浪湧保護器，也叫防雷器，英文簡寫為SPD，是一種為各種電子設備、儀器儀表、通訊線路提供安全防護的電子裝置。當電氣迴路或者通信線路中因為外界的干擾突然產生尖峰電流或者電壓時，浪湧保護器能在極短的時間內導通分流，從而避免浪湧對迴路中其他設備的損害。本期專題將詳細解析浪湧保護器的選型及安裝等相關技術問題。
晃的
SPD的工作原理
SPD是電子設備雷電防護中不可缺少的一種裝置，其作用是把竄入電力線、信號傳輸線的瞬時過電壓限制在設備或系統所能承受的電壓範圍內，或將強大的雷電流洩流入地，保護被保護的設備或系統不受衝擊。
浪湧保護器的類型和結構按不同的用途有所不同，但它至少應包含一個非線性電壓限制元件。用於浪湧保護器的基本元器件有：放電間隙、充氣放電管、壓敏電阻、抑制二極管和扼流線圈等。
按其工作原理分類，SPD可以分為電壓開關型、限壓型及組合型。
1）電壓開關型SPD。在沒有瞬時過電壓時呈現高阻抗，一旦響應雷電瞬時過電壓，其阻抗就突變為低阻抗，允許雷電流通過，也被稱為“短路開關型SPD”。
2）限壓型SPD。當沒有瞬時過電壓時，為高阻抗，但隨電湧電流和電壓的增加，其阻抗會不斷減小，其電流電壓特性為強烈非線性，有時被稱為“鉗壓型SPD”。
3）組合型SPD。由電壓開關型組件和限壓型組件組合而成，可以顯示為電壓開關型或限壓型或兩者兼有的特性，這決定於所加電壓的特性。
常用SPD簡介
（1）開關型電源防雷器 MG-50B
產品特點：
1）主材採用多層石墨間隙和高耐熱的特氟綸隔環。
2）無漏流、無續流，可安裝在電錶前端。
3）無需額外加裝電路熔斷保護裝置。
4）洩放能量大。
5）使用壽命長。
（2）開關型電源防雷器 MG-15
產品特點：
1）標準模塊化設計，標準35mm導軌安裝，使用方便。
2）核心器件採用壓敏電阻（MOV），通流容量大，輸出殘壓低，響應速度快。
3）每隻模塊都設置兩至三組脫扣裝置，其中一組芯片老化時，其他正常的芯片可繼續使用。
4）外殼採用高阻燃性材料，符合電氣安全要求。
5）可附加聲光報警遙信模塊。
參數對比如表1所示。
表1 開關型電源防雷器參數對比
（3）複合型電源防雷器 MGBC-30
產品特點：
1）主材採用多層放電管，用壓敏點火，通流容量大，輸出殘壓低。
2）解決B級、C級之間安裝空間達不到規範要求的問題，適合小機房、基站等。
3）並聯安裝，無工作瓶頸。
技術參數如表2所示。
表2 複合型電源防雷器技術參數
（4）限壓型電源防雷器 B級（M-100/M-80）
產品特點：
1）標準模塊化設計，標準35mm導軌安裝，使用方便。
2）核心器件採用高質量壓敏電阻（MOV），通流容量大，輸出殘壓低，響應速度快。
3）每隻模塊都設置兩至三組脫扣裝置，其中一組芯片老化時，其他正常的芯片可繼續使用。
4）外殼採用高阻燃性材料，負荷電氣安全要求。
5）可附加聲光報警遙信模塊。
（5）限壓型電源防雷器 C/D級（M-40/M-20）
產品特點：
1）插拔式設計，更換方便。
2）核心器件採用高質量壓敏電阻（MOV）,通流容量大，輸出殘壓低，響應速度快。
3）脫扣裝置隔艙式設計，確保保護器因過熱過流、擊穿失效時，自動脫離電網。
4）外殼採用高阻燃性材料，負荷電氣安全要求。
5）可附加聲光報警遙信模塊。
參數對比如表3所示。
表3 限壓型電源防雷器參數對比
（6）計算機防雷器
產品特點：
1）主材採用高質量氣體放電管和進口半導體器件，質量穩定。
2）集成式設計，可同時保護8～24路信號，方便使用。
3）採用全保護模式（共模、差模），保護全面。
4）採用兩級防護，保護精細，安全可靠。
5）通流容量大，輸出殘壓低，響應速度快。
6）獨立接地端子，保證接地效果。
（7）電話線防雷器
產品特點：
1）主材採用高質量氣體放電管和進口半導體器件，質量穩定。
2）採用全保護模式（共模、差模），保護全面。
3）採用兩級防護，保護精細，安全可靠。
4）通流容量大，輸出殘壓低，響應速度快。
5）獨立接地端子，保證接地效果。
6）附裝專用軌道卡後，可安裝於35mm軌道。
（8）控制線防雷器
產品特點：
1）主材採用高質量氣體放電管和進口半導體器件，質量穩定。
2）集成式設計，可同時保護12路信號，方便使用。
3）採用全保護模式（共模、差模），保護全面。
4）採用兩級防護，保護精細，安全可靠。
5）通流容量大，輸出殘壓低，響應速度快。
6）獨立接地端子，保證接地效果。
SPD的選型設計
一、SPD選型設計原則
1）整體原則。將整個安防工程機電系統作為一個整體保護對象來考慮防雷保護。既要考慮各個子系統的防雷保護，又要考慮各個弱電子系統之間及其與供配電子系統之間的有效銜接，做到系統配置、經濟合理、安全可靠、適當冗餘。
2）劃分界面。根據GB50057-2010關於雷電保護區域LPZ的劃分原則以及安防工程機電系統的分散分佈的特點，確定若干個不同的“建築單體”，再實施分級保護。
3）綜合防治。充分利用“均壓、屏蔽、接閃、分流、接地、保護”等傳統的防雷技術措施，選用可靠的接閃裝置和電湧保護器SPD，實施可靠、全面的技術方案。
4）合理選型。根據具體安防工程所處的地理環境特點以及機電設備所處的雷電保護區域範圍，選擇合理的SPD電氣性能參數和產品功能。
二、類型的選擇
目前SPD有串聯式和並聯式兩大類型。串聯式電湧保護器其實也是由兩級並聯的SPD模塊或MOV片組成，中間串聯一組退藕電感，其殘壓很小，但與被保護設備的容量匹配要求較高，體積也較大，適用於機房配電箱或UPS前端或重要場所的孤立設備的保護。
SPD絕大多數場合都採用並聯式。對於並聯式SPD又存在著兩種基本形式――開關型（間隙型）和限壓型（壓敏電阻型）。由於間隙型SPD的起動電壓高且不穩、殘壓大，極易損壞後續設備，因此不能單獨使用，作為多級保護中的一級；而壓敏電阻型SPD的標稱導通電壓較低，電氣性能穩定，而殘壓也很低，可以單獨或組合使用，實行多級保護。另一方面，間隙型電源SPD的動態響應時間較慢，而壓敏電阻型SPD的動態響應時間快，若將間隙型SPD和壓敏電阻型SPD配套使用構成多級防護，首先導通的可能是壓敏電阻型而非間隙型SPD，首級（間隙型SPD）可能起不到防護作用，因此係統防護不建議全部選用間隙型或首級選用間隙型SPD而後級選用壓敏電阻型SPD。當然在十分惡劣環境下，也可用間隙型和大容量的壓敏電阻型SPD組合使用構成首級防護。
三、SPD的主要技術參數
（1）最大持續運行電壓——Uc
定義：SPD在運行中能持續耐受的最大直流電壓或工頻電壓有效值。
最高持續運行電壓取決於SPD的標稱導通電壓。
SPD的最高持續運行電壓應略高於當地電網可能出現的最高電壓。在不能到現場考察，或在現場用戶不能提供最高電網電壓時，應選用Uc≥350V的產品。Uc在275V以下的SPD一般只能用在UPS電源後面。
（2）放電電流——In
標稱放電電流：施加規定波形（8/20μs）和次數（同一極性5次）放電電流衝擊後，標稱導通電壓變化率小於10%，漏洩電流和限制電壓仍在合格範圍內的最大的放電電流幅值。
最大放電電流：施加規定波形（8/20μs）放電電流衝擊1次後不發生實質性損壞，不炸裂，不燃燒的最大放電電流幅值，一般最大放電電流=（1.5～2.5）×標稱放電電流。
（3）限制電壓——Up
定義：施加規定波形（8/20μs）、幅值（標稱放電電流）和次數（同一極性5次）的衝擊時，在SPD端子間測得的電壓峰值的最大值。
在選用SPD時應兼顧限制電壓和最大持續運行電壓，限制電壓是SPD對設備保護的有效性指標，而最大持續運行電壓與SPD本身工作可靠性相關。
（4）漏洩電流
除放電間隙外，限壓型SPD在並聯接入低壓配電線路後所通過的微安級電流。
漏洩電流指標反映了所用壓敏電阻的劣化情況，電源避雷器漏洩電流一般應小於20μA。
四、各級SPD選擇的參數
（1）SPD1
第一級電湧保護器SPD1若安裝在某建築物總配電室，用三片開關型電湧保護器就能滿足系統的要求，我國現行的供電方式即使整個供電系統採用TN-S方式，而在總配電室N與PE是一個接地點，如此在配電機房總配電櫃安裝三片開關型SPD就能起到作用。N到地之間可以不加。
SPD1選擇的參數建議如下：
最大持續運行電壓：Uc=440V
最大放電電流：一般按規範要求進行計算設計或參考標準中要求
保護電平：Up≤2.5KV
響應時間：tA≤100ns
（2）SPD2
第二級電源電湧保護器是應用最廣泛的一個產品，雷電電磁脈衝能對LPZ1區電源線入侵產生20KA以上的雷電流情況不多，因此第二級SPD作為限壓型電湧保護器額定通流量In定位為20～40KA。
SPD2建議技術參數選擇如下：
最大持續運行電壓：Uc=260～320V
額定放電電流（8/20μs）In=20KA
最大放電電流（8/20μs）Imax=40KA
保護電平：Up≤1.5KV
響應時間：tA≤25ns
（3）SPD3
第三級電源電湧保護器一般安裝於重要設備的前端，所謂細保護。
SPD3建議技術參數選擇如下：
最大持續運行電壓：Uc=255V
標稱放電電流（8/20μs）： In L→N 3KA N→PE 5KA
電壓保護級別Up：L→N≤1.25KV L→PE≤1.5KV
響應時間：tA≤25ns
SPD的安裝
使用安裝SPD的三相基本要求：
1）安裝SPD之後，在無電湧發生時，SPD不應對電氣（電子）系統正常運行產生影響。
2）安裝SPD之後，在有電湧發生的情況下，SPD能承受預期通過的雷電流而不損壞，並能箝制電湧電壓和分走電湧電流。
3）在電湧電流通過後，SPD應迅速恢復高阻狀態，切斷工頻續流。
SPD安裝在防雷區交界處的配置示例如圖1所示。
圖1 SPD在防雷區交界處的安裝圖
SPD在不同接地形式系統中的安裝如圖2～圖6所示。
圖2 SPD在TN-C-S系統中的安裝
圖3 SPD在TN-S系統中的安裝
圖4 SPD在TT系統中的安裝
圖5 SPD在IT系統中的安裝
圖6 SPD在TT系統中的安裝
閱讀更多 電力知網 的文章
