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摘要：电涌保护器（SPD）广泛应用于电气、电子系统中，用于保护各系统免遭雷击过电流或操作过电压及涌流的损害，降低雷击电磁脉冲干扰。本文从一般常规的建筑工程电气设计角度出发，介绍了电涌保护器的分类、特性、工作原理，并论述了SPD在低压配电系统中的选型、应用及安装要求。
关键词：电涌保护器；分类；级间配合；选型安装
0 引言
雷电是自然界大气的放电现象，其雷电蕴藏着巨大的能量，破坏性极强，具有雷电流幅值大(可达数十千安至数百千安)、、雷电流陡度大(可达50 kA/μs)、冲击性强、冲击过电压高(可达数百千安至数千千安)的特点，是世界上最严重的十大自然灾害之一。雷电电流及雷电高频电磁场所形成的雷电电磁脉冲通过接地装置或电气线路导体的传输耦合和空间交变电磁场的感应耦合，在电气及电子设备中产生危险的过电压和过电流，对电气线路及电子设备可产生致命的伤害。在电气、电子系统中装设电涌保护器可降低雷击电磁脉冲干扰，保护电气、电子系统，降低雷击损失。
1 电涌保护器简介
电涌保护器SPD是一种用于限制瞬态过电压和分泄电涌电流的器件，它至少包含有一个非线性元件，把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内，将强大的雷电流泄流入地，保护被保护的设备或系统不受冲击而损坏。目前市场上的SPD主要分为三大类，电压开关型电涌保护器、限压型电涌保护器、组合型电涌保护器。不同类型的SPD表示方式不同，如图1所示。
（c）组合型
图1 SPD表示方式
1.1电压开关型电涌保护器
电压开关型电涌保护器在没有电涌出现时为高阻抗，当出现电压电涌时突变为低阻抗。通常采用放电间隙、充气放电管、硅可控整流器或三端双向可控硅原件做电压开关型电涌保护器的组件。具有不连续的电压、电流特性，其优点为放电电流大、漏电流小、无续流、热稳定性好；缺点是残压高、反映时间慢。
1.2 限压型电涌保护器
限压型电涌保护器在没有电涌出现时为高阻抗，随着电涌电流和电压的增加，阻抗连续变小。通常采用压敏电阻、抑制二极管作限压型电涌保护器的组件。具有连续的电压、电流特性，其优点为通流容量大、残压较低、反应时间较快；缺点是漏电流较大、老化速度快、热稳定一般。
1.3 组合型电涌保护器
组合型电涌保护器由电压开关型元件和限压型元件组合而成的电涌保护器，其特性随所加电压的特性可以表现为电压开关型、限压型或电压开关型和限压型皆有。
2 电涌保护器在低压配电系统中的应用
GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》中明确：第一类防雷建筑物在电缆与架空线连接处，应设置户外型电涌保护器，电涌保护器、电缆金属外皮、钢管、绝缘子 铁脚、金具等应连接在一起接地，其冲击接地电阻不应大于30欧姆。电涌保护器应选用I级试验产品，其电压保护水平不大于2.5kV，其每一保护模式冲击电流不小于10kA ；第二类防雷建筑物在电气接地装置与防雷接地装置共用或相连的情况下应在低压电源线路引入的总配电箱、配电柜处装设I级试验的电涌保护器。Yyn0或Dyn11型接线的配电变压器设在二类防雷建筑物内或附设在建筑外墙处时，应在变压器高压侧装设避雷器，在低压侧的配电屏上，当有线路引出建筑物至其他设有独立敷设接地装置时，应在母线上装设I级试验的电涌保护器，当无线路引出本建筑物时，应在母线上装设II级试验的电涌保护器，电涌保护器的电压保护水平值不大于2.5kV；输送火灾爆炸危险物质的埋地金属管道，当其从室外进入户内处设有绝缘段时，应在绝缘段处跨接I级试验的密封电压开关型电涌保护器。具有阴极保护的埋地金属管道，通常，在其从室外进入户内处设有绝缘段，应在绝缘段处跨接I级试验的密封电压开关型电涌保护器。
综上所述，在实际建筑工程电气设计中应根据实际安装位置及情况来确定电涌保护器的试验等级，而非是全部采用I级试验的电涌保护器，才能有效的降低雷击电磁脉冲干扰，保护电气、电子系统，降低雷击损失。
3电涌保护器的级间配合
为了充分发挥电涌保护器降低雷击电磁脉冲干扰、降低雷击损失的作用，在低压配电系统中设置的电涌保护器绝大多数采用多级保护，即前级保护和后级保护，在实际工程设计中要做好前级保护与后级保护之间的配合，才能实现电涌保护器的逐级配合。现以下图为例，分析电涌保护器的前、后级间配合：
图2 电涌保护器的级间配合
如图2所示，在上下级配合中，电涌保护器SPD1的启动依赖于电涌保护器SPD2的残压（Ures）和退耦元件上的动态压降（Ude）。 在电涌保护器SPD1导通前，SPD1上的电压 Usg= Ures+ Ude ，当Usg大于电涌保护器SPD1的启动电压时，SPD1导通，泄放全部雷电流，SPD2截止，实现了电涌保护器前、后级间的配合。
当SPD1与SPD2间距离足够远，电流波产生的压降大于SPD1的启动电压时，在电流波到达SPD2之前，SPD1就导通了，也实现了级间配合。
当SPD1与SPD2间距离很近，又未加装去耦元件，则SPD1上电压Usg达不到SPD1的启动电压，无法导通，则配合失败。SPD1形同虚设，SPD2又因没有那么大的通流量,导致无法保护电气设备。
以此类推，当系统中采用三级电涌保护器配合时，当雷电等浪涌到来时第三级电涌保护器首先导通，把瞬间过电压精确地控制在一定的水平。如果浪涌电流较大，则第二级电涌保护器导通，并泄放一定的浪涌电流，同时第二级电涌保护器两端的电压会升高，直至推动第一级电涌保护器导通、放电把大电流泄放到地。
当三级电涌保护器在线路中的距离较远时，导通顺序则会从第一级电涌保护器开始依次导通。
综上所述，在电气、电子系统中设置多级电涌保护器保护时，一定注意级间配合问题，当距离不够时要加退耦元件，否则无法实现电气线路及电子设备的保护。
4电涌保护器的安装
《建筑物电子信息系统防雷技术规范》 GB50343-2012中要求电源线路的各级电涌保护器（SPD）应分别安装在被保护设备电源线路的前端，电涌保护器各接线端应分别与配电箱内线路的同名端相线连接。电涌保护器的接地端与配电箱的保护接地线（PE）接地端子板连接，配电箱接地端子板应与所处防雷区的等电位接地端子板连接。各级电涌保护器（SPD）连接导线应平直，其长度不宜超过0.5m；
在我国，0.38/0.22kV的低压配电系统接地形式通常采用TN-C系统、TN-S系统；当变电所低压配电系统接地形式采用TN-S系统时，由于保护线PE排位于低压配电柜柜底，为了尽量减小电涌保护器的连接线长度，电涌保护器应设置在变压器保护开关框架断路器的下端，这样才能保证电涌保护器连接线长度不超过0.5m；当变电所低压配电系统接地形式采用TN-C系统时，由于保护线PEN排位于低压配电柜柜顶，为了尽量减小电涌保护器的连接线长度，电涌保护器应设置在变压器保护开关框架断路器的上端，这样才能保证电涌保护器的连接线长度不超过0.5m。
5 结语
目前电气、电力电子信息技术产品越来越多的渗入到社会和家庭生活中的各个领域，电涌保护器的使用范围日益扩大，其重要性越来越明显，电涌保护器可把窜入电力线路、信号传输线路的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内，或将强大的雷电流泄流入地，保护被保护的设备或系统不受冲击而破坏，只有掌握了浪涌保护器的分类，正确的选择及使用SPD才能安全、可靠的保证电气系统、电子设备持续、可靠的运行。
本文对电涌保护器的分类，SPD级间配合，及SPD安装要求进行了详细的归纳与总结，对实际工程设计、安装具有指导性意义。
参考文献
[1]工业与民用配电设计手册．第4版．中国电力出版社
[2]《建筑物防雷设计规范》 GB50057-2010
[3]《建筑物电子信息系统防雷技术规范》 GB50343-2012
[4]雷击电磁脉冲的防护 第3部分 浪涌保护器的要求；IEC61312-3
[5]建筑物防雷 第1部分 通则：IEC61024-1
[6]低压配电系统的电涌保护器 GB18802.1-2002
论文作者:王丽梅,权新军
论文发表刊物:《防护工程》2017年第29期
论文发表时间:2018/2/8
标签：保护器论文; 电压论文; 过电压论文; 电流论文; 雷电论文; 系统论文; 防雷论文; 《防护工程》2017年第29期论文;