防雷装置SPD产品的分级探讨

王力

摘 要：直接雷击和间接雷击，以及系统内部的过高压、内部浪涌现象往往会造成设备的损坏，给社会带来巨大的经济损失。文章中，作者对防雷装置SPD产品原理做了详细分析和SPD产品的分级探讨，并针对电源系统中的TN系统和TT系统，探讨了SPD的选用和安装技术。

关键词：防雷装置；SPD；SPD三级防雷

1 防雷装置发展历程

1.1 发展过程

随着经济的飞速发展，人们对建筑、设备等的保护意识不断增强，防雷已经是一个必须慎重考虑的重要问题。200多年前，富兰克林发明了世界上最早的避雷针，这也是最早的防雷产品，其原理是基于金属的尖端放电。之后的社会实践活动中，人们发现与高压线连接的配电设备极易发生过电压损坏，理论研究表明，导致该现象的罪魁祸首是静电感应、或者电磁感应导致的“感应雷”。为了防止“感应雷”损坏设备，抑制浪涌，线路保护器应运而生。随着半导体材料以及半导体技术的发展，线路保护器也不断更新，新的防雷技术和产品也不断被开发出来。

1.2 SPD三级防雷

人们在探讨防雷技术的过程中，提出了SPD（浪涌保护器）的概念。Surge Protective Device（SPD），浪涌保护器，又名避雷器、防雷器，或是电涌保护器，用于保护用电设备，避免雷电点击、电磁脉冲或是过电压破坏用电设备。SPD产品有一些表征其防雷能力的重要参数：响应时间表征了SPD产品在保护器里的特殊保护元件的动作灵敏度、击穿时间；电压保护级别是跳火电压和额定放电电流的残压的最大值。

由于SPD产品很多性能参数上不能同时满足所有的要求，而且直接雷击、间接雷击、内部浪涌所要求的防雷侧重点各不相同，因此在实践活动中，我们最好对防雷装置SPD产品进行分级探讨。

2 SPD产品的三级探讨

2.1 第一级SPD作用及设计

第一级SPD是一种大容量电源防浪涌保护器，连接在大地和用户供电系统入口进线各相之间。该级电源防浪涌保护器是专为承受直接雷电、间接（感应）雷击而设计的，能够吸收大电流和高能量浪涌能量，并将大量的浪涌电流分流到大地。该级SPD主要吸收大浪涌电流，不足以保护系统内部的敏感电子设备。如果该级能够释放掉足够的雷击电流，就不易造成雷电危害，后面的各级SPD设计时主要考虑第一级的雷电电流残留部分。

对建筑物的防雷探讨及通流容量设计如表1所示。

2.2 第二级SPD作用及设计

第二级防浪涌保护器SPD主要安装在重要或者敏感的用电设备供电电路，在低压电源系统（这里主要指AC 50Hz 220/380V，即中国低压供电系统标准，直流20Hz，相电压220V）用户供电入口处的瞬态电压有很好的抑制作用。第二级防浪涌保护器SPD已经在冲击电流以及冲击电压上对系统进行了很全面的保护，一般的用户供电系统作到第二级保护就可以达到用电设备运行的要求。参照表1所示，第2、3级所选取的通流容量按第一级SPD的通流容量10/350μs进行相应的折算得到。这种折算引入了安全系数，全面的考虑了由于雷击之后的反击现象造成的过电压以及电流冲击现象。

2.3 第三级SPD作用及目的

在很多情况下，两级SPD防雷设施已经足以保护设备正常运行了，但在重要的设备处，我们还需要更加安全的第三级SPD防雷来保证设备的安全可靠运行。第三级SPD产品主要是一个内置式的防浪涌保护器，用于设备内部电源部分。对于一些特别敏感又极其重要的电子设备中，该级防护是必要的，其作用在于消除微小瞬态过电压。在设计该级SPD时，应选择参数使最大冲击电流为20KA，或者根据要求使该参数更低一些。

3 电源SPD的选用和安装

3.1 TN系统的SPD选用和安装

TN系统，即保护接零系统，TN系统通常是一个中性点接地的三相电网系统。在该系统中所有电气设备的外露金属均接到保护线上，并与电源中性点相连。电气装置通常采用TN-C-S系统，在TN-C-S系统中只有三根相线上需装设SPD，安装在相线和PE线之间。在TN-C-S系统中，PE线系统自PEN线引出，所以SPD承受的工频过电压即是电气装置标称电压Uo加上电网供电电压的正偏差。我国规定的220V电网内的正偏差不大于7%，但我国一些地区的电压不稳定，电压质量较差，电压正偏差往往超过此值，同时由于设备在使用过程中存在老化现象，工程上防雷标准取Uc≥1.15Uo。

3.2 TT系统的SPD选用和安装

TT 方式供電系统是指将电气设备的金属外壳直接接地的保护系统，即保护接地系统。在TT系统内，中性线自变电所引出后不再重复接地而对地绝缘，因此它也能将雷电脉冲过电压传导到电气装置中来，引起设备的损坏，因此在防雷系统中该中性线也需要安装SPD设备。为此在TT系统电气装置内需在相线和中性线上共安装4个SPD。在防雷性能方面，TT系统的优点在于对低压电网的雷击过电压有一定的泄漏能力，其缺点则是电源线路系统发生雷击现象时，配变可能发生正、逆变换过电压。TT系统绝缘承受的过电压常比TN系统绝缘承受的过电压高，当其中的一相发生接地故障时，另外两相的电位会被拉高，在实践活动中，我们总结得到其值一般不超过相电压的50%，为了使系统既得到充分的保护，同时又不浪费资源，工程上防雷标准取Uc≥1.55Uo。

4 结束语

随着国民经济和科学技术的发展进步，许多领域的电气设备越来越精密，同时也越来越贵重，重要设备的损坏会给人们带来巨大的损失。我们在追求高速发展的同时，也一定要注重设备的安全性，对设备做相应的防雷保护是必不可少的，同时我们需要进一步探索防雷技术，推动SPD产品不断更新，以实现更高的要求。

参考文献

[1]孙凯.防雷装置SPD产品的分级设计[D].吉林大学，2007.

[2]郭凤文.关于SPD的几个问题的讨论[J].电气应用，2005，2：12-15.