浪涌保护器的安装

1、浪涌保护器的有关知识和安装电涌保护器( SPD )工作原理和结构电涌保护器( Surge protection Device )是电子设备雷电防护中不可缺少的一种 装置，过去常称为 避雷器”或过电压保护器”英文简写为SPD.电涌保护器的作用是把窜 入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内，或将强 大的雷电流泄流入地，保护被保护的设备或系统不受冲击而损坏。电涌保护器的类型和结构按不同的用途有所不同， 但它至少应包含一个非线性电压限 制元件 。用于电涌保护器的基本元器件有：放电间隙、充气放电管、压敏电阻、抑制二极管和扼流 线圈等。一、SPD的分类1、按工作原理分：1.

2、开关型： 其工作原理是当没有瞬时过电压时呈现为高阻抗，但一旦响应雷电瞬时过 电压时，其阻抗就突变为低值，允许雷电流通过。用作此类装置时器件有：放电间隙、 气体放电管、闸流晶体管等。2. 限压型：其工作原理是当没有瞬时过电压时为高阻扰，但随电涌电流和电压的增加 其阻抗会不断减小，其电流电压特性为强烈非线性。用作此类装置的器件有：氧化锌、 压敏电阻、抑制二极管、雪崩二极管等。3. 分流型或扼流型 分流型：与被保护的设备并联，对雷电脉冲呈现为低阻抗，而对正常工作频率呈现为高阻抗扼流型：与被保护的设备串联，对雷电脉冲呈现为高阻抗，而对正常的工作频率呈现 为低阻抗。用作此类装置的器件有：扼流线圈、高通滤

3、波器、低通滤波器、 1/4 波长短路器等。按用途分：（1 ）电源保护器 ：交流电源保护器、直流电源保护器、开关电源保护器等。（2 ）信号保护器 ：低频信号保护器、高频信号保护器、天馈保护器等。二、 SPD 的基本元器件及其工作原理1.放电间隙（又称保护间隙）：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

4、间隙为角型间隙，它的灭弧功能较前者为好，它是靠回路 的电动力 F 作用以及热气流的上升作用而使电弧熄灭的。2. 气体放电管：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，气体放电管的技术参数主要有：直流放电电压 Udc ；冲击放电电压 Up （一般情况下Up（23） Ude ;工频而授电流In ;冲击而授电流Ip ;绝缘电阻R （109 Q）;极 间电容（ 1-5PF）气体放电管可在直流和交流条件下使用，其所选用的直流放电电压 Udc 分别如下：在直流条件下使用：

5、Ude羽.8U0 （U0为线路正常工作的直流电压）在交流条件下使用：U de羽.44Un （Un为线路正常工作的交流电压有效值）3. 压敏电阻：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（匸CU a中的非线性系数a），通流容量大（ 2KA/em2 ），常态泄漏电流小（10-710-6A ），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。压敏电阻的技术参数主要有：压敏电压（即开关电压） UN ，参

6、考电压 Ulma ；残压 Ures ；残压比 K（ K=Ures/UN ）；最大通流容量 Imax ；泄漏电流；响应时间。压敏电阻的使用条件有：压敏电压：UN母（辺X1.2） /0.7U0 （U0为工频电源额定 电压）最小参考电压：Ulma >（ 1.82） Uae （直流条件下使用）Ulma > （2.22.5） Uae （在交流条件下使用，Uae为交流工作电压）压敏电阻的最大参考电压应由被保护电子设备的耐受电压来确定， 应使压敏电阻的残 压低于被保护电子设备的而损电压水平，即（Ulma ） max <Jb/K，上式中K为残压比, Ub 为被保护设备的而损电压。4 .抑制二

7、极管：抑制二极管具有箝位限压功能，它是工作在反向击穿区，由于它具有箝位电压低和动 作响应快的优点，特别适合用作多级保护电路中的最末几级保护元件。抑制二极管在击穿区内的伏安特性可用下式表示：I=CU a,上式中a为非线性系数，对于齐纳二极管a=79，在雪崩二极管 a=57.抑制二极管的技术参数主要有（1）额定击穿电压，它是指在指定反向击穿电流（常为 lma ）下的击穿电压，这于 齐纳二极管额定击穿电压一般在 2.9V4.7V 范围内，而雪崩二极管的额定击穿电压常 在 5.6V 200V 范围内。（2 ）最大箝位电压：它是指管子在通过规定波形的大电流时，其两端出现的最高电 压。（3 ）脉冲功率：它

8、是指在规定的电流波形（如 10/1000血）下，管子两端的最大箝位电压与管子中电流等值之积。（ 4 ）反向变位电压：它是指管子在反向泄漏区，其两端所能施加的最大电压，在此电压下管子不应击穿。此反向变位电压应明显高于被保护电子系统的最高运行电压峰 值，也即不能在系统正常运行时处于弱导通状态。（5）最大泄漏电流：它是指在反向变位电压作用下，管子中流过的最大反向电流。（6）响应时间： 10-11s5. 扼流线圈：扼流线圈是一个以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件，它由两个尺寸相 同，匝数相同的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上，形成一个四端器件，要对 于共模信号呈现出大电感具有抑制作用， 而对于差模

9、信号呈现出很小的漏电感几乎不起 作用。扼流线圈使用在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号（如雷电干扰），而对线 路正常传输的差模信号无影响。这种扼流线圈在制作时应满足以下要求：1）绕制在线圈磁芯上的导线要相互绝缘，以保证在瞬时过电压作用下线圈的匝间不 发生击穿短路。2）当线圈流过瞬时大电流时，磁芯不要出现饱和。3）线圈中的磁芯应与线圈绝缘，以防止在瞬时过电压作用下两者之间发生击穿。4）线圈应尽可能绕制单层，这样做可减小线圈的寄生电容，增强线圈对瞬时过电压 的而授能力。6. 1/4 波长短路器1/4 波长短路器是根据雷电波的频谱分析和天馈线的驻波理论所制作的微波信号电涌 保护器，这种保护器中的金属

10、短路棒长度是根据工作信号频率（如 900MHZ 或 1800MHZ ）的 1/4 波长的大小来确定的。此并联的短路棒长度对于该工作信号频率来 说，其阻抗无穷大，相当于开路，不影响该信号的传输，但对于雷电波来说，由于雷电 能量主要分布在 n+KHZ 以下，此短路棒对于雷电波阻抗很小，相当于短路，雷电能量 级被泄放入地。由于 1/4 波长短路棒的直径一般为几毫米，因此耐冲击电流性能好，可达到 30KA（8/20 g）以上，而且残压很小，此残压主要是由短路棒的自身电感所引起的，其不足 之处是工频带较窄，带宽约为2 %20 %左右，另一个缺点是不能对天馈设施加直流偏 置，使某些应用受到限制。几种常见的

11、接地方式在接地保护形式中分三种:TN系统,TT系统,IT系统.1. TN 系统 中性点直接接地 ,并引出有中性线 ,保护线或保护中性线 （顾名思 义 ,中性线和地线合为了一体 ）属于三相四线制系统 ,系统有个特点就是 ,设备不 单独接地，只系统接地根据中性线N与保护线PE是否合并的情况，TN系统又分为 TN-C、TN-S 及 TN-C-S。a）TN C系统：L1L2L3+PEN （二者合一）整个系统的中性导体和保护导 体是合一的 。在 TN-C 系统中，保护线与中性线合并为 PEN 线，具有简单、经济的 优点。当发生接地故障时，故障电流大，可采用一般过电流保护电器切断电源，以保证 安全。但对于

12、单相负荷或三相不平衡负荷以及有谐波电流负荷的线路，正常 PEN 线有 电流，其所产生的压降呈现在电气设备的金属外壳和线路金属套管上，这对敏感的电子 设备不利。另外， PEN 线上的微弱电流在爆炸危险环境也能引起爆炸，因此，我国爆 炸危险环境电力设备设计规范 中明确规定：在1、10区爆炸危险环境中不能采用 TN-C 系统。同时由于 PEN 线在同一建筑物内往往相互有电气连接，当 PEN 线断线或相线直 接与大地短路时，都将呈现相当高的对地故障电压，这时可能扩大事故范围。b）TN S系统：L1L2L3+PE （保护线）+N （中性线） 整个系统的中性导体和保 护导体是分开的 。在 TN-S 系统中

13、，保护线与中性线分开，具有 TN-C 系统的优点， 但价格较贵。由于正常情况下 PE线不通过负荷电流，与PE线相连的电气设备金属外 壳不带电位，所以适用于数据处理和精密电子仪器设备的供电，也可用于有爆炸危险的 环境中。在民用建筑中，家用电器大都有单独接地极的插头，采用 TN-S 供电，既方便 又安全。但 TN-S 系统仍不能解决相线对大地适中引起电压升高和对地故障电压的蔓延 问题。c）TN C S系统：L1L2L3+前半部PEN，后半部PE+N 系统中一部分线路的 中性导体和保护导体是合一的。 在 TN-C-S 系统中， PEN 线自某点起分为保护线和 中性线，（一般在配电系统）分开以后， N

14、线应对地绝缘。为了防止分开后的 PE线与 N线混淆，应按国标GB7947-87的规定，给PE线和PEN线涂以黄绿相间的色标，给 N线涂以浅蓝色色标。PEN自分开后，PE线与N线不能再合并，否则将丧失分开后形 成的 TN-S 系统的特点。TN-C-S 是广泛采用的配电系统，在工矿企业中，对电位敏感的电气设备往往设置在线 路末端，而线路前端大多数为固定设备， 因此，到了线路末端改为 TN-S 系统十分不利。 在民用建筑中，电源线路采用 TN-C 系统，进入建筑物内改为 TN-S 系统。这种系统， 线路结构简单又能保证一定的安全水平。在电源侧的 PEN 线上难免有一定的电压降， 但对工矿企业的固定设

15、备及作为民用建筑的电源线都没有影响， PEN 分开后即有专用的 保护线，可以确保 TN-S 所具有的特点。2. TT系统也属于三相四线制系统，但除了系统接地外，用电设备分别单独接 地.3. IT系统是中性点不接地或经1k Q阻抗接地，其他用电设备单独接地.通常 不引出 N 线.术语 重复接地重复接地在采用保护接零的中性点直接接地系统中，除在中性点作工作接地外，还必须在零线上一处或多处重复接地，保护零线除必须在配电室或总 配电箱处作重复接地外，还必须在配电线路的中间和末端处重复接地。即在施工 现场内，重复接地装置不应少于三处，每一处重复接地装置的接地电阻值应不大 于10 Q。重复接地的作用 在有

16、重复接地的低压供电系统中，当发生接地短路时在低压 电网已作了工作接地时，应采用保护接零，不应采用保护接地。因为用电设备发 生碰壳故障时，1、 采用保护接地时，故障点电流太小，对1.5kW 以上的动力设备不能使熔 断器快速熔断，设备外壳将长时间有 110V的危险电压；而保护接零能获取大的短 路电流，保证熔断器快速熔断，避免触电事故。2、 每台用电设备采用保护接地，其阻值达4 Q,需要一定数量的钢材打入地 下费工费材料，而采用保护接零敷设的零线可以多次周转使用，从经济上也是比较合理的。但是在同一个电网内，不允许一部分用电设备采用保护接地，而另外一部分 设备采用保护接零，这样是相当危险的，如果采用保

17、护接地的设备发生漏电碰壳 时，将会导致采用保护接零的设备外壳同时带电。浪涌保护器的安装方法浪涌保护器（SPD）的选择一般有如下几步：（ 1 ） 根据不同的电源制式及现场的实际情况选择 UC 值；（ 2） 根据 SPD 的保护距离确定其安装位置；（ 3） 安装的 SPD 在正常情况下不会对设备产生故障，故障情况下不会对设备产生干 扰；（ 4） 根据 SPD 的具体安装位置和被保护设备的电压耐受水平选择合适的 SPD；（ 5） 考虑各级 SPD 之间的能量配合。浪涌保护器安装规则1. 尽可能安装在建筑物入口处。2. 应尽量靠近被保护设备。3. SPD 的连接线尽可能短和直。4. 在入口处安装一个

18、SPD1 后，第二个 SPD2 应靠近设备安装。5. I、U、川类试验的SPD可用于入口处，U、川类试验的SPD可用于安装在靠近设 备处。6. SPD安装在雷电防护区（LPZ）的交界处。电源线路浪涌保护器（SPD）的安装应符合下列规定：1电源线路的各级浪涌保护器（SPD ）应分别安装在被保护设备电源线路的前端， 浪涌保护器各接线端应分别与配电箱内线路的同名端相线连接。 浪涌保护器的接地端与 配电箱的保护接地线（PE ）接地端子板连接，配电箱接地端子板应与所处防雷区的等电 位接地端子板连接。各级浪涌保护器（SPD ）连接导线应平直，其长度不宜超过0.5m2 带有接线端子的电源线路浪涌保护器应采用

19、压接；带有接线柱的浪涌保护器宜采用线鼻子与接线柱连接。3 浪涌保护器（ SPD ）的连接导线最小截面积宜符合下表的规定。避雷器连接导线应平直，其长度不宜大于 0.5m 。当电压开关型浪涌保护器至限压 型浪涌保护器之间的线路长度小于 10m 、限压型浪涌保护器之间的线路长度小于 5m 时，在两级浪涌保护器之间应加装退耦装置。当浪涌保护器具有能量自动配合功能时， 浪涌保护器之间的线路长度不受限制。浪涌保护器（ SPD ） 连接导线最小截面积 导线截面（ mm2 ）保护级别*SPD 的类型 *SPD连接相线铜导线 *SPD接地端连接铜导线一级开关型或限压型1625第二级限压型1016第三级限压型61

20、0第四级限压型 4 6注：混合型 SPD 参照相应保护级别的截面积选择。天馈线路浪涌保护器（ SPD ）的安装应符合下列规定：1 天馈线路浪涌保护器 SPD 应串接于天馈线与被保护设备之间， 宜安装在机房内设 备附近或机架上，也可以直接连接在设备馈线接口上。2 天馈线路浪涌保护器 SPD 的接地端应采用截面积不小于 6mm2 的铜芯导线就近 连接到直击雷非防护区（LPZOA）或直击雷防护区（LPZOB）与第一防护区（LPZ1） 交界处的等电位接地端子板上，接地线应平直。信号线路浪涌保护器（SPD）的安装应符合下列规定：1 信号线路浪涌保护器 SPD 应连接在被保护设备的信号端口上。浪涌保护器

21、SPD 输出端与被保护设备的端口相连。浪涌保护器 SPD 也可以安装在机柜内，固定在设备 机架上或附近支撑物上。2 信号线路浪涌保护器 SPD 接地端宜采用截面积不小于 1.5mm2 的铜芯导线与设 备机房内局部等电位接地端子板连接，接地线应平直。 33 浪涌保护器 SPD 应安装牢固，其位置及布线正确。浪涌保护器的检查要求基本要求1 应使用经国家认可的检测实验室检测 ,符合 GB188O2.1 和 GB/T188O2.21 标准 的产品。2原则上SPD和等电位连接位置应在各防雷区的交界处，但当线路能承受预 期的电涌电压时，SPD可安装在被保护设备处。3必须能承受预期通过它们的雷电流，并具有通

22、过电涌时的电压保护水平和有熄 灭工频续流的能力。当电源采用TN系统时，从总配电盘（箱）开始引出的配电线路和分支线路必须采用 TN-S系统。选择220/380V三相系统中的电涌保护器，Uc值应符合本标准下表的规定在各种低压配电系统接地型式时SPD的最小Uc值电涌保护器连接于低压交流配电接地型式TT系统TN-C 系统TN-S 系统引出中性线的IT系统不引出中性线的IT系统每一相线和中性线间1.15U。不适用1.15U。1.15U。不适用每一相线和PE线间1.15U。不适用1.15U。1.15U。1.15U。中性线和PE线间1.15U。不适用1.15U。1.15U。不适用每一相线和 PEN线间不适用

23、1.15U。不适用不适用不适用注：1 U。指低压系统相线对中性线的标称电压，U为线间电压，U= V3UOo2在TT系统中，SPD在RCD的负荷侧安装时，最低 Uo值不应小于1.55 Uo，此时安装形式为L-PE和N-P ;当SPD在RCD的电源侧安装时，应采用“ 3+1 ”形式，即L-N和N-PE，Uc值不应小于1.15UO。3 Uc应大于Ucso选择电子系统中信息技术设备信号电涌保护器，Uc值一般应高于系统运行时信号线上的最高工作电压的1.2倍，下表提供了常见电子系统的参考值。常用电子系统工作电压与 SPD额定工作电压的对应关系参考值序号通信线类型额定工作电压NSPD额定工作电压/V1DDN

24、/X.25/ 帧中继<6或406018 或 802xDSL<61832M数字中继<56.5表5（续）序号通信线类型额定工作电压NSPD额定工作电压N4ISDN40805模拟电话线<1101806100M以太网<56.57同轴以太网<56.58Rs232<12189RS422/485<5610视频线<66.511现场控制<2429SPD两端的连线应符合本标准连接导线的最小截面要求，SPD两端的引线长度不宜超过0.5m。SPD应安装牢固。低压配电系统对SPD的要求1电源SPD的Up应低于被倮护设各的耐冲击过电压额定值 Uw , 一般应加上

25、20. % 的安全裕量，即有效的电压保护水平 Upcd低于0.8倍的Uw。Uw值可参见下表U 为SPD两端引线上产生的电压，一般取 1kV/m(8/20us20kA 时)。220/380V 三相系统各种设备耐冲击过电压额定值(Uw)设备位置电源处的设备配电线路和最后分支线路的设备用电设备特殊需要保护设备耐冲击过电压类别"类川类n类I类耐冲击过电压额定值(kV)642.51.5注:l类一一需要将瞬态过电压限制到特定水平的设备，如含有电子电路的设备，计算机及含有计算机程序的用电设备。n类一一如家用电器 (不含计算机及含有计算机程序的家用电器)、手提工具、不间断电源设各(UPs)、整流器和

26、类似负荷。川类一一如配电盘、断路器、包括电缆、母线、分线盒、开关、插座等的布线系统，以及应用于工业的设备和永久接至固定装置的固定安装的电动机等的一些其他设备。"类一一如电气计量仪表、一次线过流保护设各、波纹控制设备。2当被保护设备的Uw与Uo(AU)的关系满足时，被保护设各前端可只加一级SPD，否则应增加SPD2乃至SPD3，直至满足规定为止。电源SPD的布置1在LPZOa或LPZOb区与LPZI区交界处，在从室外引来的线路上安装的SPD应选用符合I级分类试验的浪涌保护器，其limp值可按GB50057规定的方法选取。当难于计算时，可按GB16895.22的规定，当建筑物已安装了防直

27、击雷装置， 或与 其有电气连接的相邻建筑物安装了防直击雷装置时，每一相线和中性线对PE之间SPD的冲击电流Iimp值不应小于12.5Ka ;采用3+1形式时，中性线与PE线间不宜小于 50kA(10/35Ous)。对多极SPD，总放电电流 koal不宜小于50kA(10/35Ous)。当进线 完全在LPZOb或雷击建筑物和雷击与建筑物连接的电力线或通信线上的失效风险可以 忽略时，采用In测试的SPD( n类试验的SPD)。注:当雷击类型为S3型时，架空线使用金属材料杆(含钢筋混凝土杆)并采取接地措 施时和雷击类型为S4型时，SPD1可选用U级和川级分类试验的产品，In值不应小于 5kA 。2在

28、LPZI区与LPZ2区交界处，分配电盘处或 UPS前端宜安装第二级SPD。其 标称放电电流I n不宜小于5kA(8/20us)。3在重要的终端设备或精密敏感设备处，宜安装第三级SPD，其标称放电电流In 值不宜小于 3kA(8/20us) 。4 当在线路上多处安装 SPD 时， SPD 之间的线路长度应按试验数据采用； 若无此 试验数据时，电压开关型 SPD 与限压型 SPD 之间的线路长度不宜小于 10m ，若小于 10m 应加装退耦元件。限压型 SPD 之间的线路长度不宜小于 5m ，若小于 5m 应加装 退耦元件。5安装在电路上的SPD，其前端应有后备保护装置过电流保护器。如使用熔断器，

29、 其值应与主电路上的熔断电流值相配合。即应当根据电涌保护器(SPD)产品手册中推荐的过电流保护器的最大额定值选择。如果额定值大于或等于主电路中的过电流保护器 时，则可省去。6 SPD 如有通过声、光报警或遥信功能的状态指示器，应检查 SPD 的运行状态和 指示器的功能。7 连接导体应符合相线采用黄、绿、红色，中性线用浅蓝色，保护线用绿/黄双色线的要求。电信和信号网络 SPD 的布置1连接于电信和信号网络的SPD其电压保护水平Up和通过的电流Ip应低于被保 护的信息技术设备(ITE)的耐受水平。2在LPZOa区或LPZOb区与 LPZ1区交界处应选用I imp 值为0.5 kA 2.5kA(1o

30、/350us 或 10/250us)的 SPD 或 4kV(10/700us)的 SPD;在 LPZ1 区与 LPZ2 区交界处应选用 Uoc 值为 0.5kV 10kV(1.2/50us)的 SPD 或 0.25kA 5kA(8/2o us) 的SPD;在LPZ2区与LPZ3区交界处应选用0.5kV1kV(1.2/50us)的SPD或0.25kA 0.5kA(8/20us) 的 SPD。3网络入口处通信系统的SPD,尚应满足系统传输特性，如比特差错率(BER)、带 宽、频率、允许的最大衰减和阻抗等。对用户的IT系统，应满足BER、近端交扰(NEXT)、 允许的最大衰减和阻抗等。 对有线电视系

31、统， 应满足带宽、回波损耗、 450Hz 时允许最 大衰减和阻抗等特性参数。4信号电涌保护器(SPD)原则上应设置在金属线缆进出建筑物(机房)的防雷区界面 处，但由于工艺要求或其他原因，受保护设各的安装位置不会正好设在防雷区界面处， 在这种情况下，当线路能承受所发生的电涌电压时，也可将信号电涌保护器 (SPD)安装 在保护设备端口处。信号电涌保护器(SPD)与被保护设备的等电位连接导体的长度应尽 可能短，以减少电感电压降对电压保护水平的影响。导线连接过渡电阻应不大于 0.03 QoSPD 的检查1用N-PE环路电阻测试仪。测试从总配电盘(箱)引出的分支线路上的中性线(N)与保护线(PE)之间的

32、阻值，确认线路为 TN-C或TN-C-S或TN-S或TT或IT系统。2 检查并记录各级 SPD 的安装位置，安装数量、型号、主要性能参数 （如 Uc 、In、I max、I imp、Up等）和安装工艺（连接导体的材质和导线截面，连接导线的色标，连 接牢固程度 ）。3 对 SPD 进行外观检查： SPD 的表面应平整，光洁，无划伤，无裂痕和烧灼痕或 变形。 SPD 的标志应完整和清晰。4 检查 SPD 是否具有状态指示器。 如有 ,则需确认状态指示应与生产厂说明相一致。5 检查安装在电路上的 SPD 限压元件前端是否有脱离器。如 SPD 无内置脱离器 , 则检查是否有过电流保护器6 检查安装在配电系统中的 SPD 的 Uc 值应符合上表的规定要求。7 检查 SPD 安装工艺和接地线与等电位连接带之间的过渡电阻。电源 SPD 的测试1 SPD 运行期间，会因长时间工作或因处在恶劣环境中而老化，也可能因受雷击电涌 而引起性能下降、 失效等故障。因此需定期