淺析如何合理選用電源電涌保護器

李柏堅

摘 要：為了保護智能化電子設備和保證用電安全，將電涌保護器大范圍投入使用具有一定的必要性和緊迫性。在發生雷擊時，電涌保護器能夠確保供電線路的電壓處于相對穩定的狀態，有效預防雷電電流對電子設備的沖擊和損壞，因此，電涌保護器成為保護自動化設備免受雷擊的不二之選。但是目前，在電涌保護器的選擇上還存在一定的誤區，尋求科學的方法來選擇電涌保護器勢在必行。

關鍵詞：電涌保護器；電壓保護水平；限壓型SPD；組合型SPD

中圖分類號：TM863 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.03.093

電涌保護器，簡稱“SPD”，是一種限制電壓浪涌的高科技設備。電涌保護器對電子設備的保護效果遠比傳統的接閃桿或避雷網好得多。自然氣候本身多變，時常出現雷暴、強降水、暴雪等惡劣天氣；而社會環境也會對電網造成一定的沖擊，比如磁暴干擾、大功率工業設備電源開關時的干擾、無線電波、核爆炸等。這些自然因素和非自然因素都有可能使電源線產生浪涌電壓，為了限制這種強浪涌，電涌保護器應運而生。電涌保護器能夠保證供電電網的電壓穩定、安全，避免因意外事故造成不必要的損失。本文主要從電涌保護器的結構和工作原理、電涌保護器的分類和技術參數、電壓保護水平和能量承受能力的確定、不同電涌保護器的功能和缺點、電涌保護器的正確選擇五個方面加以闡述，具體情況如下。

1 電涌保護器的結構和工作原理

電涌保護器中至少有一個非線性元件。該類元件一般由壓敏電阻、放電管和其他元件組成，在正常情況下呈開路狀態，漏電電流非常低，因此，安裝于電網中能夠保證不發生短路，從而保證供電電路的正常運行。當發生雷擊時，雷電電流沿供電線路流經電涌保護器，如果雷電電壓幅值超過電涌保護器的工作閥值，電涌保護器會在極短的時間內導通，導通的速度堪比光速。在此過程中，雷電電流通過SPD迅速流入大地。在浪涌過后，電壓處于工作閥值以下時，電涌保護器又會迅速恢復到高電阻狀態。這樣，不僅可以保證供電系統的正常運行，還可以保護線路上的電子設備，最大限度地削弱雷電電流對電子設備的沖擊。

完整的保護電路一般由多級SPD并聯組成，每級均要根據設計要求選取工作閥值不同的SPD，這樣才能使流經線路中的

雷電電流逐級減小，最后達到安全值。

2 電涌保護器的分類和技術參數

按照不同的用途，電涌保護器可以分為兩大類，即用于電氣系統的電源電涌保護器和用于電子信息系統的信號電涌保護器。從工作原理和用途來劃分，電源電涌保護器可分為三類，即克羅巴型電涌保護器（電壓開關型）、箝壓型電涌保護器（限壓型）和組合型電涌保護器。

電源電涌保護器的主要技術參數有以下五個：①最大持續工作電壓Uc，即允許持續施加于SPD端子間的最大電壓有效值（交流方均根電壓或直流電壓），其值與SPD的額定電壓值相同。此外，Uc不應低于線路中可能出現的最大連續運行電壓。②SPD的試驗級別。SPD試驗分為I級試驗、II級試驗和III級試驗。I級試驗是對I類SPD進行的標稱放電電流（In）、1.2/50 μs沖擊電壓和10/350 μs最大沖擊電流（Iimp）試驗，對應為電壓開關型SPD；II級試驗是對II類SPD進行的標稱放電電流（In）、1.2/50 μs沖擊電壓和8/20 μs波形最大放電電流（Imax）試驗，對應為限壓型SPD；III級試驗是對III類SPD進行的復合波（1.2/50 μs和8/20 μs）試驗，對應為組合型SPD。③標稱放電電流In（額定放電電流），即流過SPD8/20 μs波形的放電電流峰值（kA）。④最大放電電流Imax，即通過SPD8/20 μs電流波的峰值電流。⑤電壓保護水平Up，是表征SPD限制接線端子間電壓的性能參數。對于電壓開關型SPD來說，Up是指規定陡度下的最大放電電壓；對于電壓限制型SPD來說，Up是指規定電流波形下的最大殘壓。Up值可從優先值列表中選擇。需要注意的是，Up值應大于實測限制電壓。實測限制電壓是指對SPD施加規定波形和幅值的沖擊電壓時，在其接線端子間測得的最大電壓峰值。電源電涌保護器的這五個技術參數是相關人員在進行防雷設計時選取SPD的重要依據。

3 電壓保護水平和能量承受能力的確定

電涌保護器電壓保護水平和能量承受能力的確定對于電涌保護器的選取非常重要。對于不同的電涌保護器，這兩項值可能不同。這就意味著電涌保護器的類型不同，其用途或適用場合也不同。電涌保護器電壓保護水平和能量承受能力確定的具體步驟如下。

電涌保護器電壓保護水平確定的主要依據是電涌保護器的耐受力，同時參照絕緣沖擊耐受水平和電涌抗擾度。一般情況下，電涌保護器電壓保護水平參數由電涌保護器的制造商提供。表1所示為不同電器的耐壓能力。

對于電涌保護器能量承受能力的測算，一般需要根據雷電電流參數來估算分流值。根據《建筑物防雷設計規范》（GB 50057—2010），我國的建筑物根據其使用性質、安全性等分為三類：第一類為普通民宅，即發生事故的可能性較小的建筑物；第二類為處于危險環境中的建筑物；第三類為儲藏炸藥、火藥等危險物品的建筑物，即爆炸時會造成大量人員傷亡的建筑物。

4 不同電涌保護器的功能和優缺點

4.1 電壓開關型SPD

在沒有瞬時過電壓時，電壓開關型SPD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，并允許雷電電流通過。因此，電壓開關型SPD也被稱為“短路開關型SPD”，一般用于第一級。

4.2 限壓型SPD

在沒有瞬時過電壓時，限壓型SPD呈現高阻抗；但隨著電涌電流和電壓的增加，其阻抗不斷降低。限壓型SPD的電流、電壓特性為強烈非線性，一般用于第二級。

4.3 組合型SPD

組合型SPD由電壓開關型組件和限壓型組件組成，兼具電壓開關型SPD和限壓型SPD的特性，這主要決定于所加電壓的特性。當安裝受條件限制時，用于第一級。

表2所示為三種SPD的優缺點比較情況。

5 電涌保護器的正確選擇

電源SPD的選擇應綜合考慮安裝位置的氣象因素、建（構）筑物所處的環境、電源引入線的安裝類型和防雷系統的接地情況。根據《建筑物防雷設計規范》的相關要求，第一、二類防雷建筑物應在電源引入的總配電箱處裝設Ⅰ分類試驗的電涌保護器，且電涌保護器的電壓保護水平值應≤2.5 kV。當第一保護模式的沖擊電流值無法確定時，應取≥12.5 kA。第三類防雷建筑物的要求與第一、二類基本一致，只是沒有明確規定沖擊電流值的大小，在無法確定沖擊電流值時，給出了與第一、二類防雷建筑物相同的沖擊電流計算公式。我們也可以將規范中對電涌保護器的要求理解為：在總配電箱處安裝Ⅰ級試驗的電涌保護器，且其電壓保護水平值應不大于2.5 kV，沖擊電流值應不小于12.5 kA。

一級SPD確定后，再確定二級SPD……N級SPD的通流量主要由一級SPD的適配和雷電逐級衰減原理計算確定，也可跟據IEC標準或GB 50343—2004規范確定。

在SPD安裝方面，接線方式應優先采用V形凱文接法。在采用T形接法連接時，兩端引線長度不宜超過0.5 m；連接SPD的材料宜采用多股銅導線，導線截面積要求：Ⅰ級試驗≥6 mm2，Ⅱ級試驗≥2.5 mm2，Ⅲ級試驗≥1.5 mm2，并保證有良好的接地條件。

SPD在運行期間會因長時間工作或處于惡劣環境中而老化，也可能因遭受雷擊而導致性能下降，因此，需要定期檢測。如果檢測結果表明SPD已劣化或失效，應及時更換。

6 結束語

電涌保護器除按國家標準選擇和安裝外，更重要的是綜合考慮當地的氣象、地理、環境等因素。在安裝完成投入使用后，應定期檢查SPD的運行情況。只有保證SPD正常工作，才能達到良好的防護效果，這對于電網系統和個體住戶來說非常重要。

參考文獻

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〔編輯：劉曉芳〕