1概述1.1作為SPD的幾個基本條件作為SPD，其本身應滿足如下幾個基本條件：1）能承受預期通過的電流；2）通過電流時的最大箝壓（電壓保護水平或殘壓)應小于設備的耐壓（即有理想的伏秒特性）；3）SPD應具有較強的絕緣強度自恢復能力。由于雷電過電壓持續的時間很短，當SPD兩端過電壓消失后，系統正常運行電壓繼續作用在SPD的兩端，在這一正常運行電壓的作用下，處于導通狀態下SPD中繼續流過工頻接地電流，該電流稱為工頻續流。SPD必須在雷電過電壓消失后工頻續流的第一次過零時自行切斷。否則SPD繼續維持導通狀態，系統無法恢復正常運行。4）對系統的正常運行的影響應很小（即SPD的寄生電容應很小，泄漏電流應非常小）。11.2SPD的設置應考慮的基本因素由于過程控制系統有數量龐大的I/O點，考慮到用戶的經濟承受能力，不可能也沒有必要在所有的I/O點上裝設SPD。所以一般考慮的基本因素是：

a.雷電電磁脈沖的防護等級；b.被保護設備/系統的重要性、雷擊可能造成的經濟損失和電涌保護投資的比較。對擴建和改建裝置，如果接地系統、電纜類型和不同線路的安裝條件已被確定，使用SPD是保護設備的唯一可行的方法。（引自“IEC62305”）

21.3SPD的分類試驗等級對控制系統，所選用的SPD，除直擊雷嚴重的地點采用適當容量的I級分類試驗（10/350μs）的SPD，其沖擊試驗分類均相對于Ⅱ級分類試驗（8/20μs的電流波形和1.2/50μs的電壓波形）或Ⅲ級分類試驗（8/20μs的短路電流波形和1.2/50μs的開路電壓波形的混合波）。下面圖中：Q——電荷量（[電流A][時間S]）；

W/R——比能量，雷電流在一個單位電阻中所耗散的能量。它是雷電流的平方在雷擊閃絡持續時間內對時間的積分。3

I =電流峰值T1 =波前時間T2 =半值時間i50%90%10%T1T2It測試雷電電流的比較(kA)i200μs350μs600μs800μs1000μst (μs)180μs20kA40kA60kA80kA100kA50kA23

1

2

3波形（μs） 10/350 8/80 8/20imax.kA 100 100 5QAs 50 10 0.1W/RJ/ 2.5·106 5·105 0,4·103標準 IEC61024-1-1 DINVDE DINVDE 0675T.6,E 0432T.241.4在配置SPD時，應考慮的主要參數選擇：a.最大持續運行電壓Uc；b.標稱放電電流In；c.電壓保護水平Up；d.響應時間（一般應小于25ns

）。5火花間隙、壓敏電阻與二極管之間的比較火花間隙壓敏電阻鉗位二極管漏電流無小小寄生電容小大大續流有無無老化現象有有幾乎沒有響應時間慢(1us)較快(1ns)快(幾十ps)損壞形式短路或開路短路或開路短路或開路通流容量大(1kA-100kA)大(0.1kA-100kA)較小(0.1kA-1kA)抗干擾能力較強強弱箝位電壓水平放電電壓高中等低62交流低壓電源系統SPD的應用2.1交流電源回路的應用環境根據交流電源回路的應用環境，存在著很大的差別：1）對于那些高度暴露的環境（如變壓器露天放置、從變壓器到配電室的室外距離又較長），由于處在直擊雷的威脅下，空間的電磁場強度很大，電源回路上可能出現的浪涌高達80kA以上；2）而包括變壓器等設施在建筑物內的的供電系統，由于周圍已采取了防直擊雷措施，因而空間的電磁場強度已經大大降低，供電回路上可能出現的浪涌為20-40kA，甚至更低。對于非常重要的用戶可以在總配電柜、分配電柜、控制系統供電箱實施三級浪涌保護。72.2用電設備的浪涌抗擾度控制系統的用電設備包括：UPS；穩壓器；隔離變壓器；直流電源裝置等。其浪涌抗擾度（以絕緣沖擊耐受電壓或耐沖擊過電壓水平表示）應由制造商提供。當制造商沒有提供數據時，根據GB50057，對220/380V三相系統各設備沖擊耐受電壓額定值規定如下表所示。

8控制系統的用電設備相當于表中的控制室供電箱，所以浪涌抗

擾度規定為2.5kV（1.2/50μs），但UPS可按1.5kV考慮。設備位置總配電柜分配電柜控制室供電箱特殊需要保護的設備耐沖擊過電壓類別ⅣⅢⅡⅠ耐沖擊電壓額定值（kV)642.51.592.3TN-S制配電系統中的SPD的安裝方式單級的SPD防護有兩大缺點：過大的雷電流而出現的損害概率高；殘壓正比于雷電流，所以單級SPD會產生高殘壓。所以在配電系統中，在同一條線路上往往配置多級SPD。但此時應檢查級間的能量配合和動作時間的配合。10SPD在TN-S系統中的應用實例WhLEBBlsPEN11TN-S制三相電路的某一級SPD的設置12進控制室配電箱的交流電源為TN-S制三相220/380V系統時，供電系統中的SPD宜裝在主電路空氣開關和熔斷器的負荷側。SPD采用共模接法，即在三根相線和PE線之間，各自安裝一個過電流保護器和一個SPD，另在中性線和PE線之間安裝一個SPD（見上圖）。

進控制室配電柜的交流電源為TN-S制的單相220V系統時，SPD采用全保護模式，即在相線和PE線、相線和N線之間，各自安裝一個過電流保護器和一個SPD，另在中性線和PE線之間安裝一個SPD（見下圖）。

13TN-S制單相電路的SPD設置142.4過電流保護器的功能1）在SPD支路上安裝過電流保護器以防止SPD在承受長時間的過電壓后因過熱而引起SPD的損壞，從而導致SPD支路的短路起火。在SPD支路上安裝的過電流保護器不應在SPD允許通過的最大雷電流下斷開，但應能斷開該點的工頻短路電流。一般供應的熔斷器沒有沖擊電流下的動作特性數據，這給匹配帶來了困難。因此推薦采用空氣開關。空氣開關如選延遲型C型脫扣曲線即有足夠的延時躲開沖擊電流的作用而保證在雷電流下不斷開。2）過電流保護器應與主電路的過電流保護器滿足級間配合要求。

152.5控制室供電箱SPD的參數選擇

總配電柜和分配電柜的SPD屬電氣專業設計。這里僅討論控制室供電箱的SPD。A.最大持續運行電壓UC的選擇

Uc值與產品的使用壽命、電壓保護水平有關。Uc選高了，壽命長了，但電壓保護水平，即SPD的殘壓也相應提高，故要綜合考慮。

對TN-S系統，Uc>1.55U0（U0——最大工作電壓）

SPD的事故許多是由于Uc數值選得不夠高。因此建議取為1.55。如有可能，在不影響電壓保護水平要求的條件下，甚至可以取1.73-2。16B.標稱放電電流In的計算

1）雷電流的分配根據IEC61312-1：1995有關條文的規定，全部的雷電流I（10/350μs）的50%流入外部防雷裝置的接地裝置，還有50%分配流入各種外來導電物，電力線、信號線、通信線等。如果只考慮TN-S三相五線制供電線路，即還有50%分配流入三相五線制的五根線中。17分雷電流的形成引外系統分雷電流（系統電流）建筑物100%雷電流接地系統50%雷電流導體電流2.5%分雷電流10%分雷電流10%分雷電流10%分雷電流10%18雷電流分配實例100kA100kA200kA75kA25kA建筑物外部LPS系統25kA/每相25kA/每相100kA變壓器

19直擊雷保護系統下的分雷電流氣水PSC通信MCR100kA100kA20kA20kA20kA20kA20kA200kA20雷擊電流的參數首次雷擊防護等級雷電流參數符號單位ABCD峰值電流IkA200150100電荷量QshortC1007550單位能量W/RkJ/W10.0005.6252.500時間參數T1/T2μs/μs10/350后續短時雷擊防護等級雷電流參數符號單位ABCD峰值電流IkA5037,525平均陡度di/dtkA/μs200150100時間參數T1/T2μs/μs0,25/100長時間雷擊防護等級雷電流參數符號單位ABCD電荷量QlangC200150100時間參數Tlangs0,5放電量防護等級雷電流參數符號單位ABCD電荷量QBlitzC30022515021

保護等級 峰值電流（kA）

A 200

B 150

C、D 100Lit.:IEC61024-1-1Rst?E=?·Rstit算例:?E=100kA·1=100kV

?S88e10/350

μs波形沖擊接地電阻上的電壓降221）如果防護等級為A級，相對于10/350μs波形供電線路中每線荷載的雷電流為

Im=200×50%/5=20kA2）將20kA,10/350μs波形化為8/20μs波形根據IEC61312，計算單位能量W/R的公式為：

W/R=（1/2）×（1/0.7）×I2×T2（J/Ω）式中：I---雷電威脅值，kA；

T2---雷電波的半值時間，μs。在單位能量W/R相同的情況下，由上式可得

I（20）=I（350）×[T2（350）/T2（20）]1/2

則I（20）=20×[350/20]1/2=83.7(kA)23控制室電源回路SPD的標稱放電電流參考值

考慮到在總配電柜后設有多個分配電柜，分配電柜后再供電給包括儀表系統在內的多個負荷，總的83.7kA大的雷電流最后分流到控制系統交流電源系統時已減少到很小。經調查，按上表選擇SPD的標稱放電電流值是可以滿足要求的。

C.電壓保護水平Up

不大于用電設備的耐沖擊過電壓水平的0.8。防護等級ABCD標稱放電電流kA≥20≥15≥10≥5242.6多級SPD之間的能量配合和動作配合

1）能量配合

從前級到后級，標稱放電電流逐級減小。。

2）動作配合同一條線路上配置多級SPD時，應檢查級間的能量配合和動作時間的配合。當不能進行專門的校驗時，可選用制造商建議的多級系列SPD產品和級間配合措施。當制造商未提供SPD級間配合措施也未提出級間距離要求且各級SPD的電壓保護水平相差不大時，限壓型SPD與限壓型SPD之間的電氣距離不宜小于5m,限壓型SPD與電壓開關型SPD之間的電氣距離不宜小于15m。25對于電壓開關型SPD與限壓型SPD之間的線路長度不宜小于15m,限壓型SPD之間的線路長度不宜小于5m的規定，其目的主要是在低壓配電線路中安裝了多級SPD，由于各級SPD的響應時間的不一,有可能在設計和安裝時因能量配合不當，將會出現某級SPD不動作，產生泄流盲點。為了保證前級保護SPD比后級保護SPD先動作,所以兩級SPD間必須有一定的線距長度（即一定的感抗或加裝退耦元件）來滿足避免盲點的要求。26

現假設電壓開關型SPD的響應時間為100ns,限壓型SPD的響應時間為25ns,由于電纜中存在著分布電容和分布電感,根據行波理論,雷電流在電纜中的傳播速度為1.5×108m/s,那么雷電流在這個時間差(100-25)ns內向前行進的距離為S:

S=1.5×108×75×10-9=11.25(m)即電壓開關型SPD和限壓型SPD之間的距離大于11.25m時,就可以保證前級SPD先動作,從而達到將大的雷電流先泄放掉的目的。由于SPD實際響應時間有一定的誤差，所以取15m。如果兩級保護的SPD均為限壓型，響應時間均為25ns，如果兩級SPD動作的時間差也為25ns，那么兩級間應相距：

S=1.5×108×25×10-9=3.75(m)為保險起見，故取5m。27如在實際情況中，難以滿足上述的距離要求，而參數上也難以配合時，可以在兩SPD之間加裝退耦裝置（即一定的電感量L）來實現。

各級電源SPD能量配合的最終目的是將總的威脅設備安全的電壓電流浪涌值減低到被保護設備能耐受的安全范圍內，而各級電源SPD泄放的浪涌電流不超過自身的標稱放電電流。根據IEC61312-3的規定，末級電源SPD的保護水平還必須低于被保護設備的沖擊耐受電壓。28另外：

1）限壓型SPD或浪涌保護箱應選具有運行狀態指示器和SPD故障脫離器的產品。限壓型SPD或浪涌保護箱宜選用具有報警指示或報警觸點的產品。電壓開關型SPD可選用具有運行狀態指示器的產品。

SPD或浪涌保護箱可選用具有雷擊計數器或雷電流記錄器的產品。

2）在易燃易爆的危險場所,SPD應安裝在爆炸介質的所在區域之外。安裝于暴露爆炸介質或爆炸煙塵所在區域的SPD必須通過國家或國際測試機構的本安論證，或密封于防爆體內。29DEHN（德國深恩）（D級）浪涌保護器D類SPD

EDINVDE0675-6和-6/A1在L／L與L／G之間有合適的電壓保護級別

較高的通流容量寬的類型范圍標稱電壓UN從

24-230V標稱電流IN16ADIN-Rail安裝方式多種報警方式可視操作-/故障指示常閉型遠程遙信觸點303信號、通信線路的SPD基本原則：

1）信號、通信線路上的SPD應不會造成現場信號的明顯衰減和加大誤碼率。

2）其緊靠被保護端口的保護元件不得采用氣體放電管而應采用高響應速度（有試驗報告證實整體SPD響應時間不超過10ns）的精密保護器件。313.1SPD的配置原則（推薦）1）凡經室外引入控制系統的信號和通信電纜，電纜在室外的水平敷設長度大于50m或垂直敷設長度大于10m，且滿足下列條件之一時，宜在線路兩側裝設浪涌保護器：安全系統的I/O參數；雷電防護等級為A級的重要控制參數和通信電纜。322）凡經室外引入控制系統的信號和通信電纜，電纜在室外的水平敷設長度大于50m或垂直敷設長度大于10m，且雷電防護等級為B級的重要控制參數和通信電纜，宜在線路控制系統側裝設浪涌保護器。33凡符合下列情況之一者，可以不考慮裝設電涌保護器：室內敷設（符合規范規定的電纜屏蔽和敷設要求）的I/O信號和通信電纜；現場端側的熱電偶；由配電間、電氣控制室以及大功率開關現場端來的強電開關量信號；室外埋地的雙層屏蔽電纜且兩端出地面后在室內，或室外長度小于30m時。343.2I/O信號SPD的參數值

供電電源為24Vdc信號，電流為（4-20）mA的控制系統I/O信號的SPD參數宜符合下表的規定。防護等級最大持續運行電壓Uc標稱放電電流In(kA)響應時間ns電壓保護水平Up測試波形A級≥30V≥10<5<60V（8/20μs、1.2/50μs）混合波B級≥10C級≥5D級≥535現場儀表用SPD應安裝在與被保護儀表相同的防護、防爆等級的保護箱內。如現場儀表無保護箱，宜用直接擰在變送器備用螺紋電纜接口上的SPD。

36三線制防爆型SPD373.3通信端口上的SPD的主要參數

凡通信端口若符合上述配置條件時,應根據線路的：工作頻率；傳輸介質；傳輸速率；傳輸帶寬；工作電壓；接口形式；特性阻抗等參數。選用電壓駐波比和插入損耗小的適配的SPD。也就是說所選擇的浪涌保護器也要具備和通信線路相同的性能。

通信端口上的SPD的主要參數宜符合下表的規定。38防護等級

標準導通電壓標稱放電電流In(kA)

響應時間ns電壓駐波比dB插入損耗dB測試波形非屏蔽雙絞線

屏蔽雙絞線

同軸電纜

A級≥1.2Un(Un---最大工作電壓)≥10≥10≥20≤10≤0.1≤0.20（8/20μs、1.2/50μs）混合波B級≥10≥5≥15C級≥5≥3≥10D級≥3≥1≥539以太網SPD10BASE2以太網

üGKF/B-L10BASE5以太網系統

üGKF/N-L40視頻監控現場防雷案例接線盒接線盒系統線通信線攝像頭攝像頭云臺分配箱監視器控制臺同軸或雙絞線通信線230V電源線電源系統保護器信息系統保護器云臺41保護現場設備

V2A外殼IP

67防腐，防水71mm通過現場設備的接地放電電纜接頭與現場設備之間用螺紋連接只需要最小的安裝空間同樣更換也很方便424SPD的安裝

SPD的安裝應注意如下幾點：1）浪涌保護器應安裝在被保護設備的前端，并與其它電氣設備保持一定的距離。2）導線連接的浪涌保護器其兩端連線的總長度不應超過0.5m。這里之所以規定兩端連接線長度（見圖4.40中的L）不應超過0.5m，其目的之一是降低雷電波通過引線上的時間，從而可提高SPD的保護安全性能。因為電纜介質存在著分布電容和分布電感，按行波理論，雷電波在電纜中的傳輸速度若為空氣中光速的二分之一，即1.5×108m/s,通過0.5m長導線的時間可達3.4ns，若連接線太長將影響SPD的響應時間。

43L1SPDL2L=L1+L2SPDL2L=L2SPDL=0被保護設備44其目的之二是減小線路殘壓。如圖所示，已知10kA、10/350μs的雷電流通過SPD，設線路的自感為1μH/m,被保護設備的耐壓為2.5kV,SPD的殘壓Vp為1.5kV,則：

UAB=Vp+(l1+l2)Ldi/dt=1.5+0.5*1*10/10=2.0(kV)＜2.5kV如果

(l1+l2)=2m則

UAB=1.5+2*1*10/10=3.5(kV)?2.5kV

即被保護設備是不能承受的。453）浪涌保護器的連接導線應短并平直，不宜形成尖銳的轉角。為避免不必要的感應回路，SPD與被保護設備之間應采用無回路或小回路面積的方法安裝。46回路面積太大，雖合格但不夠好

SPD設備I47回路面積小，比較好

SPD設備I48最好的方法

SPD設備I電纜屏蔽層494）電源線路浪涌保護器連接線的最小截面積應和SPD的標稱放電電流相對應，標稱放電電流愈大，要求連接線截面積也相應增大，這樣可減小引線電感量，從而減小其動態阻抗，同時減小線路殘壓。電源線路的浪涌保護器的連接導線最小截面積宜符合下表的規定。防護級別SPD的類型

導線截面積（mm2）

SPD連接相線銅導線SPD接地端連接銅導線第一級

開關型或限壓型1625第二級

限壓型1016第三級

限壓型610第四級

限壓型46505）信號線路浪涌保護器接地端宜采用截面積不小于1.5mm2的銅芯導線與等電位接地端子板連接，接地線應平直。6）信號線路浪涌保護器與被保護設備的連接端口有串接與并接之分。由RJ11、RJ45、和其它接口組成的線路應串接安裝SPD，僅有接線柱組成的接口應并接安裝SPD。SPD的安裝連接圖如下圖所示。無論是串接或是并接，過電壓保護元件都是和被保護設備并聯的，只是連接端口上的差異。51輸入端設備端串接安裝輸入端并接安裝SPDSPD設備端527）SPD應安裝在金屬導軌上，并以金屬導軌作為接地匯流排。信號用的SPD接地應滿足如下圖所示的基本原理圖。浪涌保護器被保護設備信號雷電流泄放通路控制系統工作接地53在非本安系統的情況下，機柜內信號SPD的接地連接應采用下圖的型式.浪涌保護器總接地排信號線電氣接地系統機柜工作接地匯流條直流電源+-保護接地匯流條內屏蔽TN-S電源系統的PE線去被保護儀表545一個實例給控制系統防雷帶來的思考2007年夏天，應某公司之邀，我們對其MDI裝置DCS的雷電防護進行了風險評估。該裝置的DCS采用國外某公司的產品。是2005年秋投產的。之后的兩年來，工藝框架的建筑物防直擊雷裝置曾多次接閃，但控制系統安然無恙。為此，根據現場情況對控制系統已有的雷電防護措施作出評價，并引發出一點思考。555.1工程環境的描述該裝置所處的地勢是三面環山，一面臨海，屬山中的平地。整個工業園區地域空曠，有多個工藝鋼結構框架高達40余米。加之我們在現場測量，發現土壤電阻率很低。所以該地區是明顯的引雷區。根據當地防雷中心提供的數據，年平均雷暴日為45d/a，根據《GB50343-2004建筑物電子信息系統的防雷技術規范》對雷電活動區的劃分，該地區屬高雷區。該裝置的接地系統系利用建筑物（包括工藝設備框架）的基礎鋼筋作接地體，建筑物之間聯以扁鋼，使整個工業園區形成一個很大的共用接地網。接地電阻的設計值為0.15Ω至0.4Ω。56

所有在現場的變送器、執行器等設備的外殼，通過金屬安裝支架、鋼結構的工藝框架以及金屬網格地面和共用接地系統實行了等電位連接。本裝置的所有信號電纜均采用屏蔽雙絞線，屏蔽層一端在主控制室內接工作地，作靜電屏蔽用。所有的信號電纜在外部均采用鍍鋅鋼制走線槽，并利用走線槽的金屬支架作自然接地。我們在現場測量了金屬支架的自然接地電阻值為0.18Ω，每節鍍鋅鋼制走線槽之間的連接電阻為0.3Ω，完全符合[GB50057建筑物防雷設計規范]的要求。57主控室35m南24mI/O電纜進線口工藝裝置區58主控室（包括機柜間、操作間、工程師站、UPS間和值班室等）是一座磚混結構的單層建筑物。采用屋面避雷網防直擊雷。和主控室相距約40米的東側為工藝框架（見圖）。I/O信號線纜從東側架空進入機房，而后