浪涌保护器(SPD)的选型

SPD在设计中的应用 石家庄德实防雷技术有限公司王铁山 目录 第一部分 常用防雷元件及工作原理第二部分 常用SPD简介第三部分 SPD设计第四部分 公司介绍 第一部分 常用防雷元件及工作原理 1 压敏电阻2 放电管3 放电间隙4 抑制二极管5 退耦器 1 1压敏电阻 方形包封片 它是以ZnO为主要成分的金属氧化物半导体非线性电阻 当作用在其两端的电压达到一定数值后 电阻对电压十分敏感 它的工作原理相当于多个半导体P N的串并联 压敏电阻的特点是非线性特性好 I CU 中的非线性系数 通流容量大 2KA cm2 常态泄漏电流小 10 7 10 6A 残压低 取决于压敏电阻的工作电压和通流容量 对瞬时过电压响应时间快 10 8s 无续流 压敏电阻的最大特点是当加在它上面的电压低于它的阀值 UN 时 流过它的电流极小 相当于一只关死的阀门 当电压超过UN时 流过它的电流激增 相当于阀门打开 利用这一功能 可以抑制电路中经常出现的异常过电压 保护电路免受过电压的损害 1 2压敏电阻 2 1放电管 它是由相互离开的一对冷阴板封装在充有一定的惰性气体 Ar 的玻璃管或陶瓷管内组成的 为了提高放电管的触发概率 在放电管内还有助触发剂 这种充气放电管有二极型的 也有三极型的 气体放电管具有载流能力大 响应时间快 电容小 体积小 成本低 性能稳定及寿命长等特点 缺点是点燃电压高 在直流电压下不能恢复截止状态 不能用于保护低压电路 每次经瞬变电压作用后 性能还会下降 2 2放电管 它一般由暴露在空气中的两根相隔一定间隙的金属棒组成其中一根金属棒与所需保护设备的电源相线L1或零线 N 相连 另一根金属棒与接地线 PE 相连接 当瞬时过电压袭来时 间隙被击穿 把一部分过电压的电荷引入大地 避免了被保护设备上的电压升高 这种放电间隙的两金属棒之间的距离可按需要调整 结构较简单 其缺点时灭弧性能差 改进型的放电间隙为角型间隙 它的灭弧功能较前者为好 它是 回路的电动力F作用以及热气流的上升作用而使电弧熄灭的 3 放电间隙 4 1抑制二极管 TransientVoltageSuppressor 简称TVS 是一种二极管形式的高效能保护器件 当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时 它能以10的负12次方秒量级的速度 将其两极间的高阻抗变为低阻抗 吸收高达数千瓦的浪涌功率 使两极间的电压箝位于一个预定值 有效地保护电子线路中的精密元器件 免受各种浪涌脉冲的损坏 由于它具有响应时间快 瞬态功率大 漏电流低 击穿电压偏差 箝位电压较易控制 无损坏极限 体积小等优点 4 2抑制二极管 5 退耦器 适用范围 本产品适用于下列情况 1 前级防雷器为开关型 后级为限压型 两级之间线缆长度小于10米时 2 前级 后级防雷器都为限压型 两级之间线缆长度小于5米时 本产品串接于两极之间 起到能量配合的作用 即为了保证响应速度快但通流能力小的后级防雷器在工作时通过的能量不超过自身最大承受能量 并把余下的更大的能量及时交换到反应慢但通流能力大的前级防雷器上 主要用在小型机房 野外基站 单台设备等等 产品特点 以电感代替所需的导线长度 协调前后两级防雷器动作 减少电磁感应干扰 令级间防雷器动作相响应更紧凑 标准模块化设计 35MM导轨安装 使用方便 6 几种SPD元器件原理和对比 第二部分 常用SPD简介 1 模块型交流电源SPD2 电源防雷箱3 终端型电源SPD4 模块型直流电源SPD5 双绞线信号SPD6 控制线信号SPD7 监控系统SPD8 天馈SPD 1 1 1开关型电源防雷器 MG 50B 产品特点 主材采用多层石墨间隙和高耐热的特氟纶隔环 无漏流 无续流 可安装在电表前端 无需额外加装电路熔断保护装置 泄放能量大 使用寿命长 1 1 2开关型电源防雷器 MG 15 产品特点 标准模块化设计 标准35MM导轨安装 使用方便 核心器件采用压敏电阻 MOV 通流容量大 输出残压低 响应速度快 每只模块都设置两至三组脱扣装置 其中一组芯片老化时 其他正常的芯片可继续使用 外壳采用高阻燃性材料 符合电气安全要求 可附加声光报警遥信模块 1 1 3参数对比 1 2 1复合型电源防雷器 MGBC 30 产品特点 主材采用多层放电管 用压敏点火 通流容量大 输出残压低 解决B级 C级之间安装空间达不到规范要求的问题 适合小机房 基站等 并联安装 无工作瓶颈 1 2 2MGBC 30技术参数 1 2 3德国DEHN同类产品 CSP100 1 3 1限压型电源防雷器 产品特点 标准模块化设计 标准35MM导轨安装 使用方便 核心器件采用高质量压敏电阻 MOV 通流容量大 输出残压低 响应速度快 每只模块都设置两至三组脱扣装置 其中一组芯片老化时 其他正常的芯片可继续使用 外壳采用高阻燃性材料 符合电气安全要求 可附加声光报警遥信模块 B级 M 100 M 80 1 3 2限压型电源防雷器 产品特点 插拔式设计 更换方便 核心器件采用高质量压敏电阻 MOV 通流容量大 输出残压低 响应速度快 脱扣装置隔仓式设计 确保保护器因过热过流 击穿失效时 自动脱离电网 外壳采用高阻燃性材料 符合电气安全要求 可附加声光报警遥信模块 C D级 M 40 M 20 1 3 3参数对比 产品特点 采用多路分流技术设计 防护电平低 使用寿命长 每片氧化锌压敏阀片都带有独立机械脱扣装置 当部分阀片损坏时 其他部分可正常使用 设计有特殊保护电路 具有在非雷击情况下 承受较大线路电压波动的能力 解决了防雷箱自身非雷击损坏的问题 最适合日常线路电压不稳的场所使用 通流容量大 无漏流 3 1式结构 适用多种电路 2 电源防雷箱 耐波动 免维护 防爆 防水 产品特点 同时保护电源和信号 使用方便 核心器件采用高质量压敏电阻 MOV 和气体放电管 通流容量大 输出残压低 响应速度快 全保护模式 共模 差模 保护精细 安全可靠 万用输出端口 通用性强 独立接地端子 保证接地效果 具备接地指示 可监控保护器接地状态 铝合金外壳 坚固 美观 3 电源防雷插座 4 直流电源防雷器 适用范围 本系列产品适用于防雷区域LPZ2区至LPZ3区 D级或III级 直流电源线路的雷电及电涌防护 可用于直流5V 12V 24V 48V 110V设备的防护 如通信机房 电力调度 铁路信号 医疗精密设备 工厂自动化控制的低压配电系统 产品特点 主材采用高质量气体放电管和进口半导体器件 质量稳定 集成式设计 可同时保护8 24路信号 方便使用 采用全保护模式 共模 差模 保护全面 采用两级防护 保护精细 安全可靠 通流容量大 输出残压低 插入损耗小 响应速度快 独立接地端子 保证接地效果 铝合金外壳 坚固 美观 5 1计算机防雷器 产品特点 主材采用高质量气体放电管和进口半导体器件 质量稳定 采用全保护模式 共模 差模 保护全面 采用两级防护 保护精细 安全可靠 通流容量大 输出残压低 插入损耗小 响应速度快 独立接地端子 保证接地效果 附装专用轨道卡后 可安装于35mm轨道 铝合金外壳 坚固 美观 5 2电话线防雷器 产品特点 主材采用气体放电管和进口半导体器件 质量稳定 集成式设计 可同时保护12路信号 方便使用 全保护模式 共模 差模 保护全面 两级防护 保护精细 安全可靠 通流容量大 输出残压低 插入损耗小 响应速度快 标准19 机架式安装 独立接地端子 保证接地效果 铝合金外壳 坚固 美观 6 1控制线防雷器 6 2控制线防雷器 适用范围 本系列产品用途广泛 适用于多种信号线路的雷电及电涌防护 如4 20mA电流环 RS485 RS422 V 24 RS232C 令牌环 工业总线 SDLC V 11 X 27等等 产品特点 主材采用气体放电管和进口半导体器件 质量稳定 全保护模式 共模 差模 保护全面 两级防护 保护精细 安全可靠 通流容量大 输出残压低 插入损耗小 响应速度快 可安装于35mm轨道 设置有线缆屏蔽层接入端口 背面设有接地条 不需单独接地 安装简便 环保PBT外壳 安全 美观 产品特点 主材采用高质量气体放电管和进口半导体器件 质量稳定 集成式设计 可同时保护4路信号 方便使用 采用全保护模式 共模 差模 保护全面 采用两级防护 保护精细 安全可靠 通流容量大 输出残压低 插入损耗小 响应速度快 独立接地端子 保证接地效果 铝合金外壳 坚固 美观 7 1监控机房用视频防雷器 产品特点 主材采用高质量压敏电阻 MOV 气体放电管和进口半导体器件 质量稳定 集成式设计 便于安装 电源 信号均采用全保护模式 共模 差模 保护全面 信号部分采用两级防护 保护精细 安全可靠 通流容量大 输出残压低 插入损耗小 响应速度快 独立接地端子 保证接地效果 铝合金外壳 坚固 美观 7 2摄像机防雷器 7 3网络监控二合一防雷器 适用范围 本产品专门用于采用网线传输的闭路监视系统的固定式摄象机的雷电及电涌防护 可对摄象机等前端设备的电源 信号同时进行保护 产品特点 主材采用高质量压敏电阻 MOV 气体放电管和进口半导体器件 质量稳定 集成式设计 便于安装 电源 信号均采用全保护模式 共模 差模 保护全面 信号部分采用两级防护 保护精细 安全可靠 通流容量大 输出残压低 插入损耗小 响应速度快 独立接地端子 保证接地效果 铝合金外壳 坚固 美观 产品特点 防雷器件采用优质气体放电管 质量稳定 适用信号频率宽 通流容量大 输出残压低 插入损耗小 独立接地端子 保证接地效果 铜制外壳 屏蔽效果好 8 天馈防雷器 第三部分 SPD设计 StandardIEC61024Protectionofstructuresagainstlightning StandardIEC61312ProtectionagainstLEMP StandardIEC61663Lightningprotection Telecommunicationlines TechnicalReportIEC61662AssessmentofriskofdamageduetolightningPublished 1995 04Amendment1toIEC61662Published 1996 05 TechnicalReportIEC61819 Ed 1TestparameterssimulatingtheeffectsofLPScomponentsIEC81 145 CDVForecast 2001TR Part1 GeneralprinciplesIEC61024 1Published 1990 03 Section1 GuideASelectionofprotectionlevelsforlightningprotectionsystemsIEC61024 1 1Published 1993 08 Section2 GuideBDesign installation maintenanceandinspectionoflightningprotectionsystemsPublished 1998 05 Part1 GeneralprinciplesIEC61312 1Published 1995 02 Part2 technicalspecification Shieldingofstructure bondinginsidestructureandearthingIEC61312 2TSPublished 1999 08 Part3 technicalspecification Requirementsofsurgeprotectivedevices SPDs IEC61312 3TSPublished 2000 07Amendment1 AnnexDCoordinationofSPDwithinexistingstructuresIEC81 150 CDForecast 2001 Part4 TechnicalReport ProtectionofequipmentinexistingstructuresPublished 1998 09 Part1 FibreopticinstallationsIEC61663 1Published 1999 07 Part2 LinesusingmetallicconductorsIEC81 164 FDISForecast2001 Part5 ApplicationGuideIEC81 165 CDForecast 2000 IEC61024 1 Ed 2Protectionofstructureagainstfire explosionandlifehazardsIEC81 151 CDVStatus MCRcirculatedForecast 2001 IEC61662 Ed 2TSRiskduetolightningIEC81 156 CDForecast 2001 1 1 防雷规范 IECTC81雷电防护国际标准体系 1 2国家及行业规范 GB50057 2010 建筑物防雷设计规范 GB50343 2004 建筑物电子信息系统防雷技术规范 GB18802 2002 低电压配电系统的电涌保护器 SPD GB50174 93 电子计算机机房设计规范 GB50198 94 民用闭路监视电视系统工程技术规范 GB50348 2004 安全防范工程技术规范 GA T670 2006 安全防范系统雷电浪涌防护技术要求 2电源SPD设计 GB50343 2004 P15 3 0 1建筑物应根据建筑物重要性 使用性质 发生雷电事故的可能性和后果 按防雷要求分为三类 3 0 2在可能发生对地闪击的地区 遇下列情况之一时 应划为第一类防雷建筑物 1凡制造 使用或贮存火炸药及其制品的危险建筑物 因电火花而引起爆炸 爆轰 会造成巨大破坏和人身伤亡者 3 0 3在可能发生对地闪击的地区 遇下列情况之一时 应划为第二类防雷建筑物 1国家级重点文物保护的建筑物 3 0 4在可能发生对地闪击的地区 遇下列情况之一时 应划为第三类防雷建筑物 1省级重点文物保护的建筑物及省级档案馆 2 150057 2010中的部分相关条款 一类防雷建筑物 4 2 3 8 在电源引入的总配电箱处应装设 级试验的电涌保护器 电涌保护器的电压保护水平值应小于或等于2 5kV 每一保护模式的冲击电流值 当无法确定时 冲击电流应取等于或大于12 5kA 二类防雷建筑物 4 3 8 4 在电气接地装置与防雷接地装置共用或相连的情况下 应在低压电源线路引入的总配电箱 配电柜处装设 级试验的电涌保护器 电涌保护器的电压保护水平值应小于或等于2 5kV 每一保护模式的冲击电流值 当无法确定时应取等于或大于12 5kA 2 250057 2010中的部分相关条款 三类防雷建筑物 4 4 7 2 低压电源线路引入的总配电箱 配电柜处装设I级实验的电涌保护器 以及配电变压器设在本建筑物内或附设于外墙处 并在低压侧配电屏的母线上装设I级实验的电涌保护器时 电涌保护器每一保护模式的冲击电流值 当电源线路无屏蔽层时可按本规范式 4 2 4 6 计算 当有屏蔽层时可按本规范式 4 2 4 7 计算 式中的雷电流应取等于100kA 2 350057 2010中的部分相关条款 2 4预期雷击的电涌电流 GB50057 2010 2 550343 2004中相关条款 GB50343 2004 P9 表4 3 1建筑物电子信息系统雷电防护等级的选择表 2 650343 2004中相关条款 GB50343 2004 P17 表5 4 1 2电源线路浪涌保护器标称放电电流参数值 2 7目前市场普遍采用的设计方法 2 8对应设计型号 2 9波形比较 10 350uS 最大冲击电流Iimp 直击雷波形 2 108 20uS 标称放电电流In 2 1110 350usVS8 20us 10 350us 8 20us Q10 350 s 20Q8 20 s 3 常见信号系统防雷设计 GB50343 2004 P18 表5 4 2 1信号线路 有线 浪涌保护器参数 3 1 1计算机网络系统的SPD配置 GB50343中第5 4 5条 1进 出建筑物的传输线路上浪涌保护器的设置 1 A级防护系统宜采用2级或3级信号浪涌保护器 2 B级防护系统宜采用2级信号浪涌保护器 3 C D级防护系统宜采用1级或2级信号浪涌保护器 各级浪涌保护器宜分别安装在直击雷非防护区 LPZ0A 或直击雷防护区 LPZOB 与第一防护区 LPZ1 及第一防护区 LPZ1 与第二防护区 LPZ2 的交界处 2计算机设备的输入 输出端口处 应安装适配的计算机信号浪涌保护器 3 1 2计算机系统常用SPD 3 2 1程控数字交换机的SPD配置 GB50343中第5 4 4条 1程控数字用户交换机及其它通信设备信号线路 应根据总配线架所连接的中继线及用户线性质选用适配的信号线路浪涌保护器 3 2 2程控电话系统常用SPD 3 3 1天馈线路的SPD配置 GB50343中第5 4 3条 3天馈线路浪涌保护器 宜安装在收 通信设备的射频出 入端口处 4具有多付天线的天馈传输系统 每付天线应安装适配的天馈浪涌保护器 当天馈传输系统采用波导管传输时 波导管的金属外壁应与天线架 波导管支撑架及天线反射器作电气连通 并宜在中频信号输入端口处安装适配的中频信号线路浪涌保护器 其接地端应就近接地 3 3 2天馈线路常用SPD 3 4 1火灾自动报警及消防联动控制系统的SPD配置 GB50343中第5 4 7条 1火灾报警控制系统的报警主机 联动控制盘 火警广播 对讲通信等系统的信号传输线缆宜在进出建筑物直击雷非防护区 LPZ0A 或直击雷防护区 LPZOB 与第一防护区 LPZ1 交界处装设适配的信号浪涌保护器 2消防控制中心与本地区或城市 119 报警指挥中心之间联网的进出线路端口应装设适配的信号浪涌保护器 3 4 2火灾报警系统常用SPD 3 5 监控系统的SPD设计 3 5 1产品安装图片 3 5 2安全防范系统的的SPD配置 GB50343中第5 4 6条 1置于户外的摄像机视频线和信号控制线输出 输入端口应设置信号线路浪涌保护器 2主控机 分控机的信号控制线 通信线 各监控器的报警信号线 宜在线路进出建筑物直击雷非防护区 LPZ0A 或直击雷防护区 LPZOB 与第一防护区 LPZ1 交界处装设适配的线路浪涌保护器 3 5 3视频监控系统方案 3 5 4监控系统常用SPD 3 5 5光纤监控