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摘 要：当市电电网或建筑物受到雷击或其它原因产生高脉冲电压时，将会对建筑物、用电设备以及人身安全造成严重危害。本文阐述了低压电涌保护器的工作原理、分类、性能指标及安装原则。
关键词：低压电涌；保护器；防雷
一、电涌保护器的工作原理
电涌保护器作为限制暂态过电压和分流浪涌电流的器件，它至少含有一个非线性电压限制元件。在正常情况下，保护器处于高阻抗状态，当电网因雷击或其它原因出现浪涌过电压时，保护器将在纳秒级时间迅速导通，将浪涌电荷引入大地，达到间接等电位的目的，从而保护了电网上的用电设备。当该浪涌电压通过电涌保护器，且浪涌电压消失后，保护器重新回到高阻抗状态，因此不影响电网正常运行。电涌保护器一般有对地法和N-PE法两种保护模式，除TT系統SPD安装在剩余电流保护器的电源侧必须用N-PE法以外，一般均使用对地法。
二、电涌保护器的组成及分类
电涌保护器一般可由气体放电管、放电间隙、半导体放电管、氧化锌压敏电阻、齐纳二极管、滤波器、保险丝等元件组合而成。
电涌保护器从用途上可分为三类：电源浪涌保护器、信号防雷浪涌保护器、天线馈线浪涌保护器。
从工作原理和性能上，电涌保护器可分为电压开关型、限压型、组合型三类。
电压开关型SPD无电涌出现时为高阻抗，当出现电压电涌时突变为低阻抗，又称“短路开关型”SPD。通常用放电间隙、充气放电管、闸流管和三端双向可控硅元件作为组件。其特点是放电能力强，但残压高，为2-4kV。测试该器件一般用10/350μS的模拟雷电流波形。一般安装在建筑物LPZ0与PZL1区的交界处。
限压型SPD无电涌出现时为高阻抗，随着电涌电流和电压的增加，阻抗跟着连续变小，又称“钳压型”SPD。通常采用压敏电阻、抑制二极管作为组件。其特点是残压低。测试该器件一般采用8/20μS的模拟雷电冲击电流波形。一般安装在雷电保护区建筑物内，疏导8/20μS的雷电冲击电流。
组合型SPD是由电压开关型组件和限压型组件组合而成。在一般雷电过电压保护时，由限压型组件承受浪涌电流，其标称放电电流可达10—20kA；若遇较大量级雷电流过电压，第一级由限压型组成的电路保险管可自动断开，由第二级电压开关型组件进行雷电过压保护。组合型SPD能承受冲击电流容量一般大于100kA。
三、10/350μS雷电电流波形与8/20μS测试波形的单位能量变换
10/350μS波形为首次雷击的典型雷电波形。从天上落下的雷，其波形就是10/350μS，在LPZ0区与LPZ1区交界处首先要防10/350μS波形的雷电流。8/20μS波形为为感应雷和传导雷的波形，用8/20μS波形SPD来代替10/350μS波形SPD，对雷电流的单位能量可近似按下式计算：
W/R=（1/2）×（1/0.7）×I2×T2
式中，I-雷电流幅值（A）；T2-半值时间（S）
在I值相同时，W/R相同的，设10/350μS波形的雷电流幅值为I1，半值时间为T2（1）=350μS，8/20μS波形的雷电流幅值为I2，半值时间为T2（2）=350μS，则：
I1/I2=√T2（2）/T2（1）=√20/350=0.239
若I2=20Ka，则I1=0.239×20kA=4.78Ka
因此，在选用8/20μS波形的SPD时，要注意考虑增大相应量级。
四、电涌保护器的主要性能指标
1、最大持续运行电压Uc
SPD的最大持续运行电压Uc是指可持续施加于SPD上的最大交流均方根电压或直流电压，它应大于低压网络内可能出现的工频过电压，其值按接地系统类型选择如下表1：
注：（1）Uo：相线与中性线间的标称电压，在220/380V三相系统中，Uo=220V
U：线间电压U=380V
（2）Mc：指共模保护，即相线对地和中性线对地的保护Md：指差模保护，即相线对中性线的保护，对TT系统和TN-S系统是必须的。
2、冲击电流Iimp
由电流峰值Ipeak和电荷Q确定。其试验应根据动作负载试验的程序运行。
3、标称放电电流In
流过SPD8/20μS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。
五、电涌保护器的电压保护水平选择
限制雷电过电压是使用SPD最主要的目的，电压保护水平Up是SPD最主要的性能指标。应该首先明确电压保护水平的定义和条件。具体讲：对限压型SPD，电压保护水平指标称雷电放电电流下SPD两端可能出现的最大残压；对开关型SPD，电压保护水平指间隙的雷电冲击陡坡下的击穿电压；对复合型SPD，动作时可以出现两个峰值，电压保护水平指间隙的雷电冲击陡坡下的击穿电压和击穿后雷电流下SPD两端出现的最大残压两者中的较大者。
电压保护水平的选取应考虑裕度，一般不宜大于被保护设备耐压水平的80%。第一级SPD保护的对象应是IEC60664所指的Ⅳ类和Ⅱ类设备，其冲击耐压为6kV和4kV，因此其电压保护水平应与4kV相配合，再留裕度就应小于3.2kV。接于交流低压电源上的计算机/微电子设备的电源相线对地的冲击耐压值根据美国CBENA标准，耐受200μS以下的暂态过电压的能力是5√2，约7倍额定电压峰值（对220V额定交流电压有效值而言约为1500V）。
六、电涌保护器的安装原则
1、电涌保护器必须能承受预期通过它们的雷电流。在建筑物进线处和其它防雷区界面处的最大电涌电压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协调一致。为使最大电涌电压足够低，其两端的引线应做到最短，总不超过0.5米。
2、当电源进线端的电涌保护器与被保护设备之间距离较远（大于30m）时，或者SPD的电压保护水平Up加上其两端引线的感应电压以及反射波效应不足以保护敏感设备，则应在被保护设备处安装第二级SPD，其标称放电电流不宜小于8/20μS5kA。
3、当在线路上多处安装SPD时，电压开关型SPD和限压型SPD之间的线路长度不宜小于5m。
4、为防止SPD因各处原因损坏时，每级SPD须设置熔丝或断路器保护。
5、当保护设备的线路有屏蔽时，SPD宜靠近屏蔽线路末端安装。
6、电涌保护器的连接导线最小截面积宜符合下表的规定：
结语
根据《建筑物防雷设计规范》第六章和《建筑物电子信息系统防雷技术规范》的要求，在建筑物的各防雷区的界面处应将诸导电物体用等电位连接导体或电涌保护器连接起来，以减小雷电流在它们之间产生的电位差，实行等电位连接，以防感应雷以及其它原因产生的高脉冲电压。■
参考文献
[1]GB50057-94（2000年版）建筑物防雷设计规范
[2]GB50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范
关键词：低压电涌；保护器；防雷
一、电涌保护器的工作原理
电涌保护器作为限制暂态过电压和分流浪涌电流的器件，它至少含有一个非线性电压限制元件。在正常情况下，保护器处于高阻抗状态，当电网因雷击或其它原因出现浪涌过电压时，保护器将在纳秒级时间迅速导通，将浪涌电荷引入大地，达到间接等电位的目的，从而保护了电网上的用电设备。当该浪涌电压通过电涌保护器，且浪涌电压消失后，保护器重新回到高阻抗状态，因此不影响电网正常运行。电涌保护器一般有对地法和N-PE法两种保护模式，除TT系統SPD安装在剩余电流保护器的电源侧必须用N-PE法以外，一般均使用对地法。
二、电涌保护器的组成及分类
电涌保护器一般可由气体放电管、放电间隙、半导体放电管、氧化锌压敏电阻、齐纳二极管、滤波器、保险丝等元件组合而成。
电涌保护器从用途上可分为三类：电源浪涌保护器、信号防雷浪涌保护器、天线馈线浪涌保护器。
从工作原理和性能上，电涌保护器可分为电压开关型、限压型、组合型三类。
电压开关型SPD无电涌出现时为高阻抗，当出现电压电涌时突变为低阻抗，又称“短路开关型”SPD。通常用放电间隙、充气放电管、闸流管和三端双向可控硅元件作为组件。其特点是放电能力强，但残压高，为2-4kV。测试该器件一般用10/350μS的模拟雷电流波形。一般安装在建筑物LPZ0与PZL1区的交界处。
限压型SPD无电涌出现时为高阻抗，随着电涌电流和电压的增加，阻抗跟着连续变小，又称“钳压型”SPD。通常采用压敏电阻、抑制二极管作为组件。其特点是残压低。测试该器件一般采用8/20μS的模拟雷电冲击电流波形。一般安装在雷电保护区建筑物内，疏导8/20μS的雷电冲击电流。
组合型SPD是由电压开关型组件和限压型组件组合而成。在一般雷电过电压保护时，由限压型组件承受浪涌电流，其标称放电电流可达10—20kA；若遇较大量级雷电流过电压，第一级由限压型组成的电路保险管可自动断开，由第二级电压开关型组件进行雷电过压保护。组合型SPD能承受冲击电流容量一般大于100kA。
三、10/350μS雷电电流波形与8/20μS测试波形的单位能量变换
10/350μS波形为首次雷击的典型雷电波形。从天上落下的雷，其波形就是10/350μS，在LPZ0区与LPZ1区交界处首先要防10/350μS波形的雷电流。8/20μS波形为为感应雷和传导雷的波形，用8/20μS波形SPD来代替10/350μS波形SPD，对雷电流的单位能量可近似按下式计算：
W/R=（1/2）×（1/0.7）×I2×T2
式中，I-雷电流幅值（A）；T2-半值时间（S）
在I值相同时，W/R相同的，设10/350μS波形的雷电流幅值为I1，半值时间为T2（1）=350μS，8/20μS波形的雷电流幅值为I2，半值时间为T2（2）=350μS，则：
I1/I2=√T2（2）/T2（1）=√20/350=0.239
若I2=20Ka，则I1=0.239×20kA=4.78Ka
因此，在选用8/20μS波形的SPD时，要注意考虑增大相应量级。
四、电涌保护器的主要性能指标
1、最大持续运行电压Uc
SPD的最大持续运行电压Uc是指可持续施加于SPD上的最大交流均方根电压或直流电压，它应大于低压网络内可能出现的工频过电压，其值按接地系统类型选择如下表1：
注：（1）Uo：相线与中性线间的标称电压，在220/380V三相系统中，Uo=220V
U：线间电压U=380V
（2）Mc：指共模保护，即相线对地和中性线对地的保护Md：指差模保护，即相线对中性线的保护，对TT系统和TN-S系统是必须的。
2、冲击电流Iimp
由电流峰值Ipeak和电荷Q确定。其试验应根据动作负载试验的程序运行。
3、标称放电电流In
流过SPD8/20μS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。
五、电涌保护器的电压保护水平选择
限制雷电过电压是使用SPD最主要的目的，电压保护水平Up是SPD最主要的性能指标。应该首先明确电压保护水平的定义和条件。具体讲：对限压型SPD，电压保护水平指标称雷电放电电流下SPD两端可能出现的最大残压；对开关型SPD，电压保护水平指间隙的雷电冲击陡坡下的击穿电压；对复合型SPD，动作时可以出现两个峰值，电压保护水平指间隙的雷电冲击陡坡下的击穿电压和击穿后雷电流下SPD两端出现的最大残压两者中的较大者。
电压保护水平的选取应考虑裕度，一般不宜大于被保护设备耐压水平的80%。第一级SPD保护的对象应是IEC60664所指的Ⅳ类和Ⅱ类设备，其冲击耐压为6kV和4kV，因此其电压保护水平应与4kV相配合，再留裕度就应小于3.2kV。接于交流低压电源上的计算机/微电子设备的电源相线对地的冲击耐压值根据美国CBENA标准，耐受200μS以下的暂态过电压的能力是5√2，约7倍额定电压峰值（对220V额定交流电压有效值而言约为1500V）。
六、电涌保护器的安装原则
1、电涌保护器必须能承受预期通过它们的雷电流。在建筑物进线处和其它防雷区界面处的最大电涌电压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协调一致。为使最大电涌电压足够低，其两端的引线应做到最短，总不超过0.5米。
2、当电源进线端的电涌保护器与被保护设备之间距离较远（大于30m）时，或者SPD的电压保护水平Up加上其两端引线的感应电压以及反射波效应不足以保护敏感设备，则应在被保护设备处安装第二级SPD，其标称放电电流不宜小于8/20μS5kA。
3、当在线路上多处安装SPD时，电压开关型SPD和限压型SPD之间的线路长度不宜小于5m。
4、为防止SPD因各处原因损坏时，每级SPD须设置熔丝或断路器保护。
5、当保护设备的线路有屏蔽时，SPD宜靠近屏蔽线路末端安装。
6、电涌保护器的连接导线最小截面积宜符合下表的规定：
结语
根据《建筑物防雷设计规范》第六章和《建筑物电子信息系统防雷技术规范》的要求，在建筑物的各防雷区的界面处应将诸导电物体用等电位连接导体或电涌保护器连接起来，以减小雷电流在它们之间产生的电位差，实行等电位连接，以防感应雷以及其它原因产生的高脉冲电压。■
参考文献
[1]GB50057-94（2000年版）建筑物防雷设计规范
[2]GB50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范