雷电电涌保护系统
电源浪涌保护器常识
电涌保护器SPD应用常识作者：来源：时间：2008-03-10电涌保护器SPD应用常识随着国民经济的不断发展，现代化水平的快速提高，在信息化带动工业化的指引下，各类信息设备、电子计算机、精密仪器、数据网络设备的应用越来越广泛，此类设备一般工作电压低、耐压水平低、敏感性高、抗干扰能力低，因而极易受到雷电电流脉冲的危害。
每年都给人类造成巨大的直接经济损失。
而因重要设备损坏使网络陷入瘫痪而造成的间接损失更是惊人，已引起国内相关领域对此类系统加强保护的高度重视。
近年来，“SPD”这个名词已越来越多地被专业研究、产品制造及工程设计的人们所提到。
作为雷电防护装置体系中的重要组成部分，“SPD”已被广泛用于邮电通讯、广播电视、金融证券、保险、电力、铁道、交通、机场、石化、市政建设等各个行业。
可以毫不夸张地说，凡是装有IT设备的场所，就有应用SPD的必须。
那么SPD究竟是一种什么产品呢？SPD有哪些功能呢？SPD是如何选择应用的呢？在这里我们着手用尽可能通俗的语言向各位介绍一些有关SPD产品的基础知识。
希望对那些尚未接触过SPD或对SPD知之甚少而又想掌握SPD知识，并进而使用SPD产品的读者有所收益。
一、什么是SPD（SPD介述）SPD这一名词英语全称是surge protectiye device其译意为电涌保护器，是限制雷电反击、侵入波、雷电感应和操作过电压而产生的瞬时过电压和泄放电涌电流（沿线路传送的电流、电压或功率的暂态波。
其特性是先快速上升后缓慢下降）的器件。
一端口SPD与被保护电路并联，能分开输入和输出端，在这些端子之间设有特殊的串联阻抗；二端口SPD有两组输入和输出端子，在这些端子之间有特殊的串联阻抗；电压开关型SPD在没有电涌时具有高阻抗，有电涌电压时能立即变成低阻抗，电压开关型SPD常用的元件有放电间隙、气体放电管、闸流管（硅可控整流器）和三端双向可控硅开关元件。
这类SPD有时也称“短路型SPD”；电压限制型SPD在没有电涌时具有高阻抗但随着电涌电流和电压的上升其阻抗将持续地减小。
电源系统电涌保护器(SPD)选用
电源系统电涌保护器（SPD）选用（2013版）一、主要依据《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2012《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010二、按建筑物电子信息系统的重要性和使用性质，确定本单位目前的设计的建筑物（主要为住宅）的雷电防护等级为D级。
经计算当第一级浪涌保护器保护的线路长度大于100m时，需设第二级浪涌保护器，当第二级浪涌保护器保护的线路长度大于50m时，需在被保护设备处设第三级浪涌保护器；在具有重要终端设备或精密敏感设备处，可安装第三级SPD。
三、SPD的选用原则及主要参数1、第一级SPD（主要安装在建筑物380V低压配电柜（箱）总进线处）1.1、在IPZ0A或LPZ0B区与LPZ1区交界处，在电源引入的总配电箱出应装设Ⅰ级试验的电涌保护器。
主要参数需满足以下要求：波形 10/350μS最大持续运行电压 Uc≥253V电压保护水平 Up≤2.5KV冲击电流Iimp≥12.5KA1.2、当进线完全在LPZ0B或雷击建筑物和雷击与建筑物相连接的电力线路或通信线上的失效风险可以忽略时，可采用Ⅱ级试验的电涌保护器。
主要参数需满足以下要求：波形8/20μS最大持续运行电压Uc≥253V电压保护水平Up≤2.5KV标称放电电流In≥50KA1.3、过电流保护器（熔断器和断路器，优先使用熔断器），选用100A2、第二级SPD （主要安装在动力配电柜、楼层配电箱、水泵房、中央控制室、消防、电梯机房、屋面用电设备等）。
2.1、主要参数需满足以下要求：波形8/20μS最大持续运行电压Uc≥253V电压保护水平Up≤2KV标称放电电流In≥10KA2.2、过电流保护器（熔断器和断路器，优先使用熔断器），选用32A3、第三级SPD （主要安装在重要的终端设备或精密敏感设备处，如信息机房、办公室入室配电箱等）。
3.1、主要参数需满足以下要求：波形8/20μS最大持续运行电压Uc≥253V电压保护水平Up≤1.2KV标称放电电流In≥3KA3.2、过电流保护器（熔断器和断路器，优先使用熔断器），选用16A四、产品选用要求（需在说明中注明）选用的浪涌保护器（SPD）须经过北京雷电防护装置测试中心或上海防雷产品测试中心的检测通过，并经过当地防雷装置主管机构的备案。
防雷电涌保护器原理
防雷电涌保护器原理
防雷电涌保护器是一种用于保护电子设备免受雷击和电涌影响的装置。
它的工作原理是利用一系列的电子元件将电流从雷电或电涌传导到地，以保护设备的安全运行。
防雷电涌保护器通常由两部分组成：放电管和保护电阻。
放电管是一种电子元件，能够在电压超过设定阈值时迅速导通，将电流引导到地。
保护电阻则用于限制电流，防止其过大损坏设备。
当雷电或电涌进入待保护设备时，其会产生一股瞬时高电压。
这时，放电管的阈值电压会被超过，放电管会立即变为导通状态，将电流导向地，形成了一条低阻抗的通路。
通过导向地的通路，大部分的电流将流回地面，并不会对设备产生伤害。
同时，保护电阻的作用是限制电流流过设备。
它能够通过合适的电阻值将电流限制在一个安全范围内，以避免设备受到过大的电流损坏。
防雷电涌保护器可以被应用于各种电子设备中，如计算机、电视、电话等。
它能够提供有效的保护，确保设备在雷电或电涌来临时免受损害。
然而，需要注意的是，防雷电涌保护器在每次雷击或电涌后都需要更换，以确保其正常工作。
电涌保护器 (SPD) 的测试参数
电涌保护器(SPD) 的测试参数信息产业部邮电设计院金山石宇海李跃进摘要：了解电涌保护器（SPD ）的测试参数是掌握SPD 防雷水平和产品品质的基础，对于测试参数满足通信局（站）雷电防护设计要求的SPD ，则该产品可以最大限度地保障通信系统的安全运行，否则将会对通信系统造成危害。
目前通信系统防雷已经成为通信防护领域最重要的内容之一，而在通信系统的雷电防护工程中合理地选择高质量和高可靠性的SPD 则是至关重要的，那么如何衡量SPD 的防雷水平和产品品质？目前主要是通过依据现行有效的测试标准，对SPD 产品的各个技术参数和指标一一进行测试，通过测试获得其科学、公正和有效的测试数据及结果。
而防雷工程设计人员则要依据这些测试数据和结果进行雷电防护工程设计。
可见要想合理和有效地选用SPD 产品，必须首先准确地了解SPD 的测试参数。
目前在我国通信防雷领域中所采用SPD 产品的主要测试参数有：•限压型SPD 标称导通电压和漏电流参数；•开关型SPD 的斜角波测试参数（100/V 、1kV/ m s ）；•限压型SPD 的标称放电电压和通流容量测试参数（8/20 m s ）；•开关型SPD 的标称放电电压和通流容量测试参数（10/350 m s ）；•残压及限制电压的测试参数；•点火电压的测试参数；•混合波测试参数。
图 1 的波形可定义如下：•视在头时间t f ：为雷电波冲击电流波峰值的10% 到90%( 见图1) 间的时间间隔的 1.25 倍；•视在原点O 1 ：为雷电波冲击电流峰值10% 和90% 两点画一直线与时间坐标轴的相交点。
•视在半峰值时间t t ：为从雷电波冲击电流视在原点O 1 到电流降到半峰值时刻之间的时间间隔；雷电波冲击电流测试，主要用于雷电浪涌保护器的冲击通流容量及其残压的测试，测试这两个参数的意义、要求及定义如下：1.1 标称放电电流和通流容量标称放电电流和通流容量是衡量雷电浪涌保护器允许通过雷电流水平的参数，也是工程设计人员选择防雷器的重要依据之一。
低压配电系统的电涌保护器(SPD)
低压配电系统的电涌保护器（SPD）第一部分：性能要求和实验方法1 总则1．1使用范围GB 18802的本部分使用对于间接雷电和直接雷电影响或其他瞬时过电压的电涌进行保护的电器。
这些电器被组装后连接到交流额定电压不超过1000V（有效值）、50/60HZ或直流电压不超过500V的电路和设备。
本部分规定这些电器的性能特性、标准实验方法和额定值，这些电器至少包含一用来限制电涌电压和泄放电涌电流的非线性的原件。
1．2规范性引用文件下列文件中的条款通过GB18802的本部分的引用而成为本部分的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。
GB2099.1—1996家用和类似用途插头插座第1部分：通用要求（eqvIEC60884-1：1994）GB/T4207—1984固体绝缘材料在潮湿条件下相比漏电器痕指数和耐漏电起痕指数的测定方法（eqvIEC60112：1979）GB4208—1993外壳防护等级（IP代码）（evqIEC60529：1989）GB5013—1997(全部)额定电压450/750V及以下橡皮绝缘电缆（idtIEC620245）GB5203—1997(全部)额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆（idtIEC620227）GB/T5169.10—1997电工电子产品着火危险试验试验方法灼热丝试验方法总则（idt IEC 60695-2-1/0：1994）GB10963—1999家用及类似场所涌过电流保护断路器（idrIEC60947-1：1999）GB/T14048.1—2000低压开关设备和控制设备总则（eqv IEC 60947-1：1999）GB14048.5—1993低压开关设备和控制设备控制电路电器和开关元件第1部分：机电式控制电路电器(eqv IEC609947-5-1：1990)GB/T16927.1—1997高电压试验技术第一部分：一般试验要求：（eqv IEC 60060-1：1989）GB/T16935.1—1997低压系统内设备的绝缘配合第一部分：原理、要求和试验（idt IEV 60664-1：1992）GB/T17627.1—1998 低压电气设备的高电压试验技术第一部分：定义和试验要求（eqv IEC 61180-1：1992）IEC 60364-4-442：1993建筑物的电气装置第4部分：安全性保护第44章：防过电压保护第442节：防高压系统对地之间故障的低压装置保护IEC 60364-4-442：：1993建筑物的电气装置第5部分：电气设备的使选用第534节：过电压保护装置IEC 60999(全部)连接设备与铜导线电气连接的螺钉和无螺钉夹紧器的安全要求IEC 61643-12连接低压配电系统的电涌保护器第12部分：选择和使用原则2使用条件2．1．1频率：电源的交流频率在48HZ和62HZ之间2．1．2电压：持续施加在SPD的连接线端子之间的电压不应超过其最大持续工作的电压。
防雷工程中使用浪涌保护器的作用
防雷工程中使用浪涌保护器的作用防雷工程是指为了保护建筑物、设备和人员免受雷电危害而采取的一系列技术措施。
防雷工程主要包括外部防雷和内部防雷两个方面。
外部防雷是指在建筑物外部设置避雷针、避雷带、避雷网等装置，以吸引或拦截雷电，并将其安全地导入地下。
内部防雷是指在建筑物内部设置接地系统、均压系统、屏蔽系统和浪涌保护系统，以消除或减小雷电感应电压、雷电侵入电压和静电放电对设备和人员的危害。
浪涌保护系统是内部防雷的重要组成部分,它的作用是限制或消除由雷电直击或感应引起的过电压和过电流对电气设备和信号线路的破坏地凯科技浪涌保护系统主要由浪涌保护器（SPD）和其连接线路组成。
浪涌保护器是一种非线性元件，它在正常情况下呈高阻态，不影响正常工作电压；当发生过电压时，它迅速变为低阻态，将过电压泄放到地或其他回路中，从而保护被保护设备。
地凯科技浪涌保护器的选择和安装应遵循国家标准《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）1和《低压配电系统浪涌保护器的选择与应用》（GB/T18802.1-2011）2的规定。
根据不同的安装位置和功能，浪涌保护器分为一级、二级和三级三种类型。
一级浪涌保护器主要用于建筑物进线处或总配电箱处，用于承受直接雷击或感应雷击引起的大电流冲击；二级浪涌保护器主要用于分配电箱处或重要负荷处，用于承受由一级浪涌保护器未能完全限制的过电压冲击；三级浪涌保护器主要用于终端设备处或敏感负荷处，用于承受由二级浪涌保护器未能完全限制的过电压冲击。
浪涌保护器的选择应根据被保护设备的耐冲击水平、供电系统的类型、接地方式、额定工作电压、标称放电电流、最大连续工作电压、最大放电能力、最小响应时间等参数进行。
一般来说，一级浪涌保护器应具有较高的最大放电能力（不小于60kA）,二级浪涌保护器应具有较低的电压保护水平（不大于2.5kV）,三级浪涌保护器应具有较快的响应时间（不大于25ns）。
此外，还应考虑浪涌保护器的可靠性、安全性、可视化指示、远程信号输出等功能。
电涌保护器选用原则-2013
电源系统电涌保护器（SPD）选用（2013版）一、主要依据《建筑物电子信息系统防雷技术规范》 GB50343-2012《建筑物防雷设计规范》 GB50057-2010二、按建筑物电子信息系统的重要性和使用性质，确定本单位目前的设计的建筑物（主要为住宅）的雷电防护等级为D级。
经计算当第一级浪涌保护器保护的线路长度大于100m 时，需设第二级浪涌保护器，当第二级浪涌保护器保护的线路长度大于50m时，需在被保护设备处设第三级浪涌保护器；在具有重要终端设备或精密敏感设备处，可安装第三级SPD。
三、SPD的选用原则及主要参数1、第一级SPD （主要安装在建筑物380V低压配电柜（箱）总进线处）1.1、在IPZ0A或LPZ0B区与LPZ1区交界处，在电源引入的总配电箱出应装设Ⅰ级试验的电涌保护器。
主要参数需满足以下要求：波形 10/350μS最大持续运行电压Uc≥253V电压保护水平Up≤2.5KV冲击电流Iimp≥12.5KA1.2、当进线完全在LPZ0B或雷击建筑物和雷击与建筑物相连接的电力线路或通信线上的失效风险可以忽略时，可采用Ⅱ级试验的电涌保护器。
主要参数需满足以下要求：波形 8/20μS最大持续运行电压Uc≥253V电压保护水平Up≤2.5KV标称放电电流In≥50KA1.3、过电流保护器（熔断器和断路器，优先使用熔断器），选用100A2、第二级SPD （主要安装在动力配电柜、楼层配电箱、水泵房、中央控制室、消防、电梯机房、屋面用电设备等）。
2.1、主要参数需满足以下要求：波形 8/20μS最大持续运行电压Uc≥253V电压保护水平Up≤2KV标称放电电流In≥10KA2.2、过电流保护器（熔断器和断路器，优先使用熔断器），选用32A3、第三级SPD （主要安装在重要的终端设备或精密敏感设备处，如信息机房、办公室入室配电箱等）。
3.1、主要参数需满足以下要求：波形 8/20μS最大持续运行电压Uc≥253V电压保护水平Up≤1.2KV标称放电电流In≥3KA3.2、过电流保护器（熔断器和断路器，优先使用熔断器），选用16A四、产品选用要求（需在说明中注明）选用的浪涌保护器（SPD）须经过北京雷电防护装置测试中心或上海防雷产品测试中心的检测通过，并经过当地防雷装置主管机构的备案。
电涌保护器(SPD)工作原理及结构
电涌保护器（SPD)工作原理及结构电涌保护器（Ｓurge protectioｎＤeviｃe）是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装置，过去常称为"避雷器"或"过电压保护器"英文简写为SＰD。
电涌保护器的作用是把窜入电力线、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,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损坏。
电涌保护器的类型和结构按不同的用途有所不同,但它至少应包含一个非线性电压限制元件。
用于电涌保护器的基本元器件有：放电间隙、充气放电管、压敏电阻、抑制二极管和扼流线圈等。
一、SＰD的分类：1、按工作原理分：1．开关型：其工作原理是当没有瞬时过电压时呈现为高阻抗，但一旦响应雷电瞬时过电压时,其阻抗就突变为低值，允许雷电流通过。
用作此类装置时器件有:放电间隙、气体放电管、闸流晶体管等。
2.限压型：其工作原理是当没有瞬时过电压时为高阻扰,但随电涌电流和电压的增加其阻抗会不断减小，其电流电压特性为强烈非线性。
用作此类装置的器件有：氧化锌、压敏电阻、抑制二极管、雪崩二极管等。
3.分流型或扼流型分流型：与被保护的设备并联，对雷电脉冲呈现为低阻抗,而对正常工作频率呈现为高阻抗。
扼流型：与被保护的设备串联，对雷电脉冲呈现为高阻抗,而对正常的工作频率呈现为低阻抗。
用作此类装置的器件有：扼流线圈、高通滤波器、低通滤波器、1/4波长短路器等。
按用途分:(1)电源保护器：交流电源保护器、直流电源保护器、开关电源保护器等。
(2)信号保护器：低频信号保护器、高频信号保护器、天馈保护器等。
二、SPＤ的基本元器件及其工作原理：1．放电间隙(又称保护间隙):它一般由暴露在空气中的两根相隔一定间隙的金属棒组成(如图１5a),其中一根金属棒与所需保护设备的电源相线L１或零线（N)相连，另一根金属棒与接地线(PE)相连接,当瞬时过电压袭来时,间隙被击穿,把一部分过电压的电荷引入大地，避免了被保护设备上的电压升高。
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电源开关转换
效应 原因
: 电源线上的过电压（浪涌） : 在电源线上的开关转换所致的暂态浪涌
（操作过电压）的高电流陡度。
开关转换几乎发生在任何有用电设备的地方。 特别是在一些有大容量电感设备的场合， 例如：
• 电动机 • 变压器 • 扼流线圈 • 空调装置 • 焊接设备 • 长的灯串
雷电电涌保护系统
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雷电防护专题的内容和顺序
1.雷电的产生及特征 2.雷电电涌保护系统总体介绍 3. 浪涌过电压的成因和效应 4. 对雷击放电及其效应的保护体系 5. 电涌保护器器的工作原理 6. 电涌保护器的安装和选用 7. 电涌保护器应用示例 8. 总结 /问题和解答 !
1 防雷保护系统
外部防雷保护
• 接闪器 • 引下线 • 接地体 • 空间屏蔽
防雷保护系统
内部防雷保护
• 防雷等电位连接 • 空间屏蔽 • 安全距离
浪涌保护
浪涌保护装置SPD是防雷 保护系统的一部分。浪 涌保护器的配置必须与 内部防雷保护相配合。 外部防雷保护系统须和 内部防雷系统有机组合 。才构成更有效和完善 整体防雷保护。
雷电流产生的电磁场导致的感应耦合。
6 远处的雷击
6.1 效应（感应雷击）
Conductor loop 导线环路
Lightning arresters
Lines running parallel
远处的雷击
效应
： 感应耦合
引起原因 ：雷电流的最大陡度
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当雷电流通过某导体时，在该导体周围 将会形成磁场。
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雷电直接对建筑物放电，使大电流流过建筑 物，雷电流的能量将发生转换。建筑物某些 部分的温度将急剧升高，产生火灾现象。
另外，雷电流通过时，材料可能被熔化或产 生爆炸。
2 雷电击中高压架空线
2.1 效应（传导雷）
雷电击中高压架空线
效应 原因
: 过电压 （电压浪涌） : 雷击脉冲电流峰值
U i ×R 接地
当雷电流沿着引下线分流到地时，导致接地体 的电位升高，高电压将通过接地等电位连接系 统进入到建筑物内部。
在电源线上的雷电保护的等电位连接（防雷器 /B类）保护电气安装不被损坏。
5 建筑物附近雷击
建筑物附近的雷击
效应： 雷电流通过耦合的方式进入埋地的管道、 电源线等等。（电流耦合） 这增加了建筑物内部火灾的危险性。
一 雷电的产生及特征
1 雷电的种类
➢ 直击雷 ➢ 感应雷击 ➢ 传导雷 ➢ 操作过电压
2 雷电的成因
放电类型
发生在云地之间90%的雷击现象是属于云 /地负闪击情况，在本处作主要描述。其 他雷击分类如下：
负闪击 地/云 正闪击 云/地 正闪击 地/云
然而，多数的雷击放电是发生在云层内部 或两个云层之间。
2.4 雷电的成因
雷电全过程：
3 雷电流波形
I (kA) -40
首次雷击
Iimp -20
实测的雷电流脉冲波形 雷电流脉冲模拟波形, 10/350 µs
经过几毫秒（ms）
后续雷击
0 0
100 200
300 400 500 600 700 800
900 t (µs) 1100
在一个放电通道内的主放电和后续放电的能量效应与模拟雷电波形10/350 µs相似，在 IEC 61024-1“建筑物防雷保护”，以及IEC 61312-1“雷电电磁脉冲防护”中提出和确认。
实验室研究表明：冰块带负电荷，小 冰晶带正电荷。因为冰晶较轻，被上 升气流带到云的上部，而冰块下降到 云的中部。
这种过程使云的不同区域带上不同的 电荷。
2.3 雷电的成因
大约 6000 米 -
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
电场
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
典型分布：正电荷位于云的上部，负电荷在云的下部。 另外，接近地面的部分带上正电荷（地平面的磁场强度作用）！ 可触发雷电的电场强度与空气的绝缘度相关，电场强度在0.5-10kV/cm之间。
4 直击雷波形与感应雷波形的区别
current [kA]
60 50
40 30
20 10
0 0
-10
直击雷电流脉冲波形, 10/350 µs 感应浪涌电流波形, 8/20 µs
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 time [µs]
二 雷电电涌保护系统 总体介绍
2.1 雷电的成因
大约 6 000 米
雷云的锋面是由上升的暖湿气流形成，这些暖湿气流上升到大约6000米的高空。 强烈的上升气流位于锋面中心，在云中产生出正、负电荷。
2.2 雷电的成因
+
+
+
++
+
+
+
+ +
+
++
+
+
+
+ ++
+
冰块
-
-
+
+
++
+
+-
+ +
+
用雷达和探测器进行的研究表明：云 内电场的形式与冰晶和过冷水滴的存 在紧密相关。
U
ZW
I 2
当雷击架空线时，瞬时的阻抗是由导线本身的浪涌 阻抗决定的。
对于单一导线，该阻抗(ZW)通常在400-500 ohms 之 间。
3 雷电击中低压架空线
3.1 效应（传导雷）
雷击低压架空线
效应: 原因:
在低流。 雷电电流脉冲峰值。
低压架空线上的雷击的效应与高压架空线上的雷击 的效应是不同的。
基本的区别是：低压架空线上的雷击非常接近建筑 物，导线上可传导部分的雷击电流进入邻近建筑物 内。
4 雷电击中有外部防雷装置的建筑物
4.1 效应（传导雷）
L1 L2 L3 PEN
有外部防雷系统的建筑物遭受雷击， 该建筑物并没有做防雷等电位连接。
效应: 原因:
电压浪涌 （过电压） 绝缘崩溃 雷电脉冲电流峰值
如果某一导线环路靠近有雷电流通过的 导体（雷电放电通道），根据电磁感应 原理，导线上就会产生感应过电压。
7 远处的雷击
雷击发生时产生极大峰值 和陡度的雷电流
雷电流在周围空间产生强 大的变化磁场
磁场中的导体感应出较 大的过电压
感应过电压通过传导线 击毁设备
8 电源开关转换
8.1 效应（操作过电压）
2 EMC电磁兼容的历史
真空管
晶体管
集成电路
1950
1960
1970
1980
干扰变量/ 设备内置电子元件数量
抗干扰能力
个人电脑
1990
2000
时间
三 浪涌过电压成因和效应
1 雷电击中没有外部防雷装置的建筑物
1.1 效应（直击雷）
雷电击中没有外部避雷系统的建筑物
效应 : 原因 :
火灾 雷电流携带的电量和能量。