浪涌保护

灾害性的雷雨气候

在气候性自然灾害中，雷电灾害的发生比洪水、地震、龙卷风更为频繁。

亚太地区是全世界雷雨气候发生比较频繁的地区。在亚太地区，每年带有雷电灾害性的雷雨气候的平均发生次数为：

中国190-260

印尼、马来西亚180-260

新加坡160-220

泰国90-200

菲律宾90-140

印度50-150

中国地域辽阔，雷电灾害性的雷雨气候主要分布在华南地区和长江流域。过去，人们通常只关注陆地上的雷电灾害。但随着海洋石油工业的发展，渤海、东海、南海、北部湾、台湾海峡发生的雷雨气候也开始对人类活动造成直接危害。

外部雷电防护和内部雷电防护

为保护建筑物在遭雷电直接打击时避免损坏，人们利用避雷针、避雷网、空气端子等外部防雷设备将雷击电流按照预先设计的通路引至大地。

但是，即便有了完善的外部防雷措施，经常只有约50%的雷电能量直接进入大地。其余约50%的雷电能量将以各种方式传入建筑物中的导体，如电缆和金属管道。为实施内部雷电防护，一方面建筑物内的所有金属管道必须实现等电位接地，另一方面必须采用避雷栅和浪涌保护器保护建筑物内电缆所连接的电气和电子设备。

Pepperl+Fuchs公司致力于为工厂提供先进的避雷栅和浪涌保护器，保护工厂内的电气和电子设备，尤其是过程控制系统。

雷电通过电缆对室内电气和电子设备的危害

雷电是如何通过电缆危害到建筑物内的电气和电子设备的呢？

1）电阻耦合效应

如右图所示，雷击导致附近的

地电势急剧升高。靠近雷击点的建

筑物和远离雷击点的建筑物之间

产生地电势差。如果两座建筑物内

的电气和电子设备之间有连接电

缆，通常电缆的电阻又小于土壤的

电阻，于是雷击能量就总是试图以

浪涌电流的形式通过两个建筑物

之间的电缆从高地电势区流向低

地电势区。从而损坏建筑物内的电

气和电子设备。

2） 电感/电容耦合效应

3） 电磁感应

雷电攻击的危险区概念

国际标准IEC1312-1为雷电攻击定义了一个危险区划分模型。如下图所示。

l 危险区Zone 0 危险区Zone 0是地处旷野或远程的、有外部电缆入口站点。其中E 类区域直接遭雷击的可能性较大，可能承受直接雷击电流和未经衰减的雷击电磁场的攻击。D 类区域虽然直接遭雷击的可能性不大，但将受未经

如右图所示，雷击将使建筑物外部防雷设备的导体中产生瞬间巨

大的电流和电势。如果外界的电

线遭雷击，该电线上也会形成

巨大的电势。该电势和电流都会

在建筑物内设备的电缆上感应出有害电压并进而产生浪涌电流。

空中的雷电会产生强大的电

磁场。该电磁场将在挂空电线

上感应出强大的瞬间有害电压

。如果该电线与建筑物内设备

相连，则浪涌电流将对该设备构成直接威胁。

危险区Zone 0中用于电源线的避雷栅雷电冲击电流的典型测试波形为60KA（10/350μs）。由于信号电缆有屏蔽层或嵌装电缆金属层的保护，信号线上的雷电冲击能量比电源线低。用于信号线的避雷栅雷电冲击电流或浪涌电流的典型测试波形为2.5KA（10/350μs），20KA（8/20μs）。

l危险区Zone 1

危险区Zone 1是地处非旷野或远程的、但有外部电缆入口的区域。该区不受雷电直接攻击的威胁。雷电危害由外部电缆引入。该区内外部电源电缆连接主配电盘。避雷栅安装在电缆进入后的第一个电气界面上。

危险区Zone 1中用于电源线的避雷栅雷电冲击电流的典型测试波形为75KA（10/350μs）。用于信号线的避雷栅雷击电流或浪涌电流的典型测试波形为2.5KA（10/350μs），20KA（8/20μs）。

l危险区Zone 2

危险区Zone 2是室内距Zone 1区20米内的区域。电源线来自主配电盘接至分配电盘。信号线进入机柜并且其屏蔽层已实现等电位接地。与危险区Zone 1相比，雷电能量虽已有所减小，但仍以浪涌电流的形式继续构成危害。

危险区Zone 2中用于电源线的浪涌保护器浪涌电流的典型测试波形为15KA（8/20μs），用于信号线的浪涌保护器浪涌电流的典型测试波形为10KA（8/20μs）。

过程控制系统通常位于危险区Zone 2。

l危险区Zone 3

危险区Zone 3是室内距Zone 1区20米以外的区域。一般均为分支电路。浪涌电流的威胁比危险区Zone 2进一步降低。

雷电冲击电流和浪涌电流的测试波形

下图为用于电源线的避雷栅和浪涌保护器的典型雷电冲击电流和浪涌电流测试波形。

波形1为危险区Zone 0/1应用的电源避雷栅所采用的测试波形，通常描述为75KA（10/350μs）。波形2为危险区Zone 2/3应用的电源浪涌保护器所采用的测试波形，15KA（8/20μs）。

右图为信号线避雷栅和浪涌保护器 所采用的典型雷电冲击电流和浪涌电流 测试波形，10KA （8/20μs ）。 从上述波形示例可以了解测试电流 波形描述的含义。比如，10KA （8/20μs ） 是指测试电流在8μs 时到达最大值10KA ， 在20μs 时下降到最大值的一半，即5KA 。

过程控制系统的雷电防护

过程控制系统的防雷保护对象主要为：

1） 配电系统。包含了主配电盘即控制室供电系统；分配电盘及UPS ；DCS 和PLC 控制系统稳压电源。 2） DCS 和PLC 的I/O 卡。包括模拟量输入输出、数字量输入输出、通讯卡、现场总线接口卡，等。 3） 现场仪表。

配电系统的避雷栅和浪涌保护器选型

下表为配电系统雷电防护常用避雷栅和浪涌保护器的选型指南：

型号

电

极数 工作电压U C 冲击电流I imp

（10/350μs ） 应用指南

DV TNC 255 3 255VAC 100KA Zone 0，远程站点。Zone 1，主配电盘。三相四线，零线接地。

DV CSP 100 4 255VAC 100KA Zone 0，远程站点。Zone 1，主配电盘。三相四线，零线未接地。

DV 2P TN 255 2 255VAC 50KA

Zone 0，远程站点。Zone 1，主配电盘。单相二线。

标准/最大浪涌电流I sn /I max （8/20μs ） DG TNC 230 400 3 275VAC 20KA/40KA Zone 2，分配电盘，UPS 。三相四线，零线接地。

DG TT 230/Uc385 4 385VAC 15KA/40KA Zone 2，分配电盘，UPS 。三相四线，零线未接地。

标准浪涌电流I sn （8/20μs ） L ?N/L+N ?PE

DR 230 FML 2 255VAC 3KA/5KA Zone 2/3，系统稳压电源。单相二线。 DR 230 3N FML

4

255VAC/

440VAC

3KA/5KA

Zone 2/3，系统稳压电源。三相四线。

上述避雷栅和浪涌保护器均采用标准35mm DIN 轨道安装方式。

L1 L2 L3 N PE PE N L3 L2 L1 电缆长≥5米 电缆长≥5米 电缆长≥15米 电缆长≥15米 分配电盘

下表为配电系统的避雷栅和浪涌保护器的技术参数：

DV … DG … DR … FML

型号

CSP100

TNC255 2P TN255 TNC 230 400 TT 230/ Uc385

230

230 3N

额定工作电压 U N -

230/400VAC/50Hz 230VAC 230/400

VAC

最大工作电压 U C 255VAC/50Hz 275VAC/50Hz 385VAC/ 50Hz 255VAC 255/440VAC

U C 时持续电流抑制容量

I f 25KA rms 50KA rms

-

额定工作电流 I N

-

16A

雷电冲击电流 （10/350μs ） I imp 100KA 75KA

50KA

- 额定浪涌电流 （8/20μs ） I sn - 20KA

15KA

3KA/5KA 组合冲击电压 U OC - 线线间 6KV 线地间 10KV I imp / I sn 时保护电压 ≤1.5KV -

保护电压 U P

- 火零间 ≤1.25KV 线地间 ≤1.5KV

反应时间 t A ≤100ns

≤25ns 线线间 ≤25ns 线地间 ≤100ns

最大后备保险丝 并联时315A/串联时125A 125A 16A 最大后备保险丝下的短路支撑容量 50KA rms

50KA/50Hz -

工作环境温度 并联时 -40°C … +80°C 串联时 -40°C … +60°C -40°C … +80°C 端子接线截面

≥10mm 2

≤50 mm 2硬线/35 mm 2

软线 ≥1.5mm 2

≤35 mm 2

硬线/

25 mm 2

软线

6 mm 2硬线/4 mm 2

软线

防护等级 IP20

安装方式

标准35mm DIN 轨道

配电系统的避雷栅和浪涌保护器的基本电路、外形尺寸DV … 255系列避雷栅基本电路：

DV TNC 255 DV CSP 100

DV 2P TN 255

DV … 255和DV CSP 100系列避雷栅外形尺寸。

DV TNC 255 / DV 2P TN 255 DV CSP 100 DG TNC 230 400和DG TT 230/Uc385系列浪涌保护器基本电路：

DG TNC 230 400 DG TT 230/Uc385

DG TNC 230 400 FM

注：故障监测FM为可选项。

DG TNC 230 400和DG TNS 230 400系列浪涌保护器外形尺寸：

DG TNC 230 400 DG TT 230/Uc385

DR 230 FML浪涌保护器基本电路：DR 230 3N FML浪涌保护器基本电路：

DR 230 FML浪涌保护器外形尺寸：DR 230 3N FML浪涌保护器外形尺寸：

DCS、PLC以及现场仪表的浪涌保护器选型

下表为DCS和PLC的I/O卡和现场仪表和现场总线雷电防护常用浪涌保护器的选型指南：

型号标称工作

电压U N/电流I N 标准浪涌电流

I sn（8/20μs）

应用指南

K-LB-1.30G 30VDC/250mA 10KA 单通道，AI/AO/DI/PI，二线制24VDC回路； DO，

24VDC/250mA。

K-LB-2.30G 30VDC/250mA 10KA 双通道，同上应用。

单通道，AI/DI/PI，三线制24VDC回路。

K-LB-1.6G 6VDC/250mA 10KA 单通道，热电偶。二线制Pt100热电阻。

K-LB-2.6G 6VDC/250mA 10KA 双通道，热电偶。单通道，3、4线制Pt100热电阻。

以上4款浪涌保护器应用于非本安，或齐纳栅场合，保护DCS和PLC的I/O卡。标准35mm DIN轨道安装。

K-LB-1.30 30VDC/250mA 10KA 隔离栅应用场合，其他同K-LB-1.30G。

K-LB-2.30 30VDC/250mA 10KA 隔离栅应用场合，其他同K-LB-2.30G。

K-LB-1.6 6VDC/250mA 10KA 隔离栅应用场合，其他同K-LB-1.6G。

K-LB-2.6 6VDC/250mA 10KA 隔离栅应用场合，其他同K-LB-2.6G。

以上4款浪涌保护器也可保护现场仪表

FN-LB-I 48VDC/250mA 10KA 在非本安或本安场合保护现场仪表。1/2”NPT螺纹。

FP-LB-I 48VDC/250mA 10KA 在非本安或本安场合保护现场仪表。PG13.5螺纹。

FS-LB-I 48VDC/250mA 10KA 在非本安或本安场合保护现场仪表。M20x1.5螺纹。

以上3款浪涌保护器直接安装于现场仪表的电缆口。

DP-LBF-1.34 30VDC/1A 10KA 单通道。FF和Profibus-PA现场总线。非本安场合。可

用于保护DCS和现场仪表。

也用于DO回路和3、4线制仪表配电电源，24-30VDC/1A。BCT MOD ME 5 6VDC/1A 10KA 单通道。RS485通讯，1.6Mbit/s。非本安场合。

BCT MOD MD HF 5 6VDC/0.1A 10KA 单通道。RS485通讯，12Mbit/s。非本安场合。

DB-LB 以上3款浪涌保护器的接线底座。标准35mm DIN轨道安装。

DP-LBF-I1.34 30VDC/0.5A 10KA 单通道。FF和Profibus-PA现场总线。本安场合，FISCO。

可用于保护DCS和现场仪表。

DB-LB-I 以上1款本安浪涌保护器的接线底座。标准35mm DIN轨道安装。

DCO RK MD48 48VDC/1.7A 10KA 单通道。用于对现场的配电及DO驱动，24-48VDC/1.7A。BVT AD 24 24VDC/10A 1KA 24VDC稳压电源输出。

P-LB系列浪涌保

护器型号

专配KF系列隔离栅常用型号

P-LB-1.A.13 KFD2-STC(V)3-EX1(-1); KFD2-STC(V)1-EX1(-1); KF**-SR2-EX1.***; KFD2-SOT2-EX1.***;

KFD2-ST2-EX1.LB; KF**-DU-EX1.D; KF**-DWB-EX1.D; KF**-UFC-EX1.D; KFD2-CR-EX1.*0200; P-LB-1.B.12 KFD2-CD-EX1.32; KFD2-SCD*-EX1.LK; KFD0-SCS-EX1.55; KFD2-SL2-EX1***;

KFD2-SD-EX1.48***; KFD0-CC-EX1; KFD0-CS-EX1.***; KFD2-UT-EX1**(T/C);

P-LB-1.C.123 KFD2-STC4-EX1***; KFD2-STV4-EX1***; KFD0-TR-EX1; KF**-CRG-EX1.D; KFD0-RC-EX1;

KFD2-CR-EX1.203**; KFD2-CR-EX1.303**; KFD2-UT-EX1**(RTD);

P-LB-1.D.1234 KFD2-PT2-EX1.***;

P-LB-1.F.1236 KFD2-GU-EX1; KF**-GUT-EX1.D;

P-LB-2.A.1346 KFD2-STC4-EX2; KFD2-STV4-EX2-*; KF**-SR2-EX2.***; KF**-SOT2-EX2.***; KFD2-SH-EX1;

KFD2-SH-EX1.T.OP; KF**-UFT-EX2.D; KFD2-VD-EX1.***; KFD2-VM-EX1.***;

P-LB-2.B.1245 KFD2-SCD2-EX2.LK; KFD0-CS-EX2.***; KFD2-VR-EX1.***;

DCS 、PLC 以及现场仪表的浪涌保护器应用指南

AI, 二线制24VDC/4-20mA 变送器，HART 或非HART 。括号为双通道浪涌保护器的第二通道，下同。

PI ，二线制24VDC/250mA 。

DO ，24VDC/250mA 。

DI ，二线制24VDC 。

T/C ，RTD ，二线制。

AI/PA ，三线制24VDC 。

DI ，三线制24VDC 。PNP 和NPN 。

RTD ，三线制。

现场仪表。二线制，24VDC 。包括变送器和阀门电位器、电气转换器，等。

浪涌保护器与齐纳栅配合应用。

危险区安全区

选择1 选择2

工厂等电位地

现场地控制室地

浪涌保护器与隔离栅配合应用。

危险区安全区

选择1 选择2

工厂等电位地

现场地控制室地FF现场总线。采用FPC（FF电源适配器KLD2-PC-1.1.IEC）。

Profibus-PA现场总线。采用DP/PA网桥（又称DP/PA耦合器KFD2-BR-1.PA.93）。

Profibus-PA现场总线。采用DP/PA安全网桥（又称DP/PA本安耦合器KFD2-BR-EX1.3PA.93）。

RS485通讯。如MODBUS-RTU，Profibus-DP总线等。选用BCT MOD ME 5时，波特率可达1.5Mbit/s。选用BCT MOD MD HF 5时，波特率可达12Mbit/s。

P-LB 系列浪涌保护器的应用与KF 系列隔离栅的应用紧密结合，一一对应。P-LB 系列浪涌保护器插在KF 系列隔离栅现场侧的端子上，浪涌保护器的端子代替隔离栅的端子与现场仪表连接。接线的端子号与隔离栅单独应用时保持一致。

下表为DCS 和PLC 的I/O 卡和现场仪表雷电防护常用浪涌保护器的技术参数：

K-LB-1(2).*** 型号

30G

30

6G

6

FN-LB-I FP-LB-I FS-LB-I P-LB-*** 额定工作电压 U N 30V 6V 48V 30V 最大工作电压 U C 30V

6V

48V 30V

额定工作电流 I N 250mA 最大浪涌电流（8/20μs ）

I max

40kA 额定浪涌电流 （8/20μs ） I sn 10KA

线线保护电压 45V

12V

85V

45V

线地保护电压 U P 45V 500V 12V 500V

500V

线线反应时间 1ns 线地反应时间 t A 100ns

频带宽 f G ≥40KHz

端端电阻

R

≤0.3? -

≤0.5?

工作环境温度 -30°C … +60°C 端子接线截面 ≤2.5mm 2

带1 mm 2

截面导线400mm 长

≤2.5mm 2

防护等级 IP20

IP67

IP20

安装方式

标准35mm DIN 轨道

1/2”NPT PG13.5 M20 x 1.5 插在KF 隔离栅的端子上

下表为现场总线、RS485通讯和24VDC 配电电源的雷电防护常用浪涌保护器的技术参数：

DP-LBF- BCT MOD 型号

1.34

I1.34 ME 5

MD HF 5 DCO RK MD48

BVT AD 24 额定工作电压 U N 30V 5V 48V 24V 最大工作电压 U C 34.8V 6V

55V 35V 额定工作电流 I N 1A

0.5A

1A 0.1A

1.7A 10A 最大浪涌电流（8/20μs ） I max 20kA 20kA 3kA 额定浪涌电流 （8/20μs ） I sn 10KA

10KA

1KA 线线保护电压 U P ≤60V ≤16V ≤10V ≤100V ≤70V 线地保护电压 ≤600V ≤1KV

≤8V ≤10V

≤650V

≤700V

线线反应时间 t A ≤1ns

≤1ns

线地反应时间 ≤100ns ≤1ns

≤100ns

频带宽 f G 6.0MHz 1.6MHz

100MHz -

端端电阻

R

1.8?

1? 0.4?

- 工作环境温度 -40°C … +80°C

端子接线截面 ≤2.5mm 2

≤4.0mm 2

防护等级 IP20

DCS、PLC以及现场仪表的浪涌保护器的基本电路、外形尺寸

K-LB系列浪涌保护器基本电路：

K-LB-2.30；K-LB-2.6 K-LB-2.30G；K-LB-2.6G

K-LB-1.30；K-LB-1.6不含点划线内电路 K-LB-1.30G；K-LB-1.6G不含点划线内电路K-LB系列浪涌保护器外形尺寸：

F*-LB-I浪涌保护器基本电路：F*-LB-I浪涌保护器外形尺寸：

P-LB系列浪涌保护器基本电路举例：P-LB-1.D.1234和P-LB-1.F.1236。

P-LB系列浪涌保护器外形尺寸：

DP-LBF-1.34浪涌保护器基本电路：DP-LBF-I1.34浪涌保护器基本电路：

BCT MOD ME 5浪涌保护器基本电路：BCT MOD MD HF 5浪涌保护器基本电路：

以上4款浪涌保护器外形尺寸：

DB-LB和DB-LB-I接线底座浪涌保护器模块带接线底座的浪涌保护器DCO RK MD48浪涌保护器基本电路和外形尺寸：

BVT AD 24浪涌保护器基本电路和外形尺寸：

过程控制系统避雷栅和浪涌保护器的安装方式

配电系统的避雷栅和浪涌保护器通常安装在主配电盘或分配电盘中，如右图所示。当保护DCS、PLC的稳压电源时也经常安装在DCS、PLC 的电源柜中。避雷栅和浪涌保护器均为标准35mm DIN轨道安装。

用于DCS、PLC系统I/O卡的K-LB系列

浪涌保护器也是标准35mm DIN轨道安装方式。如右图所示。通常成列安装在端子柜、安

全栅柜或DCS、PLC系统I/O柜中。

用于FF、Profibus-PA现场总线和RS485

通讯口的DB-LB和BCT MOD浪涌保护器的接

线底座与K-LB安装方式是一样的。如下图所示。在接线底座的安装接线完成后，将浪涌保

护器模块插如底座。这种浪涌保护器通常与DCS、PLC的现场总线接口卡和RS485通讯卡

安装在同一机柜中。

P-LB 系列浪涌保护器的安装方式如下图所示。

过程控制系统避雷栅和浪涌保护器的接地

避雷栅和浪涌保护器必须与被保护的过程控制系统设备保持等电位，即二者之间没有电势差。唯有这样，才能起到雷电和浪涌保护的效果。为达到这一目的，设置涵盖过程控制系统所在整个厂区的等电位地是最彻底的方案。但有时受工厂条件所限难以实现整个厂区的等电位地。此时，至少应该保证避雷栅和浪涌保护器与被保护的设备同地。

上左图中，浪涌保护器与被保护设备个接不同的地。当浪涌保护器放电时，浪涌保护器的电势随着强大的放电电流急速升高，而被保护设备的电势没变。于是该电势差将危害被保护设备。而上右图中，浪涌保护器与被保护设备接同一个地。当浪涌保护器放电时，二者的电势一起升高，二者之间没有电势差。于是，设备得到有效的保护。

绝缘子

支架 汇流条

接地极