浪涌保护器的安装

浪涌保护器的有关知识和安装

电涌保护器（SPD）工作原理和结构

电涌保护器（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.电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。

电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。用于电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。

一、SPD的分类

1、按工作原理分：

1.开关型：其工作原理是当没有瞬时过电压时呈现为高阻抗，但一旦响应雷电瞬时过电压时，其阻抗就突变为低值，允许雷电流通过。用作此类装置时器件有：放电间隙、气体放电管、闸流晶体管等。

2.限压型：其工作原理是当没有瞬时过电压时为高阻扰，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。用作此类装置的器件有：氧化锌、压敏电阻、抑制二极管、雪崩二极管等。

3.分流型或扼流型

分流型：与被保护的设备并联，对雷电脉冲呈现为低阻抗，而对正常工作频率呈现为高阻抗。

扼流型：与被保护的设备串联，对雷电脉冲呈现为高阻抗，而对正常的工作频率呈现为低阻抗。

用作此类装置的器件有：扼流线圈、高通滤波器、低通滤波器、1/4波长短路器等。按用途分：

（1）电源保护器：交流电源保护器、直流电源保护器、开关电源保护器等。

（2）信号保护器：低频信号保护器、高频信号保护器、天馈保护器等。

二、SPD的基本元器件及其工作原理

1.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，其缺点时灭弧性能差。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。

2.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；工频而授电流In；冲击而授电流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）

3.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）；最大通流容量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）

最小参考电压：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）

压敏电阻的最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。

4.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最末几级保护元件。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主要有

（1）额定击穿电压，它是指在指定反向击穿电流（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。

（2）最大箝位电压：它是指管子在通过规定波形的大电流时，其两端出现的最高电压。

（3）脉冲功率：它是指在规定的电流波形（如10/1000μs）下，管子两端的最大箝位电压与管子中电流等值之积。

（4）反向变位电压：它是指管子在反向泄漏区，其两端所能施加的最大电压，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最高运行电压峰值，也即不能在系统正常运行时处于弱导通状态。

（5）最大泄漏电流：它是指在反向变位电压作用下，管子中流过的最大反向电流。（6）响应时间：10-11s

5.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。

这种扼流线圈在制作时应满足以下要求：

1）绕制在线圈磁芯上的导线要相互绝缘，以保证在瞬时过电压作用下线圈的匝间不发生击穿短路。

2）当线圈流过瞬时大电流时，磁芯不要出现饱和。

3）线圈中的磁芯应与线圈绝缘，以防止在瞬时过电压作用下两者之间发生击穿。4）线圈应尽可能绕制单层，这样做可减小线圈的寄生电容，增强线圈对瞬时过电压的而授能力。

6. 1/4波长短路器

1/4波长短路器是根据雷电波的频谱分析和天馈线的驻波理论所制作的微波信号电涌保护器，这种保护器中的金属短路棒长度是根据工作信号频率（如900MHZ或

1800MHZ）的1/4波长的大小来确定的。此并联的短路棒长度对于该工作信号频率来说，其阻抗无穷大，相当于开路，不影响该信号的传输，但对于雷电波来说，由于雷电能量主要分布在n+KHZ以下，此短路棒对于雷电波阻抗很小，相当于短路，雷电能量级被泄放入地。

由于1/4波长短路棒的直径一般为几毫米，因此耐冲击电流性能好，可达到30KA （8/20μs）以上，而且残压很小，此残压主要是由短路棒的自身电感所引起的，其不足之处是工频带较窄，带宽约为2％～20％左右，另一个缺点是不能对天馈设施加直流偏置，使某些应用受到限制。

几种常见的接地方式

在接地保护形式中分三种:TN系统,TT系统,IT系统.

1.TN系统中性点直接接地,并引出有中性线,保护线或保护中性线(顾名思义,中性线和地线合为了一体)属于三相四线制系统,系统有个特点就是,设备不单独接地,只系统接地.根据中性线N与保护线PE是否合并的情况，TN系统又分为TN-C、TN-S及TN-C-S。

a) TN－C系统：L1L2L3+PEN（二者合一）整个系统的中性导体和保护导体是合一的。在TN-C系统中，保护线与中性线合并为PEN线，具有简单、经济的优

点。当发生接地故障时，故障电流大，可采用一般过电流保护电器切断电源，以保证安全。但对于单相负荷或三相不平衡负荷以及有谐波电流负荷的线路，正常PEN线有电

流，其所产生的压降呈现在电气设备的金属外壳和线路金属套管上，这对敏感的电子设备不利。另外，PEN线上的微弱电流在爆炸危险环境也能引起爆炸，因此，我国《爆炸危险环境电力设备设计规范》中明确规定：在1、10区爆炸危险环境中不能采用TN-C 系统。同时由于PEN线在同一建筑物内往往相互有电气连接，当PEN线断线或相线直接与大地短路时，都将呈现相当高的对地故障电压，这时可能扩大事故范围。

b) TN－S系统：L1L2L3+PE（保护线）+N（中性线）整个系统的中性导体和保护导体是分开的。在TN-S系统中，保护线与中性线分开，具有TN-C系统的优点，

但价格较贵。由于正常情况下PE线不通过负荷电流，与PE线相连的电气设备金属外壳不带电位，所以适用于数据处理和精密电子仪器设备的供电，也可用于有爆炸危险的环境中。在民用建筑中，家用电器大都有单独接地极的插头，采用TN-S供电，既方便又安全。但TN-S系统仍不能解决相线对大地适中引起电压升高和对地故障电压的蔓延问题。

c) TN－C－S系统：L1L2L3+前半部PEN，后半部PE+N系统中一部分线路的中性导体和保护导体是合一的。在TN-C-S系统中，PEN线自某点起分为保护线和

中性线，（一般在配电系统）分开以后，N线应对地绝缘。为了防止分开后的PE线与N线混淆，应按国标GB7947-87的规定，给PE线和PEN线涂以黄绿相间的色标，给N线涂以浅蓝色色标。PEN自分开后，PE线与N线不能再合并，否则将丧失分开后形成的TN-S系统的特点。

TN-C-S是广泛采用的配电系统，在工矿企业中，对电位敏感的电气设备往往设置在线路末端，而线路前端大多数为固定设备，因此，到了线路末端改为TN-S系统十分不利。在民用建筑中，电源线路采用TN-C系统，进入建筑物内改为TN-S系统。这种系统，线路结构简单又能保证一定的安全水平。在电源侧的PEN线上难免有一定的电压降，但对工矿企业的固定设备及作为民用建筑的电源线都没有影响，PEN分开后即有专用的保护线，可以确保TN-S所具有的特点。

2. TT系统也属于三相四线制系统,但除了系统接地外,用电设备分别单独接地.

3. IT系统是中性点不接地或经1kΩ阻抗接地,其他用电设备单独接地.通常不引出N线.

术语重复接地

重复接地———在采用保护接零的中性点直接接地系统中，除在中性点作工作接地外，还必须在零线上一处或多处重复接地，保护零线除必须在配电室或总配电箱处作重复接地外，还必须在配电线路的中间和末端处重复接地。即在施工现场内，重复接地装置不应少于三处，每一处重复接地装置的接地电阻值应不大于１０Ω。

重复接地的作用在有重复接地的低压供电系统中，当发生接地短路时在低压电网已作了工作接地时，应采用保护接零，不应采用保护接地。因为用电设备发生碰壳故障时，

1、采用保护接地时，故障点电流太小，对1.5kW以上的动力设备不能使熔断器快速熔断，设备外壳将长时间有110V的危险电压；而保护接零能获取大的短路电流，保证熔断器快速熔断，避免触电事故。

2、每台用电设备采用保护接地，其阻值达4Ω，需要一定数量的钢材打入地下费工费材料，而采用保护接零敷设的零线可以多次周转使用，从经济上也是比较合理的。

但是在同一个电网内，不允许一部分用电设备采用保护接地，而另外一部分设备采用保护接零，这样是相当危险的，如果采用保护接地的设备发生漏电碰壳时，将会导致采用保护接零的设备外壳同时带电。

浪涌保护器的安装方法

1．选型指引

浪涌保护器（SPD）的选择一般有如下几步：

（1）根据不同的电源制式及现场的实际情况选择UC值；

（2）根据SPD的保护距离确定其安装位置；

（3）安装的SPD在正常情况下不会对设备产生故障，故障情况下不会对设备产生干扰；（4）根据SPD的具体安装位置和被保护设备的电压耐受水平选择合适的SPD；

（5）考虑各级SPD之间的能量配合。

浪涌保护器安装规则

1. 尽可能安装在建筑物入口处。

2. 应尽量靠近被保护设备。

3. SPD的连接线尽可能短和直。

4. 在入口处安装一个SPD1后，第二个 SPD2应靠近设备安装。

5. Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类试验的SPD可用于入口处，Ⅱ、Ⅲ类试验的SPD可用于安装在靠近设备处。

6. SPD安装在雷电防护区（LPZ）的交界处。

电源线路浪涌保护器（SPD）的安装应符合下列规定：

1电源线路的各级浪涌保护器（SPD）应分别安装在被保护设备电源线路的前端，浪涌保护器各接线端应分别与配电箱内线路的同名端相线连接。浪涌保护器的接地端与配电箱的保护接地线（PE）接地端子板连接，配电箱接地端子板应与所处防雷区的等电位接地端子板连接。各级浪涌保护器（SPD）连接导线应平直，其长度不宜超过0.5m。

2带有接线端子的电源线路浪涌保护器应采用压接；带有接线柱的浪涌保护器宜采用线鼻子与接线柱连接。

3浪涌保护器（SPD）的连接导线最小截面积宜符合下表的规定。

避雷器连接导线应平直，其长度不宜大于0.5m。当电压开关型浪涌保护器至限压型浪涌保护器之间的线路长度小于10m、限压型浪涌保护器之间的线路长度小于5m时，在两级浪涌保护器之间应加装退耦装置。当浪涌保护器具有能量自动配合功能时，浪涌保护器之间的线路长度不受限制。

浪涌保护器（SPD）连接导线最小截面积导线截面（mm2）

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保护级别*SPD 的类型*SPD 连接相线铜导线*SPD 接地端连接铜导线

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一级开关型或限压

型16 25

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第二级限压

型10 16

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第三级限压

型 6 10

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第四级限压

型 4 6

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注：混合型SPD 参照相应保护级别的截面积选择。

天馈线路浪涌保护器（SPD）的安装应符合下列规定：

1天馈线路浪涌保护器SPD应串接于天馈线与被保护设备之间，宜安装在机房内设备附近或机架上，也可以直接连接在设备馈线接口上。

2天馈线路浪涌保护器SPD的接地端应采用截面积不小于6mm2的铜芯导线就近连接到直击雷非防护区（LPZ0A）或直击雷防护区（LPZ0B）与第一防护区（LPZ1）交界处的等电位接地端子板上，接地线应平直。

信号线路浪涌保护器（SPD）的安装应符合下列规定：

1信号线路浪涌保护器SPD应连接在被保护设备的信号端口上。浪涌保护器SPD 输出端与被保护设备的端口相连。浪涌保护器SPD也可以安装在机柜内，固定在设备机架上或附近支撑物上。

2信号线路浪涌保护器SPD接地端宜采用截面积不小于1.5mm2的铜芯导线与设备机房内局部等电位接地端子板连接，接地线应平直。3

3浪涌保护器SPD应安装牢固，其位置及布线正确。

浪涌保护器的检查要求

基本要求

1应使用经国家认可的检测实验室检测,符合GB18802.1和GB/T18802.21标准的产品。

2原则上SPD和等电位连接位置应在各防雷区的交界处，但当线路能承受预

期的电涌电压时，SPD可安装在被保护设备处。

3必须能承受预期通过它们的雷电流，并具有通过电涌时的电压保护水平和有熄灭工频续流的能力。

当电源采用TN系统时，从总配电盘(箱)开始引出的配电线路和分支线路必须采用TN-S系统。选择220/380V三相系统中的电涌保护器，Uc值应符合本标准下表的规定。

选择电子系统中信息技术设备信号电涌保护器，Uc值一般应高于系统运行时信号线上的最高工作电压的1.2倍，下表提供了常见电子系统的参考值。

SPD两端的连线应符合本标准连接导线的最小截面要求，SPD两端的引线长度不宜超过0.5m。SPD应安装牢固。

低压配电系统对SPD的要求

1 电源SPD的Up应低于被倮护设各的耐冲击过电压额定值Uw，一般应加上⒛%的安

低于0.8倍的Uw。Uw值可参见下表。△U为SPD两全裕量，即有效的电压保护水平U

PCD

端引线上产生的电压，一般取1kV/m(8/20us20kA时)。

2 当被保护设备的Uw与U

O

(ΔU)的关系满足5.8.1.2.1时，被保护设各前端可只加一级SPD，否则应增加SPD2乃至SPD3，直至满足5.8.1.2.1规定为止。

电源SPD的布置

1 在LPZO

A 或LPZO

B

区与LPZl区交界处，在从室外引来的线路上安装的SPD应选用

符合I级分类试验的浪涌保护器，其Iimp值可按GB50057规定的方法选取。

当难于计算时，可按GB16895.22的规定，当建筑物已安装了防直击雷装置，或与其有电气连接的相邻建筑物安装了防直击雷装置时，每一相线和中性线对PE之间SPD 的冲击电流Iimp值不应小于12.5Ka；采用3+1形式时，中性线与PE线间不宜小于50kA(10/35Ous)。对多极SPD，总放电电流I

Toal

不宜小于50kA(10/35Ous)。当进线完全

在LPZO

B

或雷击建筑物和雷击与建筑物连接的电力线或通信线上的失效风险可以忽略时,采用In测试的SPD(Ⅱ类试验的SPD)。

注:当雷击类型为S3型时，架空线使用金属材料杆(含钢筋混凝土杆)并采取接地措施时和雷击类型为S4型时，SPD1可选用Ⅱ级和Ⅲ级分类试验的产品，In值不应小于5kA。

2 在LPZl区与LPZ2区交界处，分配电盘处或UPS前端宜安装第二级SPD。其标称放电电流Ⅰn不宜小于5kA(8/20us)。

3 在重要的终端设备或精密敏感设备处，宜安装第三级SPD，其标称放电电流Ⅰn 值不宜小于3kA(8/20us)。

4 当在线路上多处安装SPD时，SPD之间的线路长度应按试验数据采用；若无此试验数据时，电压开关型SPD与限压型SPD之间的线路长度不宜小于10m，若小于10m应加装退耦元件。限压型SPD之间的线路长度不宜小于5m，若小于5m应加装退耦元件。

5 安装在电路上的SPD，其前端应有后备保护装置过电流保护器。如使用熔断器，其值应与主电路上的熔断电流值相配合。即应当根据电涌保护器(SPD)产品手册中推荐的过电流保护器的最大额定值选择。如果额定值大于或等于主电路中的过电流保护器时，则可省去。

6 SPD如有通过声、光报警或遥信功能的状态指示器，应检查SPD的运行状态和指示器的功能。

7 连接导体应符合相线采用黄、绿、红色，中性线用浅蓝色，保护线用绿/黄双色线的要求。

电信和信号网络SPD的布置

1 连接于电信和信号网络的SPD其电压保护水平Up和通过的电流Ip应低于被保护的信息技术设备(ITE)的耐受水平。

2 在LPZ0

A 区或LPZO

B

区与LPZ1区交界处应选用Ⅰimp值为0.5 kA～2.5kA(1o/350us

或10/250us)的SPD或4kV(10/700us)的SPD；在LPZ1区与LPZ2区交界处应选用Uoc 值为0.5kV～10kV(1.2/50us)的SPD或0.25kA～5kA(8/2o us)的SPD；在LPZ2区与LPZ3区交界处应选用0.5kV～1kV(1.2/50us)的SPD或0.25kA～0.5kA(8/20us)的SPD。

3 网络入口处通信系统的SPD，尚应满足系统传输特性，如比特差错率(BER)、带宽、频率、允许的最大衰减和阻抗等。对用户的IT系统，应满足BER、近端交扰(NEXT)、允许的最大衰减和阻抗等。对有线电视系统，应满足带宽、回波损耗、450Hz时允许最大衰减和阻抗等特性参数。

4 信号电涌保护器(SPD)原则上应设置在金属线缆进出建筑物(机房)的防雷区界面处，但由于工艺要求或其他原因，受保护设各的安装位置不会正好设在防雷区界面处，在这种情况下，当线路能承受所发生的电涌电压时，也可将信号电涌保护器(SPD)安装在保护设备端口处。信号电涌保护器(SPD)与被保护设备的等电位连接导体的长度应尽可能短，以减少电感电压降对电压保护水平的影响。导线连接过渡电阻应不大于 0.03Ω。

SPD的检查

1 用N-PE环路电阻测试仪。测试从总配电盘(箱)引出的分支线路上的中性线(N)与保护线(PE)之间的阻值，确认线路为TN-C或TN-C-S或TN-S或TT或IT系统。

2 检查并记录各级SPD的安装位置，安装数量、型号、主要性能参数(如Uc、In、Ⅰmax、Ⅰimp、Up等)和安装工艺(连接导体的材质和导线截面，连接导线的色标，连接牢固程度)。

3 对SPD进行外观检查：SPD的表面应平整，光洁，无划伤，无裂痕和烧灼痕或变形。SPD的标志应完整和清晰。

4检查SPD是否具有状态指示器。如有,则需确认状态指示应与生产厂说明相一致。

5 检查安装在电路上的SPD限压元件前端是否有脱离器。如SPD无内置脱离器,则检查是否有过电流保护器

6 检查安装在配电系统中的SPD的Uc值应符合上表的规定要求。

7 检查SPD安装工艺和接地线与等电位连接带之间的过渡电阻。

电源SPD的测试

1 SPD运行期间，会因长时间工作或因处在恶劣环境中而老化，也可能因受雷击电涌而引起性能下降、失效等故障。因此需定期进行检查。如测试结果表明SPD劣化，或状态指示指出SPD失效，应及时更换。

2 泄漏电流Iie的测试

除电压开关型外，SPD在并联接人电网后都会有微安级的电流通过，如果此值偏大，说明SPD性能劣化，应及时更换。可使用防雷元件测试仪或泄漏电流测试表对限压型SPD 的Iie值进行静态试验。规定在0.75U1mA下测试。

首先应取下可插拔式SPD的模块或将线路上两端连线拆除，多组SPD应按图所示连接逐一进行测试。测试仪器使用方法见仪器使用说明书。

图2 多组SPD逐一测试示意图

合格判定：当实测值大于生产厂标称的最大值时，判定为不合格，如生产厂未标定出Iie值时，一般不应大于20uA。

注：SPD泄漏电流在线测试方法在研究中，一般认为由于存在阻性电流和容性电流，其值应在1mA级范围内。

3 直流参考电压(U1mA)的测试

a) 本试验仅适用于以金属氧化物压敏电阻(MOV)为限压元件且无其他并联元件的

SPD。主要测量在MOV通过lmA直流电流时，其两端的电压值。

b) 将SPD的可插拔模块取下测试，按测试仪器说明书连接进行测试。如SPD为一件

多组并联，应用图2所示方法测试，SPD上有其他并联元件时，测试时不对其接通。

c) 将测试仪器的输出电压值按仪器使用说明及试品的标称值选定，并逐渐提高，直

至测到通过1mA直流时的压敏电压。

d) 对内部带有滤波或限流元件的SPD，应不带滤波器或限流元件进行测试。

注:带滤波或限流元件的SPD测试方法在研究中。

e) 合格判定：当U1mA值不低于交流电路中U。值1.86倍时,在直流电路中为直流电压1.33至1.6倍时，在脉冲电路中为脉冲初始峰值电压1.4至2.0倍时，可判定为合格。也可与生产厂提供的允许公差范围表对比判定。

防雷装置检测原始记录表

电涌保护器(SPD)检测表

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