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摘要：电涌保护器（简称SPD），适用于交流50/60HZ，额定电压220V至380V的供电系统（或通信系统）中，对间接雷电和直接雷电影响或其他瞬时过压的电涌进行保护，适用于家庭住宅、第三产业以及工业领域电涌保护的要求，具有相对相，相对地，相对中线，中线对地及其组合等保护模式。文章依据新规范介绍了电涌保护器的原理及重要参数指标，阐述并分析了电涌保护器的选用步骤和应用过程中的注意事项。
关键词：电涌保护器；电压开关型；放电电流；
引言: 浪涌保护器，也叫防雷器，是一种为各种电子设备、仪器仪表、通讯线路提供安全防护的电子装置。当电气回路或者通信线路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时，浪涌保护器能在极短的时间内导通分流，从而避免浪涌对回路中其他设备的损害。
1.SPD的原理及分类
SPD的核心包含一个或多个非线性电压限制元件，利用阻抗的非线性特性限制雷电引起的瞬时过电压及部分操作过电压。正常工作时，SPD两端承受的电压小于其动作电压Ud，SPD表现为极高的阻抗，只有很小的漏电电流通过，可视为开路。当雷电发生时，SPD承受的雷电感应电压（或操作过电压）将大于Ud，SPD阻抗迅速减小到几欧姆，瞬间泄放过电流，降低并限制过电压至受保护设备允许的安全范围内。待雷电电能泄放，电压下降至小于Ud后，SPD恢复正常，继续保持高阻抗隔断状态。根据上述原理，SPD可广泛应用于低压配电系统，用以限制电网中的过电压，使其不超过电气设备和配电装置所能承受的冲击耐受电压，保护设备免受雷电及过电压的损害。
2 SPD的关键参数
2.1 最大放电电流Imax和标称放电电流In SPD的最大放电电流Imax，是指仅能通过1次8/20μs波形的电流峰值；而标称放电电流In是SPD在不损坏的情况下，通过20次8/20μs的电流峰值。很显Imax大于In。首级SPD的Imax通常指在一个整体防雷系统的LPZ0A、LPZ0B与LPZ1区界面处，SPD预期承受的最大雷电流值。确定首级SPD的Imax后，后级SPD的通流量一般按递减考虑。
2.2 最大持续运行电压UC
UC是指能长时间施加在SPD两端，却不会引起其特性变化和激活保护元件的最大电压（即SPD的额定电压）。当电网电压≥UC时，SPD的工作特性将发生变化，由理论上的断路截止状态变为理论上的短路导通状态，乃至破坏。这表明UC值是一理论上的临界值。UC是关系到SPD运行稳定性的关键参数。根据刚刚颁布实施的国家标准《建筑防雷设计规范》GB50057-2010的要求，对于不同接地形式的低压配电系统，UC不应小于表3所规定的最小值（电网最高运行电压Us.max）。如果SPD安装处的供电电压偏差超过规定的10%，或因谐波使电压幅值加大，对于限压型SPD，选取UC时还应适当提高。
2.3 电压保护水平Up
Up是用来表征SPD电压保护水平等级的参数。它与标称放电电流In相对应，是在In作用期间测量SPD两端所得的最大电压值。其规格分别为2.5kV、2KV、1.8KV、1.5kV、1.2KV、1KV。确定Up应以电气、电子设备的冲击耐受水平（以绝缘冲击耐受电压和电涌抗扰度表示）为依据，一般由制造部门提供。SPD的Up值必须低于其保护范围内被保护设备的冲击耐受电压水平并留有裕度。对于很重要的设备，其冲击耐受水平宜按其值的80%考虑。
3.SPD的选择步骤
SPD在参数选用和布局设定方面需要考虑的因素很多，而且有许多交叉，常需要反复调整。一般情况下，应该遵循以下步骤：
3.1 确定最大放电电流Imax或最大冲击电流Iimp Imax和Iimp都是表示SPD通流能力（最大能承受的雷电能量）的重要技术参数。其中Imax对应电压限制型SPD；Iimp对应电压开关型SPD。
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3.1.1 在LPZOB区与LPZ1区交界面处穿越的电源线路上，应安装符合Ⅱ级试验的SPD，如引出至本建筑物防直击雷装置保护范围之内的屋顶风机、屋顶广告照明的电源配电箱内。
3.1.2 当电源进线处安装的SPD的电压保护水平加上其两端引线的感应电压保护不了该配电箱供电的设备时，应在该级配电箱安装符合Ⅱ级分类试验的SPD，其位置一般设在LPZ1和LPZ2区交界面处。如：楼层配电间、弱电井、消防控制室，电梯机房等场所的配电箱内。
3.1.3 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，应考虑在该设备前安装符合Ⅲ级分类试验的SPD，其位置一般设在LPZ2区和其后续防雷区交界面处。如：计算机设备、电子信息设备及控制设备前或距其最近的插座箱内。
3.2 确定电压保护水平Up
原则上，SPD的电压保护水平Up应始终小于被保护设备的冲击耐受电压Uchoe，并大于根据不同接地形式确定的低压电网最高运行电压Us.max。即Us.max＜Up＜Uchoe。参照IEC60364-4之规定，我国低压电网（220/380V）电气设备的冲击耐受电压分为4级[4]：Ⅰ级1.5KV，适用于特殊需要保护的设备（如计算机等）；Ⅱ级2.5KV，适用于一般家用电器等设备；Ⅲ级4KV，适用于配电线路和分支线路的设备；Ⅳ级6KV，适用于电源处的设备（如计量仪表，滤波器等）。
4 特别关注事项
4.1 SPD两级配合的10米原则 为了提供最佳保护，即既能承受更强的电流，又有较小的残压，通常线路中会设置多级SPD保护。第一级保护可以承受高电压和大电流，并能快速灭弧，第二级保护可以减小系统端的残余电压，并具有较高的斩波能力。通常，后级SPD的各项指标（Imax、In等）都比前级SPD小。如果它们安装得过近，后级SPD有可能比前级更早动作，从而承受本应由前级承受的高能量。另外，因为高频雷电波在电缆中产生的感应电压与电缆长度成正比，后级SPD两端的电压等于前级SPD两端的电压减去电缆上的感应电压。所以，为了降低后级SPD两端的电压，以便前级SPD先于后级动作，尽可能多地释放能量，可以通过增加两者之间的接线长度，从而减少后级SPD承受的电压来达到目的。一般上下级SPD间的线缆长度要求大于10米。当然，如果不能满足这一要求，可以串接退耦装置。
4.2 SPD与被保护设备的30米原则 当进线处的SPD与被保护设备之间的距离大于30米时，应在距被保护设备尽可能近的地方安装另一台SPD。反之，如果不增加一级保护，由于电缆距离较长，一级SPD上的残压加上电缆感应电压仍可能损坏设备，起不到很好的保护效果。
4.3 SPD连接导线的50cm原则 雷电波属于高频波，连接SPD和带电相线（L1、L2、L3、N）及PE线的导线越长，感应到的高频干扰电压将显著增大（工频电流流过时电感和电阻效应很小，可以忽略），为了使高频雷电流在SPD两端引线上感应的干扰电压最小，SPD并接在带电相线（L1、L2、L3、N）和PE线之间的导线长度要尽可能缩短，不宜超过50cm。如果导线a+b的长度不能少于50cm。SPD应采用V型方式连接。
4.4 后备断路器的选择 一般，SPD上端进线处要配置一台保护用断路器。当通过SPD的涌流大于Imax时，SPD将被击穿而发生短路故障。为切断此故障，同时不影响回路供电，需要加装断路器。另外，每次雷击发生都会引起SPD老化。随着老化的加剧，漏电流将不断增加，进而逐步引起SPD过热，恶性循环而寿命终止，断路器可以在SPD达到最大可承受热量前动作将其断开。
SPD的每极都必须设置保护，例如1P+N的SPD必须用2P的断路器保护。断路器的分断能力必须大于该处的最大短路电流。
参考文献：
[1]中国工业联合会.建筑物防雷设计规范GB50057-2010[S].中国计划出版社，2011版.
[2]袁丁.电涌保护器在低压配电系统设计中的应用[J].低压电器，2010(22):25-28.
[3]易秀成，肖稳安.电涌保护器选型设计探讨[J].建筑电气，2007（8）：32-36.
[4]叶蜚誉.电涌保护技术第三讲电涌保护器的电压保护水平[J].低压电器，2004（4）：50-52.
论文作者:王晓菲
论文发表刊物:《防护工程》2017年第3期
论文发表时间:2017/6/29
标签：电压论文; 电流论文; 过电压论文; 设备论文; 雷电论文; 两端论文; 水平论文; 《防护工程》2017年第3期论文;