淺談浪涌保護器的分類及應用

何佳

（機械工業第三設計研究院，重慶 400039）

1 浪涌保護器分類

1.1 電壓開關型SPD

當無浪涌時，SPD呈高阻狀態，當沖擊電壓達到一定值時，SPD突然變為低阻抗。這類SPD為“短路開關型”或“克羅巴型”SPD。開關型SPD具有大通流容量的特點，特別適用于LPZ0A區或LPZ0B區與LPZ1區界面處的雷電浪涌保護。

1.2 限壓型SPD

當無浪涌時，SPD呈高阻狀態，隨著沖擊電流及電壓的提高，SPD的阻抗持續下降至低阻導通。這類SPD又稱“箝壓型”SPD，常用于LPZ0B區、LPZ1區、LPZ2區的雷電過電壓和操作過電壓防護，安裝在各雷電防護區的交界處。

1.3 組合型SPD

是將電壓開關型SPD和限壓型SPD元件組合在一起使用的SPD，隨著施加的沖擊電壓特性不同，有時會呈現開關型SPD特性，有時呈現箝壓型SPD特性，有時同時呈現兩種特性。

此外由于SPD還可以按使用性質分為電源系統SPD，信號系統SPD，反饋系統SPD。按安裝位置分為室內和室外，按端口型式和連接方式可分為單端口和雙端口等等[3]。

2 建筑物雷電流的估算

雷電流的估算可按以下幾種方式進行。

2.1 低壓配電線路為非鎧裝屏蔽進入建筑物

低壓配電線路為非鎧裝屏蔽進入建筑物的雷電流估算值可分為以下三種情況:

（1）除低壓配電電纜以外沒有其他任何服務性金屬管、線纜進入建筑物的雷電流估算值詳見表1。

表1 雷電流估算詳值表

（2）除低壓配電電纜以外只有另外一類金屬管道進入建筑物，如:只有金屬上下水管道、煤氣管道等服務性導電管進入；或者只有通信電纜進入而沒有其他服務性導電管道進入建筑物的雷電流估算值詳見表2。

（3）所有種類的服務性導電管纜（電纜、通信電纜和其他金屬管道）進入建筑物的雷電流估算值詳見表3。

表2 雷電流估算詳值表

表3 雷電流估算詳值表

2.2 低壓配電線路帶有屏蔽層進入建筑物

根據《建筑物防雷設計規范》GB50057-2010中第4.2.4.9條規定，應計入屏蔽層和芯線的電阻。低壓配電線路有屏蔽層時進入建筑物的雷電流估算值可按以下情況，詳見表4。

表4 雷電流估算詳值表

n-外引架空和地下金屬管道和線路總數；

m-芯線數；

RS-屏蔽層每公里電阻；

Rc-芯線每公里電阻[1]。

3 SPD級間配合

3.1 SPD級間配合原則

（1）5m原則:限壓型與限壓型SPD之間的線路長度不宜小于5m距離，不滿足要求時，需加裝電感耦合線圈。

（2）10m原則:電壓開關型與限壓型SPD之間距離不宜小于10m，不滿足要求時，應加裝電感耦合線圈；設備級或精細級SPD與被保護設備之間的線路長度應小于10m距離，否則應增設一級SPD。

（3）30m原則:當樓層配電柜（箱）與入口級SPD1的線路長度大于30m時，樓層配電柜（箱）處應加裝SPD2。當入口級SPD1的Up≤1.5 kV時，可在任何條件下不設SPD2[4]。

3.2 SPD級間配合

3.2.1 直接配合法

雖然直接配合法不外加退耦元件，但是需要有器件的V-I特性曲線來對比，而實際上各個廠家并不能提供器件的曲線，所以在設計和實施中并不實用。如果當兩SPD之間的距離足夠大時，線路的電感也有足夠的退耦作用，線路的長度按本文3.1節所提供方案選擇。

3.2.2 退耦元件法

退耦元件法就是在兩級SPD之間加裝Zs退耦元件（圖1）。

圖1 級間配合電壓電流分布圖

當Zs為純電阻Rs時，則第二級RV2先導通 （由于總是Uv2

當Zs為純電感Ls時，最小陡度（di/dt）取值為0.1kA/μs，微小的電感也能有明顯的電壓降（Ldi/dt）。假設線路電感按0.5～1μH/m取值，當di/dt=0.1kA/μs時，在1m的導線就能產生50～100V的電壓降。若Ls(di/dt)+Uv2>Uv1，則第一級先導通。當第一級導通后，第一級電壓Uv1為限制電壓Uc1，隨著陡度（di/dt）的減小，Uc1≥Ls(di/dt)+Uv2時，第二級才導通。第二級導通后，將會在Y端子上輸出一個較低電壓Uv2。

由于不同類型SPD對浪涌的響應時間不同，若Rv1響應慢，在Rv2流過大部分電流，但Rv1還不能及時分流，則極易使Rv2損壞。

3.3.3 電子觸發法

電子觸發法省去了退耦電感L，用電子觸發裝置控制電壓開關型SPD在定值電壓下轉折，保證上下兩級SPD間得到配合，同時也不受距離限制。

以上三種方法，直接配合法由于器件資料不全不適用；退耦元件法由于各種參數比較分散、工作量大也不適用。相比之下，電子觸發法是比較理想的方法[2]，[5]。

總之，在正確選取浪涌保護器的各項參數的同時，還應建立起聯合接地系統，以便將絕大部分雷電流直接引入接地裝置泄放，同時應在各防雷區交界處進行等電位聯接，這樣才能更好防止雷害。

[1]中國機械工業聯合會.GB50057-2010建筑物防雷設計規范[S].北京:中國計劃出版社，2011:18，81.

[2]蔣麥占.SPD在低壓配電系統中的配置設計[J].電氣工程應用，2003(2):19-20.

[3]梅衛群，江燕如.建筑防雷工程與設計第二版[M].北京:氣象出版社，2006:390-391.

[4]中華人民共和國建設部.JGJ16-2008民用建筑電氣設計規范[S].北京:中國建筑工業出版社，2008:161.

[5]張南法.電涌保護器應用中的幾個問題[J].電氣工程應用，2003(3):12-13.