1、電涌保護器SPD應用常識隨著國民經濟的不斷發展，現代化水平的快速提高，在信息化帶動工業化的指引下，各類信息設備、電子計算機、精密儀器、數據網絡設備的應用越來越廣泛，此類設備一般工作電壓低、耐壓水平低、敏感性高、抗干擾能力低，因而極易受到雷電電流脈沖的危害。每年都給人類造成巨大的直接經濟損失。而因重要設備損壞使網絡陷入癱瘓而造成的間接損失更是驚人，已引起國內相關領域對此類系統加強保護的高度重視。近年來，“SPD”這個名詞已越來越多地被專業研究、產品制造及工程設計的人們所提到。作為雷電防護裝置體系中的重要組成部分，“SPD”已被廣泛用于郵電通訊、廣播電視、金融證券、保險、電力、鐵道、交通、機場、石

2、化、市政建設等各個行業。可以毫不夸張地說，凡是裝有IT設備的場所，就有應用SPD的必須。那么SPD究竟是一種什么產品呢？SPD有哪些功能呢？SPD是如何選擇應用的呢？在這里我們著手用盡可能通俗的語言向各位介紹一些有關SPD產品的基礎知識。希望對那些尚未接觸過SPD或對SPD知之甚少而又想掌握SPD知識，并進而使用SPD產品的讀者有所收益。一、 什么是SPD（SPD介述）SPD這一名詞英語全稱是surge protectiye device其譯意為電涌保護器，是限制雷電反擊、侵入波、雷電感應和操作過電壓而產生的瞬時過電壓和泄放電涌電流（沿線路傳送的電流、電壓或功率的暫態波。其特性是先快速上升后緩

3、慢下降）的器件。一端口SPD與被保護電路并聯，能分開輸入和輸出端，在這些端子之間設有特殊的串聯阻抗；二端口SPD有兩組輸入和輸出端子，在這些端子之間有特殊的串聯阻抗；電壓開關型SPD在沒有電涌時具有高阻抗，有電涌電壓時能立即變成低阻抗，電壓開關型SPD常用的元件有放電間隙、氣體放電管、閘流管（硅可控整流器）和三端雙向可控硅開關元件。這類SPD有時也稱“短路型SPD”；電壓限制型SPD在沒有電涌時具有高阻抗但隨著電涌電流和電壓的上升其阻抗將持續地減小。常用的非線性元件有壓敏電阻和抑制二極管，這類SPD有時也稱為“箝位型SPD”；復合型SPD是由電壓開關型元件和電壓限制型元件組成的，其特性隨所加電

4、壓的特性可以表現為電壓開關型、電壓限制型或兩者皆有。無限流元件的SPD在信息線路中的使用只有一個或數個用于限制過電壓的元件，而無限流元件；有限流元件的SPD在信息線路中使用既有限制過電壓的元件，又有限流元件。SPD限壓元件可分為電壓開關型和限壓型SPD需通過I、和級分類試驗。SPD有戶內型、戶外型、易觸及的、不易觸及的（碰不到的）。固定安裝方式及移動式的。二、   應用SPD抑制異常過電壓的種類通常將超過設計規定的正常工作電壓上限值的電壓稱為“異常過電壓”簡稱“過電壓”。它是SPD的工作對象，如果沒有過電壓也就沒有SPD的生存價值了。因此要了解SPD就必須對過電壓有個基本了

5、解。過電壓將對電氣或電子裝置中的電路、元器件造成直接破壞，這種破壞依據其嚴重程度大至可分為以下四種情況。1、使設備、裝置短時間工作錯亂。2、造成潛故障，使得電路和器件的性能下降，壽命縮短，提前失效。3、造成電路或器件的永久性損壞。4、導致起火、觸電等安全事故。異常過電壓可能是外來的，也可能是設備、裝置內部自生的。外侵過電壓的侵入途徑，可以通過導線、電路、管道傳導進入；也可以通過靜電感應、電磁感應侵入。過電壓的出現可能是有規律性的、周期性的。但更多的則是隨機的。因此在大多數情況下，很難準確在把握它，異常過電壓依據其成因的不同，可以分為雷擊過電壓、操作過電壓、靜電和暫態過電壓等。下面作分類介紹：1

6、)雷擊過電壓：雷云直接對設備、裝置放電時，設備裝置所承受的是“直擊雷過電壓”，這種情況發生概率少，而通常所說的雷擊過電壓是指“感應過電壓”。當雷擊對地面某一點放電時，通常在它周圍方園1.5km范圍內的導線、導體中都會有一定幅值的瞬態電壓產生。而產生這種沖擊電壓的主要機理如下：雷云對附近地面的物體放電，或在附近云層中放電，產生的電磁場   會在供電系統的線路導體中產生感應電壓。附近云地之間放電所產生的入地電流。耦合到接地網的公共接地阻抗上，在接地網的長度和寬度方向上產生電壓差。若雷擊時，變壓器一次側的的避雷器動作，一次側電壓快速跌落。這種快速跌落通過變壓器的電容耦合傳送到二次

7、側。迭加在通過正常變壓器耦合的電壓上，形成二次側沖擊電壓。雷電直接擊中高壓一次側線路，向一次側線路注入極大的電流，這種大電流流過接地電阻或一次側導體的沖擊阻抗。都會產生高電壓，一次側的這種高電壓又可通過電容耦合和正常的變壓器耦合，在低壓交流電源線路中出現。雷電直接擊中二次側線路，極大的電流和由這種電流所產生的極高電壓遠遠超過設備本身和接在二次側線路中的保護器件的承受能力。為模擬雷電沖擊，國際上規定“1.2/50”電壓波為標準雷電壓波（其波前時間為1.2s，波尾下降到半峰值的時間為50s。）“10/350”電流波為半徑傳導衰減的雷電流波；“8/20”電流波為經傳導衰減的感應雷電流波。雷電沖擊波的

8、特點持續時間短，但峰值高。2)操作過電壓是指電路中的斷路器、隔離開關、繼電器、可控硅開關等通斷轉接時，在系統電路中、電路對地以及開關兩端所產生的過電壓。產生操作過電壓的原因是由于線路及其中的元器件都帶有電感和電容，儲存在電感中的磁能和儲存在電容中的靜電場能量，在電路狀態突變時產生的能量轉換，過渡的振蕩過程，由振蕩而出現過電壓。操作過電壓的持續時間比雷擊過電壓長，比暫態過電壓短，在數百微秒到100mS之間，并且衰減很快。3)眾所周知，在天氣干燥的冬天，人體與衣服間的磨擦會使人體帶電，當帶電的人與電子產品接觸時，就會對電子產品（如手機）放電，這是一種典型的靜電放電，靜電放電的特點是電壓很高，但時間

9、很短，為納秒級。IEC61000-4-2規定的模擬接觸靜電放電的電壓，等級為2kv8kv，相應的電流峰值為（7.530）A。4)暫態過電壓是指當電力系統發生接地故障，切斷負荷或諧振時所產生的相-地，或相-相間的電壓升高，它的特點是持續時間比較長（0.1S60S，與系統的保護方式有關）。暫態過電壓的幅值隨供電系統的接地方式而異，接地電阻大的系統，暫態過電壓倍數就大。表3.1給出了一組供電系統內部過電壓倍數K的統計數字。過電壓倍數K的定義是內部過電壓的峰值與系統的最高運行相電壓峰值之比。表3.1 供電系統內部過電壓倍數K暫態過電壓     

10、0;               操作過電壓過電壓名稱     K             過電壓名稱       K單相接地故障 1.11.3   切斷電感性負載     14.

11、0甩負荷     1.21.3     合閘空載線路(包括重合閘)   13.5電弧接地     13.5               切斷空載線路       13.5諧振     13.5  &#

12、160;              合空載變壓器     12.0此外，在實用中，還可能碰到所謂“錯電”事故，即設計用于110V電源的設備錯誤地接入220V的系統中，或設計用于220V電源的設備錯誤地加上380V電壓等，這樣所引起的過電壓，不僅是接入電壓的峰值，還有過渡過程的震蕩性電壓。總之，異常過電壓成因復雜，持續時間和電壓、電流的強度差異極大，因此防護異常過電壓有時是個復雜而困難的任務。一般來說壓敏電阻器是防護持續時間較短

13、的靜電，雷擊過電壓和操作過電壓的“瞬態”過電壓保護器，對于持續時間較長的暫態過電壓只能用熔斷器，斷路器等器件來防護。三、   SPD產品的主要術語定義SPD產品的術語很多，其中主要有以下幾個術語較常用1、標稱放電電流In：流過SPD具有8/20波形的電流峰值。用于級試驗的SPD分級以及I級、級試驗的SPD的預處理試驗。2、最大放電電流Imax：流過SPD具有8/20波形電流的峰值，其值按級動作負載的程序確定。Imax大于In .3、沖擊電流Iimp：由電流峰值Ipeak和電荷量Q確定，其試驗應根據動作負載試驗的程序進行，是用于I級試驗的SPD分類試驗。4、最大持續工作電壓U

14、c：允許持久施加在SPD上的最大交流電壓有效值或直流電壓。5、電壓保護水平Up：表征SPD限制接線端子間電壓的性能參數，其值可從優選值的列表中選擇，該值應大于限制電壓的最高值。6、限制電壓：施加規定波形和幅值的沖擊電壓時，在SPD接線端間測得的最大電壓峰值。7、殘壓：放電電流流過SPD時，在其端子間的電壓峰值。8、SPD的脫離器：當SPD失效時，把SPD從電源系統斷開所需的裝置。9、持續運行電流：在對SPD加上Uc時，流入SPD保護元件的電流和流入與其并聯的內部電路的電流之和。10、續流If：當SPD放電動作剛結束瞬間，流過SPD的由供電電源提供的工頻電流。11、插入損耗：在特定的頻率下，連接

15、到給定供電系統的SPD插入損耗是指試驗時，插入SPD之前和以后，出現在橫跨干線緊靠插入點之后的電壓比，對信息線路用SPD而言，插入損耗是在傳輸系統中接入SPD前后傳輸系統的功率之比值。用dB（分貝）表示。12、比特差錯率BER：在一給定的時間內，信息傳輸系統中不正確地傳輸比特數與總傳輸比特數之比。13、SPD的頻率范圍fG：連接至信號線路的SPD在接入線路后，能產生能量損耗，規定在3dB的插入損耗下，取起始頻率至截止頻率為用于信號線路SPD的頻率范圍。14、SPD的數據傳輸速率bPS：用于信息線路的SPD在接入網絡系統后應不影響系統傳出的上限數據傳輸速率，用1s內傳輸比特值bPS表示，即bPS

16、/S。15、回波損耗AR：在高頻工作條件下，前向波在SPD插入點產生反射的能量比，它是衡量SPD與被保護系統的波阻抗匹配程度的一個參數。AR是反射系數倒數的一個模量，單位為分貝（dB）。當阻抗可確定時，可從下列公式確定AR：AR=20×lgMOD(Z1+Z2)/( Z1- Z2)式中：Z1：阻抗不連續點之前傳輸線的特性阻抗或源阻抗。        Z2：不連續點之后的特性阻抗或從源和負載間的結合點所測到的負載阻抗。MOD是阻抗模的計算。16、近端交擾NEXT：交擾在干擾通道中的傳播方向與電流在干擾通道中的傳播方向相

17、反。持續近端交擾的干擾通道端口通常與干擾通道的供能端接近或重合。17、I級分類試驗：對試品進行標稱放電電流In，1.2/50s沖擊電壓和最大沖擊電流Iimp的試驗，Iimp的波形為10/350s。18、級分類試驗：對試品進行標稱放電電流In，1.2/50s沖擊電壓和最大放電電流Imax的試驗。Imax的波形為8/20s。19、級分類試驗：對試品進行混合波（1.2/50s，8/20s）試驗。注：IEC61643-1序言中指出：I級分類試驗用于模擬導入的部分雷電流沖擊，經I級分類試驗的SPD一般建議安裝在暴露處，如裝有防雷裝置的建筑物入戶處，級和級分類試驗用于承受持續時間短的雷擊電磁脈沖，此類SP

18、D一般安裝在較少暴露處。四、低壓配電系統SPD的選擇應用現在的防雷工程技術已進入一個新時期，要考慮雷電的各種物理特性和作用而實施。強大的閃電產生的靜電場變化、磁場變化和電磁輻射，在一定范圍內造成許多微電子設備的損壞。從前的防雷概念局限于沿著閃電電流或者閃電電壓波傳輸的一維通道來考慮，但到了20世紀80年代以后則不同了，閃電在一維通道四周的三維空間產生危害。因此防雷工程必須從三維空間來設防。這是一種全新的思維，原來以為一個雷擊被避雷針引入大地就達到了防雷的需要，不會出現雷災。可是在幾公里空間范圍內仍有許多單位出現雷災，甚至損失嚴重。這是因為，現今的各種電氣和電子產品不得不在嚴重污染的電磁環境中工

19、作。這種污染來自雷電、電氣系統操作及故障，還有靜電。它們所產生的異常高電壓對信息技術產品的危害尤其嚴重。因為這類產品中大量使用著各種集成電路（IC）,其中元器件的尺寸，導線之間的間距只有幾微米，甚至小于1m。因此作用在它們上面的沖擊電壓只要稍微比設計值高一點就能使它們損壞。而這種損壞所造成的損失主要不在設備本身，而是因這些信息技術設備停止工作或工作錯亂所造成的間接損失。例如一臺銀行電腦的電源板被雷擊感應電壓打壞，更換其中損壞的元件可能只是百元左右，但由于停機或內存資料丟失所造成的損失則無法計算。所以對于現代電子設備，特別是信息技術產品，防護異常過電壓是個必須認真解決，絲毫不能馬虎的課題。簡單而草率地將SPD裝置在各種線路中并不意味著就是最優的保護方案，只有正確地選擇、配置、安裝才能使SPD達到預期的效果，使保護方案成功地付諸實施。SPD正常發揮效用的前提是將浪涌電壓而引起的浪涌電流以最短的途徑通過等電位系統接地。電源線、信號線、金屬管道等都要通過等電位連接導體或電涌保護器進行等電位連接，各個局部等電位連接排互相連接。并最后與主等電位連接排相連。根據感應原理，電感量越大瞬間電流在電路中產生的電壓越高。V=L·di/dt。而電感量主要與導線長度有關，而和導線截面關系不大。因此應使導線盡可能地短，盡量做到在需保護的區域內，所有導電部件都可認為是有接近相等的電位，因