温州盾开电气有限公司

1　雷电的特性
防雷包括外部防雷和内部防雷。外部防雷以接闪器(避雷针、避雷网、避雷带、避雷线）、引下线、接地装置为主，其主要的功能是为了确保建筑物本体免受直击雷的侵袭，将可能击中建筑物的雷电通过避雷针（带、网、线）、引下线等泄放入大地。内部防雷包括防雷电感应、线路浪涌、地电位反击、雷电波入侵以及电磁与静电感应的措施。其基该方法是采用等电位联结，包括直接连接和通过SPD间接连接，使金属体、设备线路与大地形成一个有条件的等电位体，将因雷击和其他浪涌引起的内部设施分流和感应的雷电流或浪涌电流泄放入大地，从而保护建筑物内人员和设备的安全。
雷电的特点是电压上升非常快（10μs以内），峰值电压高（数万至数百万伏），电流大（几十至几百千安），维持时间较短（几十至几百微秒），传输速度快（以光速传播），能量非常巨大，是浪涌电压中具破坏力的一种。
2　浪涌保护器的分类
SPD是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装置，其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。
2. 1　按工作原理分类
按其工作原理分类，SPD可以分为电压开关型、限压型及组合型。
⑴电压开关型SPD。在没有瞬时过电压时呈现高阻抗，一旦响应雷电瞬时过电压，其阻抗就突变为低阻抗，允许雷电流通过，也被称为"短路开关型SPD"。
⑵限压型SPD。当没有瞬时过电压时，为高阻抗，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，有时被称为"钳压型SPD"。
⑶组合型SPD。由电压开关型组件和限压型组件组合而成，可以显示为电压开关型或限压型或两者兼有的特性，这决定于所加电压的特性。
2.2按用途分类
按其用途分类，SPD可以分为电源线路SPD和信号线路SPD两种。

2.2.1电源线路SPD
由于雷击的能量是非常巨大的，需要通过分级泄放的方法，将雷击能量逐步泄放到大地。在直击雷非防护区（LPZ0A）或在直击雷防护区（LPZ0B）与防护区（LPZ1）交界处，安装通过Ⅰ级分类试验的浪涌保护器或限压型浪涌保护器作为级保护,对直击雷电流进行泄放，或者当电源传输线路遭受直接雷击时，将传导的巨大能量进行泄放。在防护区之后的各分区（包含LPZ1区）交界处安装限压型浪涌保护器，作为二、三级或更高等级保护。第二级保护器是针对前级保护器的残余电压以及区内感应雷击的防护设备，在前级发生较大雷击能量吸收时，仍有一部分对设备或第三级保护器而言是相当巨大的能量，会传导过来，需要第二级保护器进一步吸收。同时，经过级防雷器的传输线路也会感应雷击电磁脉冲辐射。当线路足够长时，感应雷的能量就变得足够大，需要第二级保护器进一步对雷击能量实施泄放。第三级保护器对通过第二级保护器的残余雷击能量进行保护。根据被保护设备的耐压等级，假如两级防雷就可以做到限制电压低于设备的耐压水平，就只需要做两级保护；假如设备的耐压水平较低，可能需要四级甚至更多级的保护。

选择SPD，首先需要了解一些参数及其工作原理。
⑴ 10/350μs波是模拟直击雷的波形，波形能量大； 8/20μs波是模拟雷电感应和雷电传导的波形。
⑵标称放电电流In是指流过SPD、8/20μs电流波的峰值电流。
⑶大放电电流Imax又称为大通流量，指使用8/20μs电流波冲击SPD一次能承受的大放电电流。
⑷大持续耐压Uc(rms）指可连续施加在SPD上的大交流电压有效值或直流电压。
⑸残压Ur指在额定放电电流In下的残压值。
⑹保护电压Up表征SPD限制接线端子间的电压特性参数，其值可从值的列表中选取，应大于限制电压的高值。
⑺电压开关型SPD主要泄放的是10/350μs电流波，限压型SPD主要泄放的是8/20μs电流波。

2.2.2信号线路SPD
信号线路SPD其实就是信号避雷器，安装在信号传输线路中，一般在设备前端，用来保护后续设备，防止雷电波从信号线路涌入损伤设备。
1）电压保护水平（UP）的选择
UP 值不应过被保护设备耐冲击电压额定值，UP 要求SPD 与被保护的设备的绝缘应有良好配合。
在低压供配电系统装置中，设备均应具有一定的耐受电涌能力，即耐冲击过电压能力。当无法获得220/380V 三相系统各种设备的耐冲击过电压值时，可按IEC 60664-1 和GB 50057-1994（2000 版）的给定指标选用。
2）标称放电电流In 的（冲击通流容量）选择
流过SPD、8/20 μs 电流波的峰值电流。用于对SPD 做II 级分类试验，也用于对SPD 做I 级和II 级分类试验的预处理。
事实上，In 是SPD 不发生实质性破坏而能通过规定次数(一般为20 次)、规定波形（8/20 μs）的大限度的冲击电流峰值。
3）大放电电流Imax（极限冲击通流容量）的选择
流过SPD、8/20 μs 电流波的峰值电流，用于II 级分类试验。Imax 与In 有许多相同点，他们都是用8/20 μs 电流波的峰值电流对SPD 做II 级分类试验。不同之处也很明显，Imax 只对SPD 做一次冲击试验，试验后SPD 不发生实质性破坏；而In 可以做20次这样的试验，试验后SPD 也不能有实质性破坏。因此，Imax 是冲击的电流极限值，所以大放电电流也称为极限冲击通流容量。显然，Imax>In。浪涌保护器（Surge protection Device）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.浪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。

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] 。⒈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，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。这种放电间隙的两金属棒之间的距离可按需要调整，结构较简单，其缺点是灭弧性能差。改进型的放电间隙为角型间隙，它的灭弧功能较前者为好，它是靠回路的电动力F作用以及热气流的上升作用而使电弧熄灭的。
⒉气体放电管：
它是由相互离开的一对冷阴板封装在充有一定的惰性气体（Ar）的玻璃管或陶瓷管内组成的。为了提高放电管的触发概率，在放电管内还有助触发剂。这种充气放电管有二极型的，也有三极型的，
气体放电管的技术参数主要有：直流放电电压Udc；冲击放电电压Up（一般情况下Up≈（2～3）Udc；工频耐受电流In；冲击耐受电流Ip；绝缘电阻R（>109Ω）；极间电容（1-5PF）
气体放电管可在直流和交流条件下使用，其所选用的直流放电电压Udc分别如下：在直流条件下使用：Udc≥1.8U0（U0为线路正常工作的直流电压）
在交流条件下使用：U dc≥1.44Un（Un为线路正常工作的交流电压有效值）

⒊压敏电阻：
它是以ZnO为主要成分的金属氧化物半导体非线性电阻，当作用在其两端的电压达到一定数值后，电阻对电压十分敏感。它的工作原理相当于多个半导体P-N的串并联。压敏电阻的特点是非线性特性好（I=CUα中的非线性系数α），通流容量大（～2KA/cm2），常态泄漏电流小（10-7～10-6A），残压低（取决于压敏电阻的工作电压和通流容量），对瞬时过电压响应时间快（～10-8s），无续流。
压敏电阻的技术参数主要有：压敏电压（即开关电压）UN，参考电压Ulma；残压Ures；残压比K（K=Ures/UN）；大通流容量Imax；泄漏电流；响应时间。
压敏电阻的使用条件有：压敏电压：UN≥[（√2×1.2）/0.7]U0（U0为工频电源额定电压）
小参考电压：Ulma≥（1.8～2）Uac （直流条件下使用）
Ulma≥（2.2～2.5）Uac（在交流条件下使用，Uac为交流工作电压）
压敏电阻的大参考电压应由被保护电子设备的耐受电压来确定，应使压敏电阻的残压低于被保护电子设备的而损电压水平，即（Ulma）max≤Ub/K，上式中K为残压比，Ub为被保护设备的而损电压。

⒋抑制二极管：
抑制二极管具有箝位限压功能，它是工作在反向击穿区，由于它具有箝位电压低和动作响应快的优点，特别适合用作多级保护电路中的末几级保护元件。抑制二极管在击穿区内的伏安特性可用下式表示：I=CUα，上式中α为非线性系数，对于齐纳二极管α=7～9，在雪崩二极管α=5～7.
抑制二极管的技术参数
击穿电压，它是指在反向击穿电流（常为lma）下的击穿电压，这于齐纳二极管额定击穿电压一般在2.9V～4.7V范围内，而雪崩二极管的额定击穿电压常在5.6V～200V范围内。
⑵大箝位电压：它是指管子在通过规定波形的大电流时，其两端出现的高电压。
⑶脉冲功率：它是指在规定的电流波形（如10/1000μs）下，管子两端的大箝位电压与管子中电流等值之积。

⑷反向变位电压：它是指管子在反向泄漏区，其两端所能施加的大电压，在此电压下管子不应击穿。此反向变位电压应明显高于被保护电子系统的高运行电压峰值，也即不能在系统正常运行时处于弱导通状态。
⑸大泄漏电流：它是指在反向变位电压作用下，管子中流过的大反向电流。
⑹响应时间：10-11s
⒌扼流线圈：扼流线圈是一个以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件，它由两个尺寸相同，匝数相同的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上，形成一个四端器件，要对于共模信号呈现出大电感具有抑制作用，而对于差模信号呈现出很小的漏电感几乎不起作用。扼流线圈使用在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号（如雷电干扰），而对线路正常传输的差模信号无影响。