计人员主观给定的。给定的通流容量通常是相对其要求的各级 SPD动作责务（见表 4.5） 。在下表中，第一级应泄放绝大部分电流和能量，第二级次之，第三级更少。但是，由于在一条线上装设的几个 SPD 的动作是互相影响的，几个 SPD 都连上以后，各个 SPD 的通流并不一定按设想的那样依次降低。如果配置不好，可能并非第一级通过了大部分电流和能量，却是第二级通过了大部分电流和能量，而选择时第二级的通流容量选择较小，这就可能使其损坏或爆炸。SPD 级别雷电威胁第一级 第二级 第三级直击-反击 绝大部分 剩余 很少侵入波 绝大部分 剩余 很少感应
29、承受 承受 承受操作电涌 承受 承受 承受表 4.5 各级 SPD 动作责务在国内，曾发生第一级未损坏而第二级损坏的情况，这很可能是级间配合不当引起的。在许多关于电涌保护的标准或规范中都提到了级间配合的问题，有的还给出了分析的原则。解决 SPD 级间配合问题常用的方法有： 级间距离：当 SPD 间有足够的线路距离时，利用线路的自然电感的阻滞作用，可使后级 SPD 较前级 SPD 的电流为小，实现级间通流配合。14但是，有时建筑物的规模小，SPD 间没有足够的距离,有的防雷工程额外地加长电源线的长度,如为电缆，可以盘绕成圈以减少空间。但是，如果是散线，要注意盘绕成圈后大大地增加了电感以及圈与圈间
30、在冲击电压下的绝缘问题。 解耦器：当 SPD 间没有足够的距离时，也可以用电感达到级间配合。(当建筑物电源容量较大时不可使用)。当第一级为 SG、第二级为MOV，解耦器电感值可用下式校核：L（U f-U2）/（i/t）其中 U f气体间隙的陡波最大击穿电压（kV）U2可取金属氧化物 SPD 残压或电网额定相电压峰值（kV）i/t雷电流陡度，一般可取 0.1kA/sL解耦器电感 （H）由式可见，电感要求与雷电流陡度有关，电流陡度越小要求电感值越大。实际线路上电流陡度变化很大，所以解耦器电感的要求不是一个确定的值。但上式是偏于安全的。 SPD 特性曲线的配合：一般讲，为了级间配合，前级 SPD 的
31、伏安特性或伏秒特性低于后级为好。但电压保护水平的要求却是希望后级 SPD 低于前级。因为后级更靠近被保护设备。这样，两者是有一定矛盾的。 SPD 参数控制：近来有厂商推出了 Uf可控的 SG 或复合型 SPD 以降低 Up。第一级较低易于与后级相配合。但是Uf的控制是否可靠有待验证。在各级 SPD 典型的特性参数组合下对级间距离的要求：SPD 与被保护设备间距离的要求；在可能开路的电源分支线末端的电涌电压。对全部由 MOV 构成的多级SPD(参见图 4.4)。主要结论是：如 Up1=Up2=Up3，当级间距离适当时，级间配合能够满足要求；如 Up1Up2Up3，当级间距离足够大时，才能够满足级
32、间配合要求；如 Up1Up2Up3，级间距离即使较小，级间配合也能够满足。一般情况下，两 SPD 间的线路上电涌电压不会超过 SPD 上的电压，但可能开路的分支线的末端可能有高于分支点的电涌电压；15设计者应在电涌保护设计后阶段校核级间配合。关于 SPD 标称放电电流、冲击电流值的确定：为了确定配备外部防雷系统的建筑物遭到直接雷击时通过 SPD 的电流分布，应按 GB18802.12002/IEC61643-1：1998 中沿各种设施引入建筑物的一般雷电电流的分布（见图 4.5）图 4.5 一般雷电电流的分布在不可能单独估算(例如计算)的场合，可以假定总雷电流 I 的 50%流入建筑物系统的接
33、地端.另外 50%电流，称为 Is，在进入建筑物各设施中分配，例如，外部导电部件、电源线和通信线等。流过这些设施的电流值称为Ii：Ii=Is/n式中 n 是设施的数量。在估算非屏蔽电缆中每根导线的电流（称为 Iv）时，用导线的根数 m除电缆电流 Ii，即：Iv=Ii/m至 于 屏 蔽 电 缆 中 每 根 导 线 ， 通 常 部 分 电 流 通 过 屏 蔽 层 。 优 选 值Ipeck相 当 于 Iv。 在 LPZ0A与 LPZ1区 界 面 处 做 等 电 位 联 接 用 的 SPD， 应 安 装 符 合 GB18802.12002/IEC61643-1：1998 中所界定的 I 级分类试验的产
34、品（10/350 波形）使其能在交界处将相应荷载的直击雷电流的大部分导走，当线路有屏蔽时，通过 SPD 的雷电流可按上述计算的雷电流的 50%确定，SPD 的冲击电流 Iimp不宜小于 12.5kA（10/350s） 。 LPZ1 区与 LPZ2 区交界面处的第二级 SPD 考虑由雷电流引发的电磁场的16作用及进一步降低第一级避雷器的残压。应安装符合 IEC61643-1 的规定的级分类试验的产品。SPD 的标称放电电流不宜小于 5kA (8/20s)。安装在 LPZ2 区与其后续防雷区交界面处的第三级 SPD 应考虑由雷电流引发的电磁场的作用及进一步降低避雷器的残压，并应具有防操作过电压功能
35、。应安装符合 IEC61643-1 所规定的级分类试验的产品。SPD 的标称放电电流 In不宜小于 3kA (8/20s)。第一、二、三级 SPD 均应符合以下两个附加要求：a)通过电涌时的最大箝压；b)有能力熄灭在雷电流通过后产生的工频续流。最大电涌电压,即电涌保护器的最大箝压(U p)加上其两端的引线的感应电压(Ul)应与所属系统的基本绝缘水平和设备允许的最大电涌电压相一致，即：U p+Ul设备耐冲击过电压水平。220V/380V 三相配电系统的各种设备耐冲击过电压时可参照表 4.6表 4.6 220V/380V 三相配电系统的各种设备绝缘耐冲击过电压额定值设备位置 电源处的设备配电线路和
36、最后分支线路的设备用电设备 特殊需要保护 的设备耐冲击过电压类别 类 类 类 I 类而冲击电压额定值 6KV 4KV 2.5KV 1.5KV注：I 类需要将瞬态电压限制到特定水平的设备；类如家用电器、手提工具及类似负荷；类如配电盘、断路器、布线系统（包括电缆、母线、分线盒、开关、插座）及应用于工业设备和一些其他设备如永久接至固定装置的固定安装的电动机。类如电气计量仪表、一次线过流保护设备、波纹控制设备通讯设备耐冲击过电压时可参照表 4.7表 4.7 通讯设备耐共模冲击过电压额定值设备名称 预期耐共模冲击电压电话交换或类似的电信交换中心的数字交换设备 1.0KV(10/700s)电信用户终端设备
37、 1.5KV(10/700s)置在建筑物内的 ISDST/S 总线的设备 1.2KV(1.2/50s)17不同的界面上的各 SPD，还应与其相应的能量承受能力相一致。SPD 在电源系统中的安装位置： 在 LPZ0A 区和 LPZ0B 区与 LPZ1 区交界面处，在从室外引来的线路应安装第一级 SPD（一般为电压开关型 SPD） 。建议安装位置：总电源进线处，如变压器低压侧或总配电柜内，配电变压器离总配电柜的距离小于 20 米，此 SPD 可与建筑物内部第一级 SPD 合并，建筑物内部低压配电用 SPD 要求作分散的多级配置。IEC61312-1 关于在不同防雷区的分界线上作等电位连接的要求。即
38、使在同一防雷区，如果电源线路延伸较长，线路上的波过程使远离 SPD 处的过电压升高，也需要另外再装设 SPD 加以限制。当上述安装的 SPD 电压保护水平加上其两端引线的感应电压保护不了后续配电盘供电的设备时，应在该级配电盘安装第二级 SPD（一般为限压型） ，其位置一般设在 LPZ1 区和 LPZ2 区交界处。建议安装位置：安装于下端带有大量弱电、信息系统设备或需限制暂态过电压的设备的配电箱内，如：楼层配电箱、计算机中心、电信机房、电梯控制室、有线电视机房、楼宇自控室、保安监控中心、消防中心、工业自控室、变频设备控制室、医院手术室、监护室及装有电子医疗设备的场所的配电箱内。另外，对所有引至室
39、外照明或动力线路的配电箱，均应加装 SPD，SPD在此处的作用主要是为了防止高电位窜入。对于需要将瞬态过电压限制到特定水平的设备（尤其是信息系统设备） ，宜考虑在该设备前安装具有防操作过电压和防感应雷双重功能的第三级SPD（一般为浪涌吸收器）其位置一般设在 LPZ2 区和其后续防雷区交界面处。建议安装位置：计算机设备、信息设备、电子设备及控制设备前或最近的插座箱内。SPD 安装的注意事项：SPD 的安装应注意如下问题：第一级保护的 SPD 应靠近建筑物的入户线的总等电位连接端子处，第二、三级保护的 SPD 应尽量靠近被保护设备安装。SPD 接至等电位连接的导线要尽可能短而直。为满足信息系统设备
40、耐受能量要求，SPD 的安装可进行多级配合，在进行多级配合时应考虑 SPD 之间的能量配合，当有续流时应在线路中串接过电流保护装置，一般情况下在线路上多级安装且无准确数据时，电压开关型与限压型 SPD 之间的线路长度小于 10 米时和限压型 SPD 之间线路18长度小于 5 米时宜串接退耦装置。必须考虑 SPD 退化或寿命终止后可能产生的过电流或接地故障对信息系统设备运行的影响，因此在 SPD 的电源侧应安装过电流保护装置（如熔断器或空气断路器） ，在 TT 系统中还应安装剩余电流保护装置，并宜带有劣化显示功能。注：熔断器或空气断路器的整定值与导线配合关系表 4.8。(仅供设计人员参考)在爆炸
41、危险场所使用的 SPD 应具有防爆功能。在考虑各设备之间的过电压保护水平 Up 时，若线路无屏蔽时尚应计及线路的感应电压，在考虑被保护设备的耐冲击过电压水平时宜按其值的 80%考虑。在供电电压超过规定的 10%及谐波使电压幅值加大的场所，应根据具体情况对氧化锌压敏电阻 SPD 提高 Uc 的值。当设有信息系统的建筑物需加装 SPD 保护时，若该建筑物没有装设防直击雷装置和不处于其他建筑物或物体的保护范围内时，宜按第三类防雷建筑采取防直接雷的措施。在要考虑屏蔽的情况下，防直击雷接闪器宜采用避雷网。表 4.8 熔断器或空气断路器的整定值与导线配合关系SPD保护分级MCB 整定电流(A)/FUSE
42、整定电流(A)电源侧配线(铜导线)截面(mm)接地侧配线(铜导线)截面(mm)一级保护 50/160 16 25二级保护 32/125 10 16三级保护 16/32 6 10(5)SPD 适用电路举例：电流互感器（CT）的保护：电流互感器（CT）用于将一次侧的工频大电流变换成二次侧的小电流，送给电流表或电流控制装置 YC（如图 4.8） 。低压配电装置中 CT 的一次侧大体在 15A-1500A。二次侧负荷的标准值为5VA-100VA。正常工作时二次侧的电压为 1V 到约 20V，但一旦二次侧负载断线，或接线螺丝松动，造成开路，则二次侧产生脉冲高压，其峰值可达几千伏，已多次发生过电压致死人命
43、，或绝缘击穿等事故。在电流互感器二次侧线圈上并接 SPD，能有效地防止 CT 二次侧开路事故，SPD 的保护有两种方式：a）与 SPD 热耦合一个温控短路接点S（或开关） （见图 4.8） ，当 CT 二次侧开路后，SPD 温度升高，当温度升到设定值时，S 闭合，将 CT 二次侧短接，并同时发出告19警信号。b）采用大功率 SPD 持续地限制 CT 二次电压和消耗二次侧功率，直到故障被排除。例图 4.8 表示的是单相，在三相电路中，有三只电流互感器的星形接线、两只电流互感器的不完全星形接线或两台电流互感器的两相电流差接线等接线方式，SPD 的连接应与之配合。电感负荷的断开保护：在电气系统工程中
44、有大量的电感负荷，如汽车电机的绕组，继电器和电磁铁的线卷，发电机的激磁绕组等。当用开关 S 切断电感 L 中的电流时（见图 4.9） ，由于电流不能突变，因此感应电势将推动电流，给分布电容 Co 充电，达到一个相当高的电压值，可能引起绝缘击穿。Co 上的电压与电源电压 Uo 迭加后，作用在开关 S 的接点上，当接点刚开始分离时。其间隙相当小，因此间隙两端场强很高，使空气击穿，造成火花放电，甚至电弧。电感 L 两端的感应电势可用 SPD1 或 SPD2 来抑制，SPD1 或 SPD2 都能给感应电势推动的瞬态电流提供通路，消耗其能量，同时抑制电压的峰值。SPD 两种连接方法是有差别的：在 SPD
45、1 的接法中，开关上的瞬态电压就是SPD 的限制电压。而在 SPD2 接法中，S 两端的瞬态电压等于电源电压 Uo与 SPD2 的限制电压之和。通过分析这个电路可以得出选定压敏电阻的参数，为此应当：a 确定这一电路中的电流峰值 Im，电感量 L 和开关 S 的绝缘所允许的冲击耐压，在整个寿命期内，开关 S 的预期动作次数 Ns，以及在工作寿命期内可能发生的开关 S 的最高每分钟通断次数（Ns/min） 。b 计算电感中的储能 E=1/2LIm2，平均功率 Po=NsE/60c 压敏电阻 SPD2 应满足下面的条件SPD2 在电流 im 下的限制电压，应低于电感 L 的冲击耐压；这个限制电压与电
46、源电压 Uo 之和，应低于开关 S 允许的冲击电压，据此选定 SPD 的限制电压 Up。SPD 的额定功率应大于 b 项计算得的 Po。估算开关 S 分断时冲击的时间宽度 =E/i mUp20SPD 承受峰值为 im，时间宽度为 的冲击电流的寿命次数应大于 Ns。根据电弧理论，当电流和电压超过一定值时，开关 S 两端的火花不可能完全消除，但采用 SPD 后，火花的强度可大大减小，从而使接点 S 的寿命提高数倍。铁路轨道电路的保护：铁路钢轨道也是传送信号的线路，打雷时钢轨上将感应出高电压，因此连接在钢轨上的电路必须有防雷保护，图 4.10就是这样一个例子。高速公路通信机的保护：高速公路沿线敷设的
47、地下电缆上，每隔一定距离（例如 2km）挂接一台电话机，一台电话机有 3 对线，分别供给直流电源，信号和语音。地缆和电话机之间应加装防雷组件，图 4.11 表示了这样的一个例子。4、电涌保护器的辅助功能要求作为一个完整的产品，电涌保护器除了核心保护元件之外还需具有一系列的辅助功能。电涌保护器的辅助装置中应有内置的热开断器、热熔断器及运行状态指示器；可选用声、光的当地或远程报警器；可选用雷击记数器或雷电流记录器。5、电涌保护器的接线和安装电涌保护器接入主电路的引线应尽量短而直，避免形成回环，要寻找最近的接地点或等电位点，采用多根并联松散的引线，不可将电涌保护器电源侧引线与被保护侧引线并拢绑扎或互
48、绞，避免尖锐的转角。21电涌保护器引线的截面积第一级应大于 10（多股线） ，其余各级应大于6（多股线）电涌保护器安装前应检查其外表、运行指示、接线标志，检测其 Ulma压敏电阻及漏泄电流。每年雷雨季节前，除做上述检查、检测外还应考察其逐年变化情况并进行比较。建筑物低压电涌保护器的制造商或供应商，应提供国内或国际独立测试机构对所供应的 SPD 按试验标准进行规定项目、方法的型式测验报告及防雷主管部门的销售许可，慎重的设计者不使用无标准、无权威试验报告的产品。五、 国家有关防雷减灾政策法规及国内外相关防雷标准规范中华人民共和国气象法第三十一条规定各级气象主管机构应当加强对雷电灾害防御工作的组织管
49、理；安装的雷电灾害防护装置应当符合国务院气象主管机构规定的使用要求，据此中国气象局发布了“防雷减灾管理办法” ，对有关工作作了较详细的具体规定，同时开展防雷技术规范、标准的制订。在北京、上海建立了具有国际一流水平的国家级防雷装置测试中心。第三十七条规定：安装不符合使用要求的雷电灾害防护装置的，由有关气象主管机构责令改正，给予警告。使用了不符合使用要求的雷电灾害防护装置给他人造成损失的，依法承担赔偿责任。 “防雷减灾管理办法”第二十五条规定防雷产品应当通过正式鉴定，由国务院气象主管机构委托的检验机构测试合格，并经国务院主管机构认可，方可投入使用。到目前为止，国务院主管机构正式委托的检验机构只有一家，即北京雷电防护装置测试中心。第二十六条规定：省级气象主管机构对进入本省的防雷产品的性能、质量、售后服务等要进行监督检查。各防雷产品生产，经销企业应主动到省级气象主管机构进行登记备案，接受管理。国内外相关防雷标准规范。国际标准：IEC
