浅析如何合理选用电源电涌保护器

李柏坚

摘 要：为了保护智能化电子设备和保证用电安全，将电涌保护器大范围投入使用具有一定的必要性和紧迫性。在发生雷击时，电涌保护器能够确保供电线路的电压处于相对稳定的状态，有效预防雷电电流对电子设备的冲击和损坏，因此，电涌保护器成为保护自动化设备免受雷击的不二之选。但是目前，在电涌保护器的选择上还存在一定的误区，寻求科学的方法来选择电涌保护器势在必行。

关键词：电涌保护器；电压保护水平；限压型SPD；组合型SPD

中图分类号：TM863 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.03.093

电涌保护器，简称“SPD”，是一种限制电压浪涌的高科技设备。电涌保护器对电子设备的保护效果远比传统的接闪杆或避雷网好得多。自然气候本身多变，时常出现雷暴、强降水、暴雪等恶劣天气；而社会环境也会对电网造成一定的冲击，比如磁暴干扰、大功率工业设备电源开关时的干扰、无线电波、核爆炸等。这些自然因素和非自然因素都有可能使电源线产生浪涌电压，为了限制这种强浪涌，电涌保护器应运而生。电涌保护器能够保证供电电网的电压稳定、安全，避免因意外事故造成不必要的损失。本文主要从电涌保护器的结构和工作原理、电涌保护器的分类和技术参数、电压保护水平和能量承受能力的确定、不同电涌保护器的功能和缺点、电涌保护器的正确选择五个方面加以阐述，具体情况如下。

1 电涌保护器的结构和工作原理

电涌保护器中至少有一个非线性元件。该类元件一般由压敏电阻、放电管和其他元件组成，在正常情况下呈开路状态，漏电电流非常低，因此，安装于电网中能够保证不发生短路，从而保证供电电路的正常运行。当发生雷击时，雷电电流沿供电线路流经电涌保护器，如果雷电电压幅值超过电涌保护器的工作阀值，电涌保护器会在极短的时间内导通，导通的速度堪比光速。在此过程中，雷电电流通过SPD迅速流入大地。在浪涌过后，电压处于工作阀值以下时，电涌保护器又会迅速恢复到高电阻状态。这样，不仅可以保证供电系统的正常运行，还可以保护线路上的电子设备，最大限度地削弱雷电电流对电子设备的冲击。

完整的保护电路一般由多级SPD并联组成，每级均要根据设计要求选取工作阀值不同的SPD，这样才能使流经线路中的

雷电电流逐级减小，最后达到安全值。

2 电涌保护器的分类和技术参数

按照不同的用途，电涌保护器可以分为两大类，即用于电气系统的电源电涌保护器和用于电子信息系统的信号电涌保护器。从工作原理和用途来划分，电源电涌保护器可分为三类，即克罗巴型电涌保护器（电压开关型）、箝压型电涌保护器（限压型）和组合型电涌保护器。

电源电涌保护器的主要技术参数有以下五个：①最大持续工作电压Uc，即允许持续施加于SPD端子间的最大电压有效值（交流方均根电压或直流电压），其值与SPD的额定电压值相同。此外，Uc不应低于线路中可能出现的最大连续运行电压。②SPD的试验级别。SPD试验分为I级试验、II级试验和III级试验。I级试验是对I类SPD进行的标称放电电流（In）、1.2/50 μs冲击电压和10/350 μs最大冲击电流（Iimp）试验，对应为电压开关型SPD；II级试验是对II类SPD进行的标称放电电流（In）、1.2/50 μs冲击电压和8/20 μs波形最大放电电流（Imax）试验，对应为限压型SPD；III级试验是对III类SPD进行的复合波（1.2/50 μs和8/20 μs）试验，对应为组合型SPD。③标称放电电流In（额定放电电流），即流过SPD8/20 μs波形的放电电流峰值（kA）。④最大放电电流Imax，即通过SPD8/20 μs电流波的峰值电流。⑤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。对于电压开关型SPD来说，Up是指规定陡度下的最大放电电压；对于电压限制型SPD来说，Up是指规定电流波形下的最大残压。Up值可从优先值列表中选择。需要注意的是，Up值应大于实测限制电压。实测限制电压是指对SPD施加规定波形和幅值的冲击电压时，在其接线端子间测得的最大电压峰值。电源电涌保护器的这五个技术参数是相关人员在进行防雷设计时选取SPD的重要依据。

3 电压保护水平和能量承受能力的确定

电涌保护器电压保护水平和能量承受能力的确定对于电涌保护器的选取非常重要。对于不同的电涌保护器，这两项值可能不同。这就意味着电涌保护器的类型不同，其用途或适用场合也不同。电涌保护器电压保护水平和能量承受能力确定的具体步骤如下。

电涌保护器电压保护水平确定的主要依据是电涌保护器的耐受力，同时参照绝缘冲击耐受水平和电涌抗扰度。一般情况下，电涌保护器电压保护水平参数由电涌保护器的制造商提供。表1所示为不同电器的耐压能力。

对于电涌保护器能量承受能力的测算，一般需要根据雷电电流参数来估算分流值。根据《建筑物防雷设计规范》（GB 50057—2010），我国的建筑物根据其使用性质、安全性等分为三类：第一类为普通民宅，即发生事故的可能性较小的建筑物；第二类为处于危险环境中的建筑物；第三类为储藏炸药、火药等危险物品的建筑物，即爆炸时会造成大量人员伤亡的建筑物。

4 不同电涌保护器的功能和优缺点

4.1 电压开关型SPD

在没有瞬时过电压时，电压开关型SPD呈现高阻抗；一旦响应雷电瞬时过电压，其阻抗就突变为低阻抗，并允许雷电电流通过。因此，电压开关型SPD也被称为“短路开关型SPD”，一般用于第一级。

4.2 限压型SPD

在没有瞬时过电压时，限压型SPD呈现高阻抗；但随着电涌电流和电压的增加，其阻抗不断降低。限压型SPD的电流、电压特性为强烈非线性，一般用于第二级。

4.3 组合型SPD

组合型SPD由电压开关型组件和限压型组件组成，兼具电压开关型SPD和限压型SPD的特性，这主要决定于所加电压的特性。当安装受条件限制时，用于第一级。

表2所示为三种SPD的优缺点比较情况。

5 电涌保护器的正确选择

电源SPD的选择应综合考虑安装位置的气象因素、建（构）筑物所处的环境、电源引入线的安装类型和防雷系统的接地情况。根据《建筑物防雷设计规范》的相关要求，第一、二类防雷建筑物应在电源引入的总配电箱处装设Ⅰ分类试验的电涌保护器，且电涌保护器的电压保护水平值应≤2.5 kV。当第一保护模式的冲击电流值无法确定时，应取≥12.5 kA。第三类防雷建筑物的要求与第一、二类基本一致，只是没有明确规定冲击电流值的大小，在无法确定冲击电流值时，给出了与第一、二类防雷建筑物相同的冲击电流计算公式。我们也可以将规范中对电涌保护器的要求理解为：在总配电箱处安装Ⅰ级试验的电涌保护器，且其电压保护水平值应不大于2.5 kV，冲击电流值应不小于12.5 kA。

一级SPD确定后，再确定二级SPD……N级SPD的通流量主要由一级SPD的适配和雷电逐级衰减原理计算确定，也可跟据IEC标准或GB 50343—2004规范确定。

在SPD安装方面，接线方式应优先采用V形凯文接法。在采用T形接法连接时，两端引线长度不宜超过0.5 m；连接SPD的材料宜采用多股铜导线，导线截面积要求：Ⅰ级试验≥6 mm2，Ⅱ级试验≥2.5 mm2，Ⅲ级试验≥1.5 mm2，并保证有良好的接地条件。

SPD在运行期间会因长时间工作或处于恶劣环境中而老化，也可能因遭受雷击而导致性能下降，因此，需要定期检测。如果检测结果表明SPD已劣化或失效，应及时更换。

6 结束语

电涌保护器除按国家标准选择和安装外，更重要的是综合考虑当地的气象、地理、环境等因素。在安装完成投入使用后，应定期检查SPD的运行情况。只有保证SPD正常工作，才能达到良好的防护效果，这对于电网系统和个体住户来说非常重要。

参考文献

[1]高云鹏，朱斌，崔浩，等.电涌保护器选型问题分析[J].电气技术，2015（07）：111-113.

[2]林承华.IEC 62305标准中关于电涌保护器SPD装设的探讨[J].宁德师范学院学报（自然科学版），2014（04）：413-415.

[3]王功勇，牛丽英.低压配电系统电涌保护器的选用解析[J].林业科技情报，2012（02）：96-102.

〔编辑：刘晓芳〕