浪涌保護(hù)器的前世今生（上）

分?? ?析

引　言

雷電災(zāi)害是最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，全世界每年因雷電災(zāi)害造成的人員傷亡、財產(chǎn)損失不計其數(shù)。隨著電子、微電子集成化設(shè)備的大量應(yīng)用，雷電過電壓和雷擊電磁脈沖所造成的系統(tǒng)和設(shè)備的損壞越來越多。因此，盡快解決建筑物和電子信息系統(tǒng)雷電災(zāi)害防護(hù)問題顯得十分重要。

隨著相關(guān)設(shè)備對防雷要求的日益嚴(yán)格，安裝浪涌保護(hù)器(Surge?ProtectionDevice,SPD）抑制線路上的浪涌和瞬時過電壓、泄放線路上的過電流成為現(xiàn)代防雷技術(shù)的重要環(huán)節(jié)之一。

一、雷電的特性：

防雷包括外部防雷和內(nèi)部防雷。外部防雷以接閃器(避雷針、避雷網(wǎng)、避雷帶、避雷線）、引下線、接地裝置為主，其主要的功能是為了確保建筑物本體免受直擊雷的侵襲，將可能擊中建筑物的雷電通過避雷針（帶、網(wǎng)、線）、引下線等泄放入大地。內(nèi)部防雷包括防雷電感應(yīng)、線路浪涌、地電位反擊、雷電波入侵以及電磁與靜電感應(yīng)的措施。其基該方法是采用等電位聯(lián)結(jié)，包括直接連接和通過SPD間接連接，使金屬體、設(shè)備線路與大地形成一個有條件的等電位體，將因雷擊和其他浪涌引起的內(nèi)部設(shè)施分流和感應(yīng)的雷電流或浪涌電流泄放入大地，從而保護(hù)建筑物內(nèi)人員和設(shè)備的安全。

雷電的特點是電壓上升非常快（10μs以內(nèi)），峰值電壓高（數(shù)萬至數(shù)百萬伏），電流大（幾十至幾百千安），維持時間較短（幾十至幾百微秒），傳輸速度快（以光速傳播），能量非常巨大，是浪涌電壓中最具破壞力的一種。

二、發(fā)展歷程

最原始的電涌保護(hù)器羊角形間隙，出現(xiàn)于19世紀(jì)末期，用于架空輸電線路，防止雷擊損壞設(shè)備絕緣而造成停電。20世紀(jì)20年代，出現(xiàn)了鋁浪涌保護(hù)器，氧化膜浪涌保護(hù)器和丸式浪涌保護(hù)器。30年代出現(xiàn)了管式浪涌保護(hù)器。50年代出現(xiàn)了碳化硅防雷器。70年代又出現(xiàn)了金屬氧化物浪涌保護(hù)器。現(xiàn)代高壓浪涌保護(hù)器，不僅用于限制電力系統(tǒng)中因雷電引起的過電壓，也用于限制因系統(tǒng)操作產(chǎn)生的過電壓。1992年以來，以德、法為代表的工控標(biāo)準(zhǔn)35mm導(dǎo)軌卡接式可拔插SPD防雷模塊，開始大規(guī)模引進(jìn)到中國，稍后以美、英為代表的一體化箱式電源防雷組合也進(jìn)入了中國。

浪涌保護(hù)器

三、產(chǎn)品概述：

浪涌保護(hù)器（電涌保護(hù)器）（簡稱SPD），適用于交流50/60HZ，額定電壓220V至380V的供電系統(tǒng)（或通信系統(tǒng)）中，對間接雷電和直接雷電影響或其他瞬時過壓的電涌進(jìn)行保護(hù)，適用于家庭住宅、第三產(chǎn)業(yè)以及工業(yè)領(lǐng)域電涌保護(hù)的要求，具有相對相，相對地，相對中線，中線對地及其組合等保護(hù)模式。

四、基本特點

1、保護(hù)通流量大，殘壓極低，響應(yīng)時間快；

2、采用最新滅弧技術(shù)，徹底避免火災(zāi)；

3、采用溫控保護(hù)電路，內(nèi)置熱保護(hù)；

4、帶有電源狀態(tài)指示，指示浪涌保護(hù)器工作狀態(tài)；

5、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，工作穩(wěn)定可靠。

五、分類：

KEJIA浪涌保護(hù)器(3張)

SPD是電子設(shè)備雷電防護(hù)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(shè)備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi)，或?qū)姶蟮睦纂娏餍沽魅氲兀Ｗo(hù)被保護(hù)的設(shè)備或系統(tǒng)不受沖擊。

1、按其工作原理分類，SPD可以分為電壓開關(guān)型、限壓型及組合型。

⑴電壓開關(guān)型SPD。在沒有瞬時過電壓時呈現(xiàn)高阻抗，一旦響應(yīng)雷電瞬時過電壓，其阻抗就突變?yōu)榈妥杩梗试S雷電流通過，也被稱為“短路開關(guān)型SPD”。

⑵限壓型SPD。當(dāng)沒有瞬時過電壓時，為高阻抗，但隨電涌電流和電壓的增加，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”。

⑶組合型SPD。由電壓開關(guān)型組件和限壓型組件組合而成，可以顯示為電壓開關(guān)型或限壓型或兩者兼有的特性，這決定于所加電壓的特性。

2、按用途分類，SPD可以分為電源線路SPD、信號線路SPD

2.1電源線路SPD

由于雷擊的能量是非常巨大的，需要通過分級泄放的方法，將雷擊能量逐步泄放到大地。在直擊雷非防護(hù)區(qū)（LPZ0A）或在直擊雷防護(hù)區(qū)（LPZ0B）與第一防護(hù)區(qū)（LPZ1）交界處，安裝通過Ⅰ級分類試驗的浪涌保護(hù)器或限壓型浪涌保護(hù)器作為第一級保護(hù),對直擊雷電流進(jìn)行泄放，或者當(dāng)電源傳輸線路遭受直接雷擊時，將傳導(dǎo)的巨大能量進(jìn)行泄放。在第一防護(hù)區(qū)之后的各分區(qū)（包含LPZ1區(qū)）交界處安裝限壓型浪涌保護(hù)器，作為二、三級或更高等級保護(hù)。第二級保護(hù)器是針對前級保護(hù)器的殘余電壓以及區(qū)內(nèi)感應(yīng)雷擊的防護(hù)設(shè)備，在前級發(fā)生較大雷擊能量吸收時，仍有一部分對設(shè)備或第三級保護(hù)器而言是相當(dāng)巨大的能量，會傳導(dǎo)過來，需要第二級保護(hù)器進(jìn)一步吸收。同時，經(jīng)過第一級防雷器的傳輸線路也會感應(yīng)雷擊電磁脈沖輻射。當(dāng)線路足夠長時，感應(yīng)雷的能量就變得足夠大，需要第二級保護(hù)器進(jìn)一步對雷擊能量實施泄放。第三級保護(hù)器對通過第二級保護(hù)器的殘余雷擊能量進(jìn)行保護(hù)。根據(jù)被保護(hù)設(shè)備的耐壓等級，假如兩級防雷就可以做到限制電壓低于設(shè)備的耐壓水平，就只需要做兩級保護(hù)；假如設(shè)備的耐壓水平較低，可能需要四級甚至更多級的保護(hù)。

選擇SPD，首先需要了解一些參數(shù)及其工作原理。

⑴ 10/350μs波是模擬直擊雷的波形，波形能量大； 8/20μs波是模擬雷電感應(yīng)和雷電傳導(dǎo)的波形。

⑵標(biāo)稱放電電流In是指流過SPD、8/20μs電流波的峰值電流。

⑶最大放電電流Imax又稱為最大通流量，指使用8/20μs電流波沖擊SPD一次能承受的最大放電電流。

⑷最大持續(xù)耐壓Uc(rms）指可連續(xù)施加在SPD上的最大交流電壓有效值或直流電壓。

⑸殘壓Ur指在額定放電電流In下的殘壓值。

⑹保護(hù)電壓Up表征SPD限制接線端子間的電壓特性參數(shù)，其值可從優(yōu)選值的列表中選取，應(yīng)大于限制電壓的最高值。

⑺電壓開關(guān)型SPD主要泄放的是10/350μs電流波，限壓型SPD主要泄放的是8/20μs電流波。

2.2信號線路SPD

信號線路SPD其實就是信號避雷器，安裝在信號傳輸線路中，一般在設(shè)備前端，用來保護(hù)后續(xù)設(shè)備，防止雷電波從信號線路涌入損傷設(shè)備。

1）電壓保護(hù)水平（UP）的選擇

UP 值不應(yīng)超過被保護(hù)設(shè)備耐沖擊電壓額定值，UP 要求SPD 與被保護(hù)的設(shè)備的絕緣應(yīng)有良好配合。

在低壓供配電系統(tǒng)裝置中，設(shè)備均應(yīng)具有一定的耐受電涌能力，即耐沖擊過電壓能力。當(dāng)無法獲得220/380V 三相系統(tǒng)各種設(shè)備的耐沖擊過電壓值時，可按IEC 60664-1 和GB 50057-1994（2000 版）的給定指標(biāo)選用。

2）標(biāo)稱放電電流In 的（沖擊通流容量）選擇

流過SPD、8/20 μs 電流波的峰值電流。用于對SPD 做II 級分類試驗，也用于對SPD 做I 級和II 級分類試驗的預(yù)處理。

事實上，In 是SPD 不發(fā)生實質(zhì)性破壞而能通過規(guī)定次數(shù)(一般為20 次)、規(guī)定波形（8/20 μs）的最大限度的沖擊電流峰值。

3）最大放電電流Imax（極限沖擊通流容量）的選擇

流過SPD、8/20 μs 電流波的峰值電流，用于II 級分類試驗。Imax 與In 有許多相同點，他們都是用8/20 μs 電流波的峰值電流對SPD 做II 級分類試驗。不同之處也很明顯，Imax 只對SPD 做一次沖擊試驗，試驗后SPD 不發(fā)生實質(zhì)性破壞；而In 可以做20次這樣的試驗，試驗后SPD 也不能有實質(zhì)性破壞。因此，Imax 是沖擊的電流極限值，所以最大放電電流也稱為極限沖擊通流容量。顯然，Imax>In。?

浪涌保護(hù)器SPD

六、工作原理

浪涌保護(hù)器（Surge protection Device）是電子設(shè)備雷電防護(hù)中不可缺少的一種裝置，過去常稱為“避雷器”或“過電壓保護(hù)器”英文簡寫為SPD.浪涌保護(hù)器的作用是把竄入電力線、信號傳輸線的瞬時過電壓限制在設(shè)備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi)，或?qū)姶蟮睦纂娏餍沽魅氲?，保護(hù)被保護(hù)的設(shè)備或系統(tǒng)不受沖擊而損壞。

浪涌保護(hù)器工作原理圖

浪涌保護(hù)器的類型和結(jié)構(gòu)按不同的用途有所不同，但它至少應(yīng)包含一個非線性電壓限制元件。用于浪涌保護(hù)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。?

七、用途

浪涌也叫突波，顧名思義就是超出正常工作電壓的瞬間過電壓。本質(zhì)上講，浪涌是發(fā)生在僅僅幾百萬分之一秒時間內(nèi)的一種劇烈脈沖，可能引起浪涌的原因有：重型設(shè)備、短路、電源切換或大型發(fā)動機。而含有浪涌阻絕裝置的產(chǎn)品可以有效地吸收突發(fā)的巨大能量，以保護(hù)連接設(shè)備免于受損。

浪涌保護(hù)器，也叫防雷器，是一種為各種電子設(shè)備、儀器儀表、通訊線路提供安全防護(hù)的電子裝置。當(dāng)電氣回路或者通信線路中因為外界的干擾突然產(chǎn)生尖峰電流或者電壓時，浪涌保護(hù)器能在極短的時間內(nèi)導(dǎo)通分流，從而避免浪涌對回路中其他設(shè)備的損害。?

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