浅谈电涌保护器的分类和应用

[摘要]本文简单总结了电涌保护器的分类，概括了SPD的性能和主要技术参数以及SPD在建筑电气系统中的安装和应用。

[关键词]电涌保护器 分类 性能 主要技术参数 安装和选用

电涌保护器SPD(Surge Protective Device)是一种用于带电系统中限制瞬态过电压和导引泄放电涌电流的非线性防护器件。用以保护电气或电子系统免遭雷电或操作过电压及涌流的损害。近年来，随着微电子技术的长足进步，个人ＰＣ、各类中型、大型及超大型计算机、大型程控交换机的运用越来越普及。由于这类电子设备内部有大量的对过电压十分敏感的大规模或超大规模集成电路，从而使由过电压造成的损失越来越大。针对这种现状，2000年版的《建筑物防雷设计规范》中就为此加入了第六章――防雷击电磁脉冲的内容。根据这一要求，一些生产厂家也推出了相应的过电压保护产品，也就是我们现在常说的浪涌保护器。要保护电气和电子系统重要的是在建筑物内设置一套包括全部有源导线在内的完整的等电位联结系统。不同种类的过电压保护装置中放电元器件的物理特性在实际应用中既有优点，亦有缺点，这样就要求设计人员在设计选型时，首先要清楚电涌保护器的分类和重要的技术参数，从而使所选用的电涌保护器真正为保护建筑内的电气和电子系统发挥作用。

一、 电涌保护器的分类

1. 按其使用的非线性元件的分类

（1） 电压开关型SPD：此类SPD当无电涌时，SPD呈高阻状态；而当电涌电压达到一定值时，SPD突然变为低阻抗。因此，这类SPD被称“短路开关型”，常用的非线性元件有放电间隙、气体放电管、双向可控硅开关管等。它具有通流容量大的特点，特别适用于LPZ0A区或LPZ0B区与LPZ1区界面处的雷电浪涌保护，且一般宜用于“3+1”保护模式中低压N线与PE线间的电涌保护。

（2） 限压型SPD：当无电涌时，SPD呈高阻抗，但随着电涌电压和电流的升高，其阻抗持续下降而呈低阻导通状态。这类非线性元件有压敏电阻、瞬态抑制二极管等，这类SPD又称“钳压型SPD”，因其钳位电压水平比开关型SPD要低，故常用于LPZ0B区和LPZ1区及以上雷电防护区域内的雷电过电压或操作过电压保护。

（3） 混合型SPD：这是将电压开关型元件和限压型元件组合在一起的一种SPD，随其所承受的冲击电压特性的不同而分别呈现开关型和限压型两种特性。

（4） 用于通信和信号网络中的SPD除有上述特性要求外，还按其内部是否串接限流元件的要求，分为有、无限流元件的SPD。

2. SPD按在不同系统中的不同使用要求分类

按用途分为电源系统SPD、信号系统SPD和天馈系统SPD；按端口型式和连接方式分为与保护电路并联连接的单端口SPD及与保护电路串联连接的双端口（输入、输出端口）SPD，以及适用于电子系统的多端口SPD等；按使用环境分为户内型和户外型等等。

二、 SPD的性能和主要技术参数

1. 电源系统SPD按其满足冲击波形试验分类，分为1.2.3类。

2. 电子系统SPD按其应用情况的测试波形参数分为A1.A2.B1.B2.B3.C1.C2.D1.D2类。

设计应该按照干扰源对通信系统的耦合机理及被保护设备所处的防雷分区的位置选择最适合的SPD，例如：按照《建筑防雷设计规范》（GB50057-2010版）防雷规范第4.2.11条规定，当电子系统的室外线路采用金属线时，在其引入的终端箱处应安装D1类高能量试验类型的电涌保护器。而这正是因为D1类SPD的测试波形正是模拟直接雷击的10/350uS波形，耦合机理为电阻传导。

3.配电线路用SPD应根据工程的防护等级和安装位置对SPD的最大持续工作电压、标称放电电流、冲击通流容量、限制电压、残压等参数进行选择。

（1）最大持续工作电压Uc：允许持续施加于SPD端子间的最大电压有效值，其值等于SPD的额定电压。Uc不应低于线路中可能出现的最大连续运行电压。

（2）标称放电电流In（额定放电电流）：流过SPD的8/20us波形的放电电流峰值（kA）

（3）冲击通流容量：SPD不发生实质性破坏而能通过的规定次数、规定波形的最大冲击电流的峰值。

（4）限制电压：也称电压保护水平，是表征SPD限制接线端子间的性能参数，对电压开关型SPD指规定陡度下的最大放电电压，对电压限制型SPD指规定电流波形下的最大残压，其值应大于实测限制电压的最高值，并应与设备的耐压相配合。

（5）残压：冲击放电电流通过电压限制型SPD时，在其端子上所呈现的最大电压峰值，其值与冲击电流的波形和峰值电流有关。

当电气装置由架空线或含有架空线的线路供电，且当地雷电活动符合外界环境影响条件AQ2（间接雷击，雷暴日数大于25d/a）或通过雷击风险评估认为应装设防止大气过电压（感应雷或远处雷击）的保护装置时，以及用于防护建筑物或其附近遭受直击雷引起的过电压时，装于建筑物进户处电气装置内或低压架空进线入户处，或架空进线与地下电缆的转接点处之过电压保护装置的保护水平（当SPD为装于相线与中性线之间和中性线与PE线之间时，应为相线与PE线间总的电压保护水平），当装设一级电涌保护（SPD）达不到上述保护水平时，应采用多级配合协调的SPD,以确保达到上述要求的过电压保护水平。

SPD必须能承受预期通过它们的电涌电流，并有能力熄灭在雷电流通过后产生的工频续流。SPD熄灭工频续流的能力由其额定阻断续流电流值来表征：制造厂所规定的SPD之额定阻断续流值不应小于安装处的预期短路电流。安装于各防雷区界面处的SPD还应与其相应的能量承受能力相一致，此时应考虑持续时间较长的暂时过电压的能量。SPD应能承受由于低压系统故障引起的暂时过电压，并能在高压系统发生接地故障时，引起的暂时过电压下正常工作或指示安全性失效。

用于信号系统或天馈系统的SPD除上述选用要求外，其插入损耗、传输速度、工作频率以及驻波系数、特性阻抗、长期允许功率等参数应满足系统要求，且其接头型式应与系统回路相一致。

应考虑SPD的性能退化或寿命终止后可能产生的短路故障对系统运行的影响，因此应在SPD之前装设过流保护器。过电流保护器既要满足工频短路时与主电路过流保护装置的，级间配合及分断能力要求，又不应在规定的雷电冲击放电电流下断开，应参照制造商的建议配置。

三、 SPD的安装和选用

（1） SPD的安装位置原则上应安装在各防雷区界面处，并宜靠近建筑入口及被保护设备安装。当SPD安装于界面附近的被保护设备处时，至该设备的线路应能承受所发生的电涌电压及电流，且线路的金属保护层或屏蔽层宜首先在界面处做一次等电位联结。

（2） 在LPZ0区与LPZ1区交界处，从室外引来的线路上安装的SPD应选用1级分类试验产品，安装于LPZ1区与LPZ2区及后续防雷区界面处的SPD应选用符合2.3级分类试验的产品。

（3） 从室外引来的线路，SPD宜靠近屏蔽线路末端安装；通过每个SPD的雷电流应评估其预期流过的雷电涌流，并将其作为幅值电流来选用SPD。标称电流不宜小于15kA。

（4） 当在LPZ0区与LPZ1区界面处安装的第一级SPD的电压保护水平加上其两端引线的感应电压保护不了室内配电盘内的设备时，应在该配电盘内安装第二级SPD，其标称放电电流不宜小于8/20us、5kA/

（5） 当按上述要求安装的SPD离被保护设备较远，SPD的电压保护水平加上其两端引线的感应电压，并计及反射波效应不足以保护较远处的设备时，尚应在被保护设备处装设SPD，其标称放电电流不宜小于8/20us3kA/

SPD的级间配合要求在一需要保护的系统中装设SPD的数量，取决于防雷区的划分和被保护对象的抗损坏性要求。在各防雷区界面处及被保护设备处安装的SPD，其允许的电压保护水平和必须符合各级电力装置绝缘配合的要求，并低于被保护设备的抗损坏性。特别是保护低压电力系统及敏感的电子系统时，可能需要装设多级SPD以逐级消减雷电瞬态过电压和系统内暂态过电压及能量，直到满足被保护设备的安全性和抗扰度要求。因此，各级SPD之间应注意动作电压及允许通过的电涌能量的配合。当上述被保护设备沿线路距SPD的距离不大于10m时，若该SPD的电压保护水平加上其两端引线的感应电压，小于被保护设备耐压水平的80%时，则一般情况下在被保护设备处可不装设SPD。

（6） 在考虑系统内各级设备之间的电压保护水平时，若线路无屏蔽尚应计及线路的感应电压。

（7） 为使SPD安装处呈现的最大电涌电压足够低，SPD两端的引线应做到最短

（不宜大于5m）并且要避免形成过大的环路，以获得最佳保护效果。

以上是笔者通过学习作出的一些粗浅概括和总结,希望得到大家的批评和指正.

参考文献

《民用建筑电气设计规范》(JGJ 16-2008)

《建筑物防雷设计规范》(GB50057-2010)

《工业与民用配电设计手册》第三版（中国航空工业规划设计研究院 组编）

石文波 女 1980年3月21日出生 2002年毕业于哈尔滨工业大学

现工作于大连市建筑设计研究院有限公司