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摘要:低压配电线路的瞬态过电压的形成有雷击、电气开关动作等途径，其均可在瞬间产生几千伏的过电压 ,由此会对电子设备造成严重的损坏。为了维护电子设备的安全可靠运行，需要在電源系统中采取过电压保护措施，电源浪涌保护器在低压线路中的使用就是降低和消除这种危害的一个重要措施。因此，合理选用和安装电涌保护器是保护电子设备和人身安全的关键。
关键词:瞬态过电压;电涌防护器; 选择; 安装
Abstract: the low voltage power distribution lines of transient overvoltage the formation of the lightning, electrical switch movement, way and it all but in the instant produce a few kv overvoltage, which will cause serious damage to the electronic equipment. In order to maintain the safety and reliability of electronic equipment, need to be in power system adopt overvoltage protection measures, the power surge protector in the use of low voltage circuit is to reduce and eliminate the hazard of an important measure. Therefore, reasonable selection and installation surge protector is to protect the electronic equipment and the personal safety of the key.
Keywords: transient overvoltage; SPD; Choice; installation
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
【引言】近年来，随着经济建设的高速发展，电子信息化设备得以广泛地应用，信息设备集成度不断提高，其耐过压能力却显著降低。根据近年来气象部门雷灾的统计，雷电从电源系统侵入造成低压电气设备损坏约占70%，特别是电子信息设备和计算机设备的损坏尤为严重，低压配电线路的雷电过电压保护显得越来越重要。安装浪涌保护器抑制线路上的浪涌和瞬时过电压、泄放线路上的过电流成为现代防雷技术的重要环节之一。为此本文提出了在实际工程设计中，如何根据被保护建筑物的特点及其低压电源系统的形式正确选择和安装电涌保护器。
浪涌保护器（Surge protection Device，英文缩写为SPD，以下简称SPD）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。浪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。用于浪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。
1．SPD的分类
（1）开关型SPD，又称雷电流避雷器，这种SPD在没有电涌时为高阻抗，但一旦响应电压电涌时其阻抗就突变为低值，用作这种非线性装置的常见例子有放电间隙，气体放电管，闸流晶体管（可控硅）及三端双向可控硅开关。这类SPD有时称为克罗巴型SPD。（2）限压型SPD，这种SPD在没有电涌时为高阻抗，但随着电涌电流和电压的增加其阻抗会不断减小，用作这类非线性组件的例子是压敏电阻和抑制二极管，这类SPD有时称为箝压型SPD。（3）组合型SPD，这种SPD由电压开关型部件和限压型部件联合组装在一起，根据二者的联合参数和应用电压特性可组合装成具有电压开关﹑限压或这两种特性兼有的组合型SPD。
2．SPD的主要参数
最大持续运行电压Uc：可以持续施加于电涌保护器的最大交流有效值电压或最大直流电压，等于电涌保护器的额定电压。（2）冲击电流Iimp：
它由电流峰值Ipeak和电荷量确定。
Ipeak
该波形主要用于一级试验。
用于电源的第一级保护SPD，反映了SPD的耐直击雷能力（采用10/350μs波形）。包括幅值电流Ipeak和电荷Q，其值可根据建筑物防雷等级和进入建筑物的各种设施（导电物、电力线、通讯线等）进行分流计算。（3）标称放电电流In：
流过SPD具有8/20μs波形的电流峰值。
该波形主要用于二级试验。
流过SPD的8/20μs电流波的峰值电流，用于对SPD做Ⅱ级分类实验或做Ⅰ级分类实验的预处理。对于Ⅰ级分类实验In不小于15 KA，对于Ⅱ级分类实验In不小于5KA。（4）保护电压水平Up:在标称放电电流（In）下的残压，又称SPD的最大钳压，对于电源保护器而言，可分为一、二、三、四级保护，保护级别决定其安装位置，在信息系统中保护级别需与被保护系统和设备的耐压能力相匹配。
3．电涌保护器SPD的选型3.1 最大持续运行电压Uc的选择：选择220/380V三相系统中的电涌保护器时，其最大持续运行电压Uc应符合表1规定：
表1 SPD的持续运行电压Uc电涌保护器接于 配电网络的系统特征
注1.Uo是指低压系统相线对中性线的标称电压,在220/380V系统中，Uo=220V。
注2.此表基于IEC61634-1修改版1。a 这些值对应于最严重的故障状况,因而没有考虑10%的余量。
3.2 SPD的电压保护水平Up的选择：最大电涌电压，即SPD的最大箝压（Up）加上其两端的引线的感应电压（UL）应与所属系统的基本绝缘水平和设备允许的最大电涌电压相一致，即： Up+UL ≤设备耐冲击过电压水平。无论对远处雷击,直接雷击或操作过电压,均不应大于表2中的Ⅱ类,即对于220/380V电气装置Up值不应大于2.5kV。采用接线形式2（注：见本文第4部分）时,接于相线与PE线之间的SPD的总保护水平也应符合上述要求。
表2 220V/380V三相配电系统的各种设备绝缘耐冲击过电压额定值
注：Ⅰ类-需要将瞬态电压限制到特定水平的设备；Ⅱ类-如家用电器、手提工具及类似负荷；Ⅲ类-如配电盘、断路器、布线系统（包括电缆、母线、分线盒、开关、插座）及应用于工业设备和一些其他设备如永久接至固定装置的固定安装的电动机。Ⅳ类-如电气计量仪表、一次线过流保护设备、波纹控制设备。
3.3 SPD的雷击冲击电流Imp及标称放电电流I n的确定： 确定SPD的雷击冲击电流Imp一般应进行分流计算（计算方法参见防雷规范条文说明第6.4.7条）。当电流值计算无法确定时，其雷击冲击电流不应小于表3中所列指标。
表3 SPD的标称放电电流和雷击冲击电流
保护分级 LPZ0区与LPZ1区交界处 LPZ1与LPZ2、LPZ2与LPZ3区交界处 直流电源标称放电电流（kA）
第二级标称放电电流（kA） 第三级标称放电电流（kA） 第四级标称放电电流（kA）
注1：表中的雷击冲击电流Imp 值规定引自IEC60364-5-534：过电压保护器注2：表中的分类试验的定义见防雷规范附录八。
4．低压电源系统中SPD的选择及安装位置
4.1 信息系统雷击电磁脉冲的防护应按其所处的建筑物条件、信息设备的重要程度、发生雷击事故严重程度等进行雷击风险评估，将信息系统雷击电磁脉冲的防护分为A、B、C、D四级，分别采用相应防护措施：A级：宜在低压系统中采取3-4级SPD进行保护。B级：宜在低压系统中采取2-3级SPD进行保护。C级：宜在低压系统中采取2级SPD进行保护。D级：宜在低压系统中采取1级或以上SPD进行保护。[说明] 风险评估计算方法参见IEC61662：雷击损害风险的评估。4.2 SPD在电源系统中的安装位置如下：（1）在LPZ0A区和 LPZ0B区与LPZ1区交界面处连续穿越的电源线路上应安装符合I级分类试验的SPD，如总电源进线配电柜内、配电变压器的低压侧主配电柜内、引出至本建筑物防直击雷装置保护范围以外的电源线路的配电箱内。（2）在LPZ0B区与LPZ1区交界面处穿越的电源线路上应安装符合Ⅱ级分类试验的SPD，如引出至本建筑物防直击雷装置的保护范围之内的屋顶风机、屋顶广告照明的电源配电箱内。（3）当电源进线处安装的电涌保护器的电压保护水平加上其两端引线的感应电压保护不了该配电箱供电的设备时，应在该级配电箱安装符合Ⅱ级分类试验的SPD，其位置一般设在LPZ1区和LPZ2区交界面处。如：楼层配电箱、计算机中心、电信机房、电梯控制室 、有线电视机房、楼宇自控室、保安监控中心、消防中心、工业自控室、变频设备控制室、医院手术室、监护室及装有电子医疗设备的场所的配电箱内。（4）对于需要将瞬态过电压限制到特定水平的设备（尤其是信息系统设备），应考虑在该设备前安装符合Ⅲ级分类试验的SPD，其位置一般设在LPZ2区和其后续防雷区交界面处。如：计算机设备、信息设备、电子设备及控制设备前或最近的插座箱内。
【结束语】由于雷击发生的时间和地点及雷击强度的随机性，对雷击的防范难度很大，要达到阻止和完全避免雷击的发生时不可能的，所以按照规范要求安装防雷装置和采取防护措施后，尽可能的将雷电灾害降低到最低限度。
【参考文献】：
IEC61024-1：建筑物防雷 第1部分 通则IEC61312-1：雷击电磁脉冲的防护 第1部分 通则IEC61312-2：雷击电磁脉冲的防护 第2部分 建筑物的屏蔽、内部等电位连接及接地IEC61312-3：雷击电磁脉冲的防护 第3部分 浪涌保护器的要求IEC60364-5-534：建筑物的电气装置 第5部分 电气装置的选择与安装
中国航空工业规划设计研究院等编 《工业与民用配电设计手册》中国电力出版社，2005；
《民用建筑電气设计规范》 JGJ 16-2008 中国建筑工业出版社，2008；
《建筑物防雷设计规范》GB 50057-2010 中国计划出版社，2011；
《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB 50343-2004 中国计划出版社，2004；
《全国民用建筑工程设计技术措施 电气》 中国计划出版社，2003；
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词:瞬态过电压;电涌防护器; 选择; 安装
Abstract: the low voltage power distribution lines of transient overvoltage the formation of the lightning, electrical switch movement, way and it all but in the instant produce a few kv overvoltage, which will cause serious damage to the electronic equipment. In order to maintain the safety and reliability of electronic equipment, need to be in power system adopt overvoltage protection measures, the power surge protector in the use of low voltage circuit is to reduce and eliminate the hazard of an important measure. Therefore, reasonable selection and installation surge protector is to protect the electronic equipment and the personal safety of the key.
Keywords: transient overvoltage; SPD; Choice; installation
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
【引言】近年来，随着经济建设的高速发展，电子信息化设备得以广泛地应用，信息设备集成度不断提高，其耐过压能力却显著降低。根据近年来气象部门雷灾的统计，雷电从电源系统侵入造成低压电气设备损坏约占70%，特别是电子信息设备和计算机设备的损坏尤为严重，低压配电线路的雷电过电压保护显得越来越重要。安装浪涌保护器抑制线路上的浪涌和瞬时过电压、泄放线路上的过电流成为现代防雷技术的重要环节之一。为此本文提出了在实际工程设计中，如何根据被保护建筑物的特点及其低压电源系统的形式正确选择和安装电涌保护器。
浪涌保护器（Surge protection Device，英文缩写为SPD，以下简称SPD）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。浪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。用于浪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。
1．SPD的分类
（1）开关型SPD，又称雷电流避雷器，这种SPD在没有电涌时为高阻抗，但一旦响应电压电涌时其阻抗就突变为低值，用作这种非线性装置的常见例子有放电间隙，气体放电管，闸流晶体管（可控硅）及三端双向可控硅开关。这类SPD有时称为克罗巴型SPD。（2）限压型SPD，这种SPD在没有电涌时为高阻抗，但随着电涌电流和电压的增加其阻抗会不断减小，用作这类非线性组件的例子是压敏电阻和抑制二极管，这类SPD有时称为箝压型SPD。（3）组合型SPD，这种SPD由电压开关型部件和限压型部件联合组装在一起，根据二者的联合参数和应用电压特性可组合装成具有电压开关﹑限压或这两种特性兼有的组合型SPD。
2．SPD的主要参数
最大持续运行电压Uc：可以持续施加于电涌保护器的最大交流有效值电压或最大直流电压，等于电涌保护器的额定电压。（2）冲击电流Iimp：
它由电流峰值Ipeak和电荷量确定。
Ipeak
该波形主要用于一级试验。
用于电源的第一级保护SPD，反映了SPD的耐直击雷能力（采用10/350μs波形）。包括幅值电流Ipeak和电荷Q，其值可根据建筑物防雷等级和进入建筑物的各种设施（导电物、电力线、通讯线等）进行分流计算。（3）标称放电电流In：
流过SPD具有8/20μs波形的电流峰值。
该波形主要用于二级试验。
流过SPD的8/20μs电流波的峰值电流，用于对SPD做Ⅱ级分类实验或做Ⅰ级分类实验的预处理。对于Ⅰ级分类实验In不小于15 KA，对于Ⅱ级分类实验In不小于5KA。（4）保护电压水平Up:在标称放电电流（In）下的残压，又称SPD的最大钳压，对于电源保护器而言，可分为一、二、三、四级保护，保护级别决定其安装位置，在信息系统中保护级别需与被保护系统和设备的耐压能力相匹配。
3．电涌保护器SPD的选型3.1 最大持续运行电压Uc的选择：选择220/380V三相系统中的电涌保护器时，其最大持续运行电压Uc应符合表1规定：
表1 SPD的持续运行电压Uc电涌保护器接于 配电网络的系统特征
注1.Uo是指低压系统相线对中性线的标称电压,在220/380V系统中，Uo=220V。
注2.此表基于IEC61634-1修改版1。a 这些值对应于最严重的故障状况,因而没有考虑10%的余量。
3.2 SPD的电压保护水平Up的选择：最大电涌电压，即SPD的最大箝压（Up）加上其两端的引线的感应电压（UL）应与所属系统的基本绝缘水平和设备允许的最大电涌电压相一致，即： Up+UL ≤设备耐冲击过电压水平。无论对远处雷击,直接雷击或操作过电压,均不应大于表2中的Ⅱ类,即对于220/380V电气装置Up值不应大于2.5kV。采用接线形式2（注：见本文第4部分）时,接于相线与PE线之间的SPD的总保护水平也应符合上述要求。
表2 220V/380V三相配电系统的各种设备绝缘耐冲击过电压额定值
注：Ⅰ类-需要将瞬态电压限制到特定水平的设备；Ⅱ类-如家用电器、手提工具及类似负荷；Ⅲ类-如配电盘、断路器、布线系统（包括电缆、母线、分线盒、开关、插座）及应用于工业设备和一些其他设备如永久接至固定装置的固定安装的电动机。Ⅳ类-如电气计量仪表、一次线过流保护设备、波纹控制设备。
3.3 SPD的雷击冲击电流Imp及标称放电电流I n的确定： 确定SPD的雷击冲击电流Imp一般应进行分流计算（计算方法参见防雷规范条文说明第6.4.7条）。当电流值计算无法确定时，其雷击冲击电流不应小于表3中所列指标。
表3 SPD的标称放电电流和雷击冲击电流
保护分级 LPZ0区与LPZ1区交界处 LPZ1与LPZ2、LPZ2与LPZ3区交界处 直流电源标称放电电流（kA）
第二级标称放电电流（kA） 第三级标称放电电流（kA） 第四级标称放电电流（kA）
注1：表中的雷击冲击电流Imp 值规定引自IEC60364-5-534：过电压保护器注2：表中的分类试验的定义见防雷规范附录八。
4．低压电源系统中SPD的选择及安装位置
4.1 信息系统雷击电磁脉冲的防护应按其所处的建筑物条件、信息设备的重要程度、发生雷击事故严重程度等进行雷击风险评估，将信息系统雷击电磁脉冲的防护分为A、B、C、D四级，分别采用相应防护措施：A级：宜在低压系统中采取3-4级SPD进行保护。B级：宜在低压系统中采取2-3级SPD进行保护。C级：宜在低压系统中采取2级SPD进行保护。D级：宜在低压系统中采取1级或以上SPD进行保护。[说明] 风险评估计算方法参见IEC61662：雷击损害风险的评估。4.2 SPD在电源系统中的安装位置如下：（1）在LPZ0A区和 LPZ0B区与LPZ1区交界面处连续穿越的电源线路上应安装符合I级分类试验的SPD，如总电源进线配电柜内、配电变压器的低压侧主配电柜内、引出至本建筑物防直击雷装置保护范围以外的电源线路的配电箱内。（2）在LPZ0B区与LPZ1区交界面处穿越的电源线路上应安装符合Ⅱ级分类试验的SPD，如引出至本建筑物防直击雷装置的保护范围之内的屋顶风机、屋顶广告照明的电源配电箱内。（3）当电源进线处安装的电涌保护器的电压保护水平加上其两端引线的感应电压保护不了该配电箱供电的设备时，应在该级配电箱安装符合Ⅱ级分类试验的SPD，其位置一般设在LPZ1区和LPZ2区交界面处。如：楼层配电箱、计算机中心、电信机房、电梯控制室 、有线电视机房、楼宇自控室、保安监控中心、消防中心、工业自控室、变频设备控制室、医院手术室、监护室及装有电子医疗设备的场所的配电箱内。（4）对于需要将瞬态过电压限制到特定水平的设备（尤其是信息系统设备），应考虑在该设备前安装符合Ⅲ级分类试验的SPD，其位置一般设在LPZ2区和其后续防雷区交界面处。如：计算机设备、信息设备、电子设备及控制设备前或最近的插座箱内。
【结束语】由于雷击发生的时间和地点及雷击强度的随机性，对雷击的防范难度很大，要达到阻止和完全避免雷击的发生时不可能的，所以按照规范要求安装防雷装置和采取防护措施后，尽可能的将雷电灾害降低到最低限度。
【参考文献】：
IEC61024-1：建筑物防雷 第1部分 通则IEC61312-1：雷击电磁脉冲的防护 第1部分 通则IEC61312-2：雷击电磁脉冲的防护 第2部分 建筑物的屏蔽、内部等电位连接及接地IEC61312-3：雷击电磁脉冲的防护 第3部分 浪涌保护器的要求IEC60364-5-534：建筑物的电气装置 第5部分 电气装置的选择与安装
中国航空工业规划设计研究院等编 《工业与民用配电设计手册》中国电力出版社，2005；
《民用建筑電气设计规范》 JGJ 16-2008 中国建筑工业出版社，2008；
《建筑物防雷设计规范》GB 50057-2010 中国计划出版社，2011；
《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB 50343-2004 中国计划出版社，2004；
《全国民用建筑工程设计技术措施 电气》 中国计划出版社，2003；
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。