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(nèi)部防雷。外部防雷以接閃器(避雷針、避雷網(wǎng)、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(wǎng)、線）、引下線等泄放入大地。內(nèi)部防雷包括防雷電感應(yīng)、線路浪涌、地電位反擊、雷電波入侵以及電磁與靜電感應(yīng)的措施。其基該方法是采用等電位聯(lián)結(jié)，包括直接連接和通過SPD間接連接，使金屬體、設(shè)備線路與大地形成一個(gè)有條件的等電位體，將因雷擊和其他浪涌引起的內(nèi)部設(shè)施分流和感應(yīng)的雷電流或浪涌電流泄放入大地，從而保護(hù)建筑物內(nèi)人員和設(shè)備的安全。
雷電的特點(diǎn)是電壓上升非?？欤?0μs以內(nèi)），峰值電壓高（數(shù)萬(wàn)至數(shù)百萬(wàn)伏），電流大（幾十至幾百千安），維持時(shí)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(hù)器的分類
SPD是電子設(shè)備雷電防護(hù)中不可缺少的一種裝置，其作用是把竄入電力線、信號(hào)傳輸線的瞬時(shí)過電壓限制在設(shè)備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi)，或?qū)?qiáng)大的雷電流泄流入地，保護(hù)被保護(hù)的設(shè)備或系統(tǒng)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(guān)型、限壓型及組合型。
⑴電壓開關(guān)型SPD。在沒有瞬時(shí)過電壓時(shí)呈現(xiàn)高阻抗，一旦響應(yīng)雷電瞬時(shí)過電壓，其阻抗就突變?yōu)榈妥杩?，允許雷電流通過，也被稱為"短路開關(guān)型SPD"。
⑵限壓型SPD。當(dāng)沒有瞬時(shí)過電壓時(shí)，為高阻抗，但隨電涌電流和電壓的增加，其阻抗會(huì)不斷減小，其電流電壓特性為強(qiáng)烈非線性，有時(shí)被稱為"鉗壓型SPD"。
⑶組合型SPD。由電壓開關(guān)型組件和限壓型組件組合而成，可以顯示為電壓開關(guān)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(hào)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(jí)泄放的方法，將雷擊能量逐步泄放到大地。在直擊雷非防護(hù)區(qū)（LPZ0A）或在直擊雷防護(hù)區(qū)（LPZ0B）與防護(hù)區(qū)（LPZ1）交界處，安裝通過Ⅰ級(jí)分類試驗(yàn)的浪涌保護(hù)器或限壓型浪涌保護(hù)器作為級(jí)保護(hù),對(duì)直擊雷電流進(jìn)行泄放，或者當(dāng)電源傳輸線路遭受直接雷擊時(shí)，將傳導(dǎo)的巨大能量進(jìn)行泄放。在防護(hù)區(qū)之后的各分區(qū)（包含LPZ1區(qū)）交界處安裝限壓型浪涌保護(hù)器，作為二、三級(jí)或更高等級(jí)保護(hù)。第二級(jí)保護(hù)器是針對(duì)前級(jí)保護(hù)器的殘余電壓以及區(qū)內(nèi)感應(yīng)雷擊的防護(hù)設(shè)備，在前級(jí)發(fā)生較大雷擊能量吸收時(shí)，仍有一部分對(duì)設(shè)備或第三級(jí)保護(hù)器而言是相當(dāng)巨大的能量，會(huì)傳導(dǎo)過來，需要第二級(jí)保護(hù)器進(jìn)一步吸收。同時(shí)，經(jīng)過級(jí)防雷器的傳輸線路也會(huì)感應(yīng)雷擊電磁脈沖輻射。當(dāng)線路足夠長(zhǎng)時(shí)，感應(yīng)雷的能量就變得足夠大，需要第二級(jí)保護(hù)器進(jìn)一步對(duì)雷擊能量實(shí)施泄放。第三級(jí)保護(hù)器對(duì)通過第二級(jí)保護(hù)器的殘余雷擊能量進(jìn)行保護(hù)。根據(jù)被保護(hù)設(shè)備的耐壓等級(jí)，假如兩級(jí)防雷就可以做到限制電壓低于設(shè)備的耐壓水平，就只需要做兩級(jí)保護(hù)；假如設(shè)備的耐壓水平較低，可能需要四級(jí)甚至更多級(jí)的保護(hù)。

選擇SPD，首先需要了解一些參數(shù)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(yīng)和雷電傳導(dǎo)的波形。
⑵標(biāo)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(xù)耐壓Uc(rms）指可連續(xù)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(hù)電壓Up表征SPD限制接線端子間的電壓特性參數(shù)，其值可從值的列表中選取，應(yīng)大于限制電壓的高值。
⑺電壓開關(guān)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(hào)線路SPD
信號(hào)線路SPD其實(shí)就是信號(hào)避雷器，安裝在信號(hào)傳輸線路中，一般在設(shè)備前端，用來保護(hù)后續(xù)設(shè)備，防止雷電波從信號(hào)線路涌入損傷設(shè)備。
1）電壓保護(hù)水平（UP）的選擇
UP 值不應(yīng)過被保護(hù)設(shè)備耐沖擊電壓額定值，UP 要求SPD 與被保護(hù)的設(shè)備的絕緣應(yīng)有良好配合。
在低壓供配電系統(tǒng)裝置中，設(shè)備均應(yīng)具有一定的耐受電涌能力，即耐沖擊過電壓能力。當(dāng)無(wú)法獲得220/380V 三相系統(tǒng)各種設(shè)備的耐沖擊過電壓值時(shí)，可按IEC 60664-1 和GB 50057-1994（2000 版）的給定指標(biāo)選用。
2）標(biāo)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(duì)SPD 做II 級(jí)分類試驗(yàn)，也用于對(duì)SPD 做I 級(jí)和II 級(jí)分類試驗(yàn)的預(yù)處理。
事實(shí)上，In 是SPD 不發(fā)生實(shí)質(zhì)性破壞而能通過規(guī)定次數(shù)(一般為20 次)、規(guī)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(jí)分類試驗(yàn)。Imax 與In 有許多相同點(diǎn)，他們都是用8/20 μs 電流波的峰值電流對(duì)SPD 做II 級(jí)分類試驗(yàn)。不同之處也很明顯，Imax 只對(duì)SPD 做一次沖擊試驗(yàn)，試驗(yàn)后SPD 不發(fā)生實(shí)質(zhì)性破壞；而In 可以做20次這樣的試驗(yàn)，試驗(yàn)后SPD 也不能有實(shí)質(zhì)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(hù)器（Surge protection Device）是電子設(shè)備雷電防護(hù)中不可缺少的一種裝置，過去常稱為"避雷器"或"過電壓保護(hù)器"英文簡(jiǎn)寫為SPD.浪涌保護(hù)器的作用是把竄入電力線、信號(hào)傳輸線的瞬時(shí)過電壓限制在設(shè)備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi)，或?qū)?qiáng)大的雷電流泄流入地，保護(hù)被保護(hù)的設(shè)備或系統(tǒng)不受沖擊而損壞。

浪涌保護(hù)器的類型和結(jié)構(gòu)按不同的用途有所不同，但它至少應(yīng)包含一個(gè)非線性電壓限制元件。用于浪涌保護(hù)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(hù)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(hù)設(shè)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(dāng)瞬時(shí)過電壓襲來時(shí)，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(hù)設(shè)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(diào)整，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，其缺點(diǎn)是滅弧性能差。改進(jìn)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(dòng)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(duì)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(nèi)組成的。為了提高放電管的觸發(fā)概率，在放電管內(nèi)還有助觸發(fā)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(shù)參數(shù)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(dǎo)體非線性電阻，當(dāng)作用在其兩端的電壓達(dá)到一定數(shù)值后，電阻對(duì)電壓十分敏感。它的工作原理相當(dāng)于多個(gè)半導(dǎo)體P-N的串并聯(lián)。壓敏電阻的特點(diǎn)是非線性特性好（I=CUα中的非線性系數(shù)α），通流容量大（～2KA/cm2），常態(tài)泄漏電流?。?0-7～10-6A），殘壓低（取決于壓敏電阻的工作電壓和通流容量），對(duì)瞬時(shí)過電壓響應(yīng)時(shí)間快（～10-8s），無(wú)續(xù)流。
壓敏電阻的技術(shù)參數(shù)主要有：壓敏電壓（即開關(guān)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(yīng)時(shí)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(yīng)由被保護(hù)電子設(shè)備的耐受電壓來確定，應(yīng)使壓敏電阻的殘壓低于被保護(hù)電子設(shè)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(hù)設(shè)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(qū)，由于它具有箝位電壓低和動(dòng)作響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)，特別適合用作多級(jí)保護(hù)電路中的末幾級(jí)保護(hù)元件。抑制二極管在擊穿區(qū)內(nèi)的伏安特性可用下式表示：I=CUα，上式中α為非線性系數(shù)，對(duì)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(shù)參數(shù)
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(nèi)，而雪崩二極管的額定擊穿電壓常在5.6V～200V范圍內(nèi)。
⑵大箝位電壓：它是指管子在通過規(guī)定波形的大電流時(shí)，其兩端出現(xiàn)的高電壓。
⑶脈沖功率：它是指在規(guī)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(qū)，其兩端所能施加的大電壓，在此電壓下管子不應(yīng)擊穿。此反向變位電壓應(yīng)明顯高于被保護(hù)電子系統(tǒng)的高運(yùn)行電壓峰值，也即不能在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)處于弱導(dǎo)通狀態(tài)。
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(yīng)時(shí)間：10-11s
⒌扼流線圈：扼流線圈是一個(gè)以鐵氧體為磁芯的共模干擾抑制器件，它由兩個(gè)尺寸相同，匝數(shù)相同的線圈對(duì)稱地繞制在同一個(gè)鐵氧體環(huán)形磁芯上，形成一個(gè)四端器件，要對(duì)于共模信號(hào)呈現(xiàn)出大電感具有抑制作用，而對(duì)于差模信號(hào)呈現(xiàn)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(hào)（如雷電干擾），而對(duì)線路正常傳輸?shù)牟钅Ｐ盘?hào)無(wú)影響。