spd设计2.doc

电涌保护器（SPD）的选择与安装

石屹峰
南京信息工程大学雷电防护科学与技术专业，南京210044

摘 要： 主要介绍电涌保护器的种类和技术参数。并说明根据电力系统耐冲击电压能力、接地型式、运行方式，以及保护模式和多级配合型式选择、安装SPD的方法及注意事项。
关键词： 电涌保护器；电压保护水平；标称放电电流；冲击电流；防雷区界面

1 电涌保护器的种类
电涌保护器，简称SPD（Surge Protective Device）是一种用于带电系统中限制瞬态过电压、泄放电涌电流的非线性保护元件，用以保护电力、电子系统免遭雷电或操作过电压及涌流的损害。按SPD的特性可分为三类：开关型、限压型和混合型。
开关型的特性是正常情况下呈高阻态（断开），当电涌电压达到一定值时SPD突变为低阻抗（闭合），常用的有放电间隙、气体放电管等。通流容量大，通常应用于LPZ0区与LPZ1区界面处的雷电涌保护。
限压型的特性是正常情况下呈高阻态，但随着电涌电压和电流的升高，其阻抗持续下降而呈低阻态，故又称“箝压型”，常用的有压敏电阻、齐纳二极管等。因它的钳位电压低于开关型SPD，用场应用于LPZ0区与LPZ1区界面处及以上雷电防护区域内。
混合型是将开关型和限压型组合在一起的一种SPD，随其承受的冲击电压特性的不同而分别或同时呈现开关和限压特性。

2 SPD的性能及参数
2.1 SPD的冲击分类试验级别
Ⅰ级分类试验：这是对Ⅰ级SPD进行的用标称放电电流In、1.2/50μs冲击电压和10/350μs最大冲击电流（I imp）做的试验。这是规定用于安装在LPZ0A区与LPZ1区界面处的雷电流型SPD的试验程序。
Ⅱ级分类试验：这是对Ⅱ级SPD进行的用标称放电电流In、1.2/50μs冲击电压和8/20μs波形最大放电电流（I max）做的试验。这是规定用于限压型SPD的试验程序。
Ⅲ级分类试验：这是对SPD进行的复合波试验程序。
2.2 SPD主要技术参数
最大持续工作电压UC：即SPD的额定工作电压，UC不应低于线路中（SPD安装处）可能出现的最大连续运行电压。
标称放电电流In: 即SPD的额定放电电流，是留过SPD的8/20μs波形的放电电流峰值（KA）。一般用于SPD的Ⅱ级分类试验。
冲击电流limp: 由电流峰值IP和总电荷量Q所规定的脉冲电流，一般用于SPD的Ⅰ级分类试验。最大放电电流Imax-通过SPD的8/20μs电流波的峰值电流，用于SPD的Ⅱ级分类试验，Imax＞In。电压保护水平UP-是表征SPD限制接线端子间电压的性能参数。开关型SPD是指规定陡度下最大放电电压，限压型SPD是指规定电流波形下的最大残压。
残压Ures: 冲击放电电流通过限压型SPD时，在其端子上锁呈现的最大电压峰值。
残流Ires: 不带负载的SPD，在其两端施加Uc时流过PE接线端子的电流。
额定断开续流If: SPD本身能断开的短路电流。
冲击通流容量: SPD不发生实质性破坏而能通过规定次数、规定波形的最大冲击电流峰值。对Ⅰ级分类试验的SPD用IP表征，对Ⅱ、Ⅲ分类试验的SPD用Imax表征，一般约为In的2～2.5倍。
3 SPD的性能选择及配合
3.1 SPD的性能选择

3.1.1 电压保护水平Up的选择
SPD的电压保护水平Up加上其两端引线的感应电压之和应小于所在系统和设备的绝缘耐冲击电压值，且不宜大于被保护设备耐压水平的80%。低压系统设备绝缘耐冲击电压可按表1-1确定。

过电压类别说明：
1）过电压类别Ⅰ-需要将瞬态过电压限制到特定水平的设备，如计算机系统、PLC、DCS和电子测温系统电源等；
2）过电压类别Ⅱ-由末级配电箱供电的设备，如移动设备电源灯；
3）过电压类别Ⅲ-安装于配电装置中的设备，如电气开关、母线电缆和电动机等；
4）过电压类别Ⅳ-使用在配电装置电源端的设备，如使用在主配电盘的电气仪表和过流保护设备。

3.1.2 标称放电电流In（或冲击电流Iimp）和断开续流值的选择
SPD必须能承受预期通过它们的雷电涌流，并有能力熄灭在雷电流通过后产生的工频续流。SPD通过雷电涌流的能力由标称放电电流In或冲击电流Iimp来表征。
SPD的标称放电电流In或冲击电流Iimp应大于相应的预期雷电涌流值。
当考虑建筑物防雷装置或其附近遭直击雷时，通过进户处SPD的雷电冲击涌流按《建筑物防雷设计规范》GB50074-1994（2000版）第4.3.4条计算，若冲击电流值无法确定，则对SPD的每一保护模式，通过的雷电冲击电流Iimp不应小于12.5KA。当仅考虑感应雷及远处直击雷沿配电线路引入的大气过电压和内部操作过电压时，装设于配电装置进线处的过电压保护装置，一般装设Ⅱ级分类试验的SPD，对每一保护模式SPD的标称放电电缆In不应小于5KVA（8/20μs）。
SPD熄灭工频续流的能力由其额定阻断续流电流值来表征，制造厂规定的SPD（开关型）之额定阻断续流值不应小于安装处的预期短路电流。

3.1.3 最大持续工作电压Uc的选择
Uc不应低于系统中可能出现的最大持续运行电压。对于220/380V三相系统中的SPD，其持续工作电压应符合表1-2的规定。不同的供电方式（TN、TT、IT）其保护方式和Uc值都不同。

SPD有能力熄灭在雷电流通过后产生的工频续流。应按不同的供电方式（TN、TT、IT）和保护模式选择Uc。
4.2 SPD安装注意事项
SPD原则上应安装在各防雷区界面处，并靠近建筑物入口及被保护设备，至该设备的线路应能承受所发生的电涌电压和电流，且线路的金属保护层或屏蔽层应首先在界面处做一次等电位联接。从室外引来的线路，SPD宜靠近屏蔽线路末端安装；按规范评估预期通过的雷电流，并将其作为Ipeak（幅值电流）来选用SPD.当按上述要求选用配电线路上的SPD时，其标称放电电流不宜小于15kA。当在LPZ0区与LPZ1区界面处安装的第一级SPD，其保护电压Up加上两端引线的感应电压UL保护不了室内配电盘内的设备时，应在该配电盘内安装第二级SPD，其标称放电电流In不宜小于8/20μs，5kA。当按上述要求安装的SPD离被保护设备较远，配电盘内的SPD不足以保护远处设备时，尚应在被保护设备处装设SPD，其标称放电电流In不宜小于8/20μs，3kA。第二、三级SPD最大电涌电压应满足Up+UL≤设备耐压水平×0.8，UL为SPD两端连线的感应电压。为使SPD安装处最大电涌电压足够低，SPD两端引线应做到最短（两端连线总长度不宜大于0.5米），引线弯曲处不宜成直角，并要避免形成过大环路。SPD的电源侧连接线和接地线一般采用多股铜线，其接地线截面积应大于电源侧连线一个规格，并应按与SPD连接的等电位联接排主接地线界面的50%确定。安装在电气装置电源进线端的SPD的电源侧连线和接地线应符合表1-3的要求。

多级SPD配合时，应满足最小间距要求。开关型SPD与限压型SPD之间的线路长度不宜小于10米，限压型SPD之间的线路长度不宜小于5米。通常对于防雷类别在第三类以下的普通办公、住宅、仓库等建筑物，其电源进线处的第一级SPD采用限压型，对于防雷类别在第二类及以上的电子信息大楼、重要的工业生产厂房、危险性较大的仓库等建筑物，其电源
进线处的第一级SPD应采用典雅开关型SPD。所有后续界面或设备旁的SPD均采用限压型。

参考文献：
[1]《工业与民用配电设计手册》，第三版.
[2]《建筑物防雷设计规范》GB50057-94（2000版）.
[3]《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2004.