溫州盾開電氣有限公司

1　雷電的特性
防雷包括外部防雷和內部防雷。外部防雷以接閃器(避雷針、避雷網、避雷帶、避雷線）、引下線、接地裝置為主，其主要的功能是為了確保建筑物本體免受直擊雷的侵襲，將可能擊中建筑物的雷電通過避雷針（帶、網、線）、引下線等泄放入大地。內部防雷包括防雷電感應、線路浪涌、地電位反擊、雷電波入侵以及電磁與靜電感應的措施。其基該方法是采用等電位聯結，包括直接連接和通過SPD間接連接，使金屬體、設備線路與大地形成一個有條件的等電位體，將因雷擊和其他浪涌引起的內部設施分流和感應的雷電流或浪涌電流泄放入大地，從而保護建筑物內人員和設備的安全。
雷電的特點是電壓上升非常快（10μs以內），峰值電壓高（數萬至數百萬伏），電流大（幾十至幾百千安），維持時間較短（幾十至幾百微秒），傳輸速度快（以光速傳播），能量非常巨大，是浪涌電壓中具破壞力的一種。
2　浪涌保護器的分類
SPD是電子設備雷電防護中不可缺少的一種裝置，其作用是把竄入電力線、信號傳輸線的瞬時過電壓限制在設備或系統所能承受的電壓范圍內，或將強大的雷電流泄流入地，保護被保護的設備或系統不受沖擊。
2. 1　按工作原理分類
按其工作原理分類，SPD可以分為電壓開關型、限壓型及組合型。
⑴電壓開關型SPD。在沒有瞬時過電壓時呈現高阻抗，一旦響應雷電瞬時過電壓，其阻抗就突變為低阻抗，允許雷電流通過，也被稱為"短路開關型SPD"。
⑵限壓型SPD。當沒有瞬時過電壓時，為高阻抗，但隨電涌電流和電壓的增加，其阻抗會不斷減小，其電流電壓特性為強烈非線性，有時被稱為"鉗壓型SPD"。
⑶組合型SPD。由電壓開關型組件和限壓型組件組合而成，可以顯示為電壓開關型或限壓型或兩者兼有的特性，這決定于所加電壓的特性。
2.2按用途分類
按其用途分類，SPD可以分為電源線路SPD和信號線路SPD兩種。

2.2.1電源線路SPD
由于雷擊的能量是非常巨大的，需要通過分級泄放的方法，將雷擊能量逐步泄放到大地。在直擊雷非防護區（LPZ0A）或在直擊雷防護區（LPZ0B）與防護區（LPZ1）交界處，安裝通過Ⅰ級分類試驗的浪涌保護器或限壓型浪涌保護器作為級保護,對直擊雷電流進行泄放，或者當電源傳輸線路遭受直接雷擊時，將傳導的巨大能量進行泄放。在防護區之后的各分區（包含LPZ1區）交界處安裝限壓型浪涌保護器，作為二、三級或更高等級保護。第二級保護器是針對前級保護器的殘余電壓以及區內感應雷擊的防護設備，在前級發生較大雷擊能量吸收時，仍有一部分對設備或第三級保護器而言是相當巨大的能量，會傳導過來，需要第二級保護器進一步吸收。同時，經過級防雷器的傳輸線路也會感應雷擊電磁脈沖輻射。當線路足夠長時，感應雷的能量就變得足夠大，需要第二級保護器進一步對雷擊能量實施泄放。第三級保護器對通過第二級保護器的殘余雷擊能量進行保護。根據被保護設備的耐壓等級，假如兩級防雷就可以做到限制電壓低于設備的耐壓水平，就只需要做兩級保護；假如設備的耐壓水平較低，可能需要四級甚至更多級的保護。

選擇SPD，首先需要了解一些參數及其工作原理。
⑴ 10/350μs波是模擬直擊雷的波形，波形能量大； 8/20μs波是模擬雷電感應和雷電傳導的波形。
⑵標稱放電電流In是指流過SPD、8/20μs電流波的峰值電流。
⑶大放電電流Imax又稱為大通流量，指使用8/20μs電流波沖擊SPD一次能承受的大放電電流。
⑷大持續耐壓Uc(rms）指可連續施加在SPD上的大交流電壓有效值或直流電壓。
⑸殘壓Ur指在額定放電電流In下的殘壓值。
⑹保護電壓Up表征SPD限制接線端子間的電壓特性參數，其值可從值的列表中選取，應大于限制電壓的高值。
⑺電壓開關型SPD主要泄放的是10/350μs電流波，限壓型SPD主要泄放的是8/20μs電流波。

2.2.2信號線路SPD
信號線路SPD其實就是信號避雷器，安裝在信號傳輸線路中，一般在設備前端，用來保護后續設備，防止雷電波從信號線路涌入損傷設備。
1）電壓保護水平（UP）的選擇
UP 值不應過被保護設備耐沖擊電壓額定值，UP 要求SPD 與被保護的設備的絕緣應有良好配合。
在低壓供配電系統裝置中，設備均應具有一定的耐受電涌能力，即耐沖擊過電壓能力。當無法獲得220/380V 三相系統各種設備的耐沖擊過電壓值時，可按IEC 60664-1 和GB 50057-1994（2000 版）的給定指標選用。
2）標稱放電電流In 的（沖擊通流容量）選擇
流過SPD、8/20 μs 電流波的峰值電流。用于對SPD 做II 級分類試驗，也用于對SPD 做I 級和II 級分類試驗的預處理。
事實上，In 是SPD 不發生實質性破壞而能通過規定次數(一般為20 次)、規定波形（8/20 μs）的大限度的沖擊電流峰值。
3）大放電電流Imax（極限沖擊通流容量）的選擇
流過SPD、8/20 μs 電流波的峰值電流，用于II 級分類試驗。Imax 與In 有許多相同點，他們都是用8/20 μs 電流波的峰值電流對SPD 做II 級分類試驗。不同之處也很明顯，Imax 只對SPD 做一次沖擊試驗，試驗后SPD 不發生實質性破壞；而In 可以做20次這樣的試驗，試驗后SPD 也不能有實質性破壞。因此，Imax 是沖擊的電流極限值，所以大放電電流也稱為極限沖擊通流容量。顯然，Imax>In。浪涌保護器（Surge protection Device）是電子設備雷電防護中不可缺少的一種裝置，過去常稱為"避雷器"或"過電壓保護器"英文簡寫為SPD.浪涌保護器的作用是把竄入電力線、信號傳輸線的瞬時過電壓限制在設備或系統所能承受的電壓范圍內，或將強大的雷電流泄流入地，保護被保護的設備或系統不受沖擊而損壞。

浪涌保護器的類型和結構按不同的用途有所不同，但它至少應包含一個非線性電壓限制元件。用于浪涌保護器的基本元器件有：放電間隙、充氣放電管、壓敏電阻、抑制二極管和扼流線圈等[1] 。⒈放電間隙（又稱保護間隙）：
它一般由暴露在空氣中的兩根相隔一定間隙的金屬棒組成，其中一根金屬棒與所需保護設備的電源相線L1或零線（N）相連，另一根金屬棒與接地線（PE）相連接，當瞬時過電壓襲來時，間隙被擊穿，把一部分過電壓的電荷引入大地，避免了被保護設備上的電壓升高。這種放電間隙的兩金屬棒之間的距離可按需要調整，結構較簡單，其缺點是滅弧性能差。改進型的放電間隙為角型間隙，它的滅弧功能較前者為好，它是靠回路的電動力F作用以及熱氣流的上升作用而使電弧熄滅的。
⒉氣體放電管：
它是由相互離開的一對冷陰板封裝在充有一定的惰性氣體（Ar）的玻璃管或陶瓷管內組成的。為了提高放電管的觸發概率，在放電管內還有助觸發劑。這種充氣放電管有二極型的，也有三極型的，
氣體放電管的技術參數主要有：直流放電電壓Udc；沖擊放電電壓Up（一般情況下Up≈（2～3）Udc；工頻耐受電流In；沖擊耐受電流Ip；絕緣電阻R（>109Ω）；極間電容（1-5PF）
氣體放電管可在直流和交流條件下使用，其所選用的直流放電電壓Udc分別如下：在直流條件下使用：Udc≥1.8U0（U0為線路正常工作的直流電壓）
在交流條件下使用：U dc≥1.44Un（Un為線路正常工作的交流電壓有效值）

⒊壓敏電阻：
它是以ZnO為主要成分的金屬氧化物半導體非線性電阻，當作用在其兩端的電壓達到一定數值后，電阻對電壓十分敏感。它的工作原理相當于多個半導體P-N的串并聯。壓敏電阻的特點是非線性特性好（I=CUα中的非線性系數α），通流容量大（～2KA/cm2），常態泄漏電流小（10-7～10-6A），殘壓低（取決于壓敏電阻的工作電壓和通流容量），對瞬時過電壓響應時間快（～10-8s），無續流。
壓敏電阻的技術參數主要有：壓敏電壓（即開關電壓）UN，參考電壓Ulma；殘壓Ures；殘壓比K（K=Ures/UN）；大通流容量Imax；泄漏電流；響應時間。
壓敏電阻的使用條件有：壓敏電壓：UN≥[（√2×1.2）/0.7]U0（U0為工頻電源額定電壓）
小參考電壓：Ulma≥（1.8～2）Uac （直流條件下使用）
Ulma≥（2.2～2.5）Uac（在交流條件下使用，Uac為交流工作電壓）
壓敏電阻的大參考電壓應由被保護電子設備的耐受電壓來確定，應使壓敏電阻的殘壓低于被保護電子設備的而損電壓水平，即（Ulma）max≤Ub/K，上式中K為殘壓比，Ub為被保護設備的而損電壓。

⒋抑制二極管：
抑制二極管具有箝位限壓功能，它是工作在反向擊穿區，由于它具有箝位電壓低和動作響應快的優點，特別適合用作多級保護電路中的末幾級保護元件。抑制二極管在擊穿區內的伏安特性可用下式表示：I=CUα，上式中α為非線性系數，對于齊納二極管α=7～9，在雪崩二極管α=5～7.
抑制二極管的技術參數
擊穿電壓，它是指在反向擊穿電流（常為lma）下的擊穿電壓，這于齊納二極管額定擊穿電壓一般在2.9V～4.7V范圍內，而雪崩二極管的額定擊穿電壓常在5.6V～200V范圍內。
⑵大箝位電壓：它是指管子在通過規定波形的大電流時，其兩端出現的高電壓。
⑶脈沖功率：它是指在規定的電流波形（如10/1000μs）下，管子兩端的大箝位電壓與管子中電流等值之積。

⑷反向變位電壓：它是指管子在反向泄漏區，其兩端所能施加的大電壓，在此電壓下管子不應擊穿。此反向變位電壓應明顯高于被保護電子系統的高運行電壓峰值，也即不能在系統正常運行時處于弱導通狀態。
⑸大泄漏電流：它是指在反向變位電壓作用下，管子中流過的大反向電流。
⑹響應時間：10-11s
⒌扼流線圈：扼流線圈是一個以鐵氧體為磁芯的共模干擾抑制器件，它由兩個尺寸相同，匝數相同的線圈對稱地繞制在同一個鐵氧體環形磁芯上，形成一個四端器件，要對于共模信號呈現出大電感具有抑制作用，而對于差模信號呈現出很小的漏電感幾乎不起作用。扼流線圈使用在平衡線路中能有效地抑制共模干擾信號（如雷電干擾），而對線路正常傳輸的差模信號無影響。