GBT 18802.12-2024 低压电涌保护器（SPD） 第12部分：低压电源系统的电涌保护器 选择和使用导则标准立项发展报告

低压电涌保护器（SPD）第12部分：低压电源系统的电涌保护器选择和使用导则标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Low-VoltageSurgeProtectiveDevices(SPD)—Part12:SurgeProtectiveDevicesConnectedtoLow-VoltagePowerDistributionSystems—SelectionandApplicationPrinciples摘要随着全球信息化进程的加速推进，低压电气电子系统的电磁兼容性与雷电防护能力已成为衡量供电系统安全可靠性的关键指标。电涌保护器（SurgeProtectiveDevice,SPD）作为限制瞬态过电压、泄放电涌电流的核心装置，其工程选择与安装使用直接影响低压电源系统及终端设备的防护效果。本标准项目（GB/T18802.12-2024）系国家标准《低压电涌保护器（SPD）》系列的第12部分，对应IEC61643-12:2020国际标准，规定了低压电源系统中电涌保护器的选择原则、安装位置、配合方式及使用导则。本报告系统梳理了该标准的立项背景、技术演进历程、国内外标准比对、主要技术内容及其创新点，并对标准实施后的预期效益进行了评估与展望。报告指出，该标准的发布实施将有效填补我国在SPD系统工程应用层面的标准空白，为电力、通信、轨道交通、新能源等领域的低压防雷工程提供统一的技术依据，对提升我国电涌防护工程的整体技术水平具有重要的指导意义。关键词：低压电涌保护器；选择与使用导则；电磁兼容；雷电防护；标准体系；IEC标准转化；低压电源系统Keywords:Low-voltagesurgeprotectivedevice;Selectionandapplicationprinciples;EMC;Lightningprotection;Standardsystem;IECstandardadoption;Low-voltagepowerdistributionsystem1引言1.1研究背景雷电灾害被联合国列为最严重的十种自然灾害之一。我国是全球雷暴活动最为频繁的国家之一，年平均雷暴日数超过40天的地区约占国土面积的60%以上。随着社会信息化程度的不断提高，以微电子技术为基础的各类敏感设备——包括通信基站、数据中心、工业控制系统、智能楼宇设备以及新能源发电设施——大规模接入低压供电网络，雷电过电压及操作过电压对上述设备造成的损坏风险日益突出。电涌保护器（SPD）作为低压配电系统中抑制瞬态过电压的关键装置，其合理选择与正确使用是确保防护效果的前提。然而，SPD的性能参数繁多、适用场景各异，工程实践中"选型不当""安装不合理""配合失误"等问题普遍存在，导致防护效果不佳甚至引发安全事故。因此，制定统一、科学、可操作的选择与使用导则成为行业发展之必需。1.2标准项目概况GB/T18802.12-2024《低压电涌保护器（SPD）第12部分：低压电源系统的电涌保护器选择和使用导则》由全国避雷器标准化技术委员会（SAC/TC81）提出并归口，于2024年5月28日由国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会正式发布，自2024年9月1日起实施。该标准修改采用IEC61643-12:2020国际标准，替代原GB/T18802.12-2014版本。本标准的发布实施是我国低压电涌保护器标准体系与国际接轨进程中的重要里程碑，对指导和规范低压电源系统电涌保护器的工程应用具有重大现实意义。2标准体系与国际对标分析2.1国际标准体系概览国际电工委员会（IEC）第37A分技术委员会（IEC/TC37A）负责低压电涌保护器标准化工作，已构建形成完备的标准体系框架。其中，IEC61643系列标准是低压SPD领域的核心标准族，具体包括：-IEC61643-11：低压电涌保护器——第11部分：连接至低压电源系统的电涌保护器——要求和试验方法；-IEC61643-12：低压电涌保护器——第12部分：连接至低压电源系统的电涌保护器——选择和使用导则；-IEC61643-31：低压电涌保护器——第31部分：光伏系统的电涌保护器——要求和试验方法；-IEC61643-32：低压电涌保护器——第32部分：光伏系统的电涌保护器——选择和使用导则；-IEC61643-41：低压电涌保护器——第41部分：电信和信号网络的电涌保护器——要求和试验方法。上述标准中，"11/31/41"系列属于产品性能要求和试验方法标准，是判定SPD产品质量与性能等级的技术依据；"12/32"系列则作为应用导则类标准，着重解决SPD在工程实践中的选型、安装与配合等应用层面的技术问题。二者相辅相成，共同构成"产品—应用"闭环的标准体系架构。2.2我国标准体系与对应关系我国低压电涌保护器标准体系主要采用等同采用（IDT）或修改采用（MOD）IEC标准的方式建立。GB/T18802系列标准与IEC标准的对应关系如下：|我国标准编号|对应IEC标准|采用关系|标准性质||:---|:---|:---|:---||GB/T18802.11-2020|IEC61643-11:2011|等同采用（IDT）|产品要求和试验||GB/T18802.12-2024|IEC61643-12:2020|修改采用（MOD）|选择和使用导则||GB/T18802.31-2016|IEC61643-31:2018|等同采用（IDT）|光伏系统SPD要求||GB/T18802.32-XXXX|IEC61643-32:2017|等同采用（IDT）|光伏系统SPD应用||GB/T18802.21-2016|IEC61643-21:2012|等同采用（IDT）|电信信号网络SPD|2.3本次修订的技术要点本次GB/T18802.12-2024修订所依据的IEC61643-12:2020版本相较于2014年发布的上一版本（IEC61643-12:2008），在技术内容上实现了多项实质性更新：1.新增SPD能量配合的数值仿真方法：引入了基于计算机仿真的SPD级间配合分析方法，提出了仿真模型的建立流程和参数验证要求；2.更新了SPD失效模式与安全保护措施：补充了SPD热脱扣和短路的失效模式分析，完善了过电流保护装置（如熔断器或断路器）的选配准则；3.细化了不同接地系统（TN、TT、IT）中的连接方式：针对各类低压配电接地型式给出了差异化的SPD连接方案和等电位联结要求；4.增加了直流电源系统SPD选择导则：涵盖直流配电系统中SPD的选型参数计算和安装要求；5.更新了电磁兼容（EMC）相关要求：补充了SPD安装与电磁兼容性之间的协调措施，特别是关于辐射电磁场的防护距离要求；6.完善了SPD寿命周期管理的内容：增加了SPD状态指示、在线监测及预防性维护的指导建议。上述更新内容集中反映了当前国际电涌防护技术的先进理念和发展方向，对提升我国低压SPD工程应用水平具有重要借鉴价值。3标准主要技术内容3.1标准适用范围本标准规定了低压电源系统中电涌保护器的选择原则、安装位置确定、级间配合方法、电气连接要求以及使用维护导则。适用于连接到交流额定电压不超过1000V（有效值）或直流额定电压不超过1500V的低压配电系统中的电涌保护器。标准同时涵盖了SPD在各类建筑物低压配电系统中的应用场景，包括但不限于工业厂房、商业建筑、民用住宅、通信局站、数据中心及新能源发电设施等。需要说明的是，本标准不涉及电涌保护器的产品性能要求和试验方法——此类内容由GB/T18802.11-2020（等同采用IEC61643-11:2011）予以规定。在应用本标准时，应同时对照产品标准的具体参数要求进行综合判断。3.2核心术语与定义标准对以下关键术语进行了规范化定义：-电涌保护器（SPD）：用于限制瞬态过电压和分流浪涌电流的装置，至少包含一个非线性元件；-标称放电电流（Iₙ）：流过SPD的具有8/20μs波形峰值的电流值，用于Ⅱ级试验的SPD分级和Ⅰ级试验SPD的预处理；-冲击电流（Iimp）：用于Ⅰ级试验的SPD，定义其放电电流参数，包含Q（电荷量）和W/R（比能量）两个分量；-电压保护水平（Uₚ）：表征SPD端子间电压限制特性的参数，该值应小于被保护设备的耐冲击电压额定值；-暂时过电压（TOV）：电力系统中特定位置出现的持续较长时间的过电压；-有效电压保护水平（Uₚ₊ΔU）：考虑SPD连接导线附加电压降后的综合保护水平。3.3SPD的类型划分标准依据IEC61643-11的试验分类方法，将SPD按试验级别划分为以下三种类型：（1）Ⅰ级试验SPD（ClassⅠ）适用于直击雷或邻近雷击引起的高能量电涌防护。其试验波形为10/350μs冲击电流，具有较高的通流容量，通常安装于建筑物雷电防护区边界（LPZ0A-LPZ1）处，即各级配电系统入口处。典型应用场景为：安装了外部雷电防护系统（接闪装置）的建筑物总配电柜、有防雷要求的工矿企业进线柜等。（2）Ⅱ级试验SPD（ClassⅡ）适用于感应雷及操作过电压的防护，其试验波形为8/20μs标称放电电流，是应用最广泛的SPD类型。通常安装于分配电柜、楼层配电箱等LPZ1-LPZ2边界处。（3）Ⅲ级试验SPD（ClassⅢ）适用于终端设备附近的精细保护，采用复合波（1.2/50μs开路电压和8/20μs短路电流组合波）进行试验。通常安装于被保护设备前端，如精密仪器、通信设备、医疗设备等敏感终端的电源插座处。标准强调，SPD的选择应注意各级间的能量配合，避免因各级SPD动作特性不匹配导致的保护盲区或SPD过载损坏。3.4SPD的选择原则3.4.1基本选择流程标准给出了系统的SPD选择流程，主要包括以下步骤：1.确定被保护系统的特征参数（额定电压、额定频率、接地型式等）；2.评估安装环境的雷击风险等级（依据GB/T21714.2风险评估标准）；3.确定SPD安装位置对应的雷电防护区（LPZ）边界；4.选定SPD的类型（Ⅰ、Ⅱ或Ⅲ级试验级别）；5.计算并校验SPD的关键参数（Uₚ、Iₙ/Iimp、Uc等）；6.确定SPD与被保护设备的能量配合方案；7.设计SPD的安装连接方式及过电流保护装置。3.4.2电压保护水平（Uₚ）的选取SPD的电压保护水平Uₚ应小于被保护设备耐受冲击电压额定值Uw。标准明确指出，SPD的有效电压保护水平（考虑连接导线附加电压降）应满足：Uₚ₊ΔU≤Uw其中，ΔU为SPD两端连接导线上因电涌电流流过所产生的附加电压降（近似按1V/m长度估算，具体需根据导线电感和电流变化率计算）。标准要求SPD连接导线应尽量短而直，总长度不宜超过0.5m，以确保有效电压保护水平不显著劣化。3.4.3放电电流参数的确定SPD放电电流参数的确定应基于安装位置处的雷击风险评估结果。标准给出了不同雷电防护等级下SPD最小通流能力的推荐值。例如：-在LPZ0A与LPZ1边界处（如建筑物总配电柜），当存在直击雷风险时，应选用Ⅰ级试验SPD，其冲击电流Iimp不宜小于12.5kA（10/350μs）每极（对应雷电防护等级Ⅰ-Ⅳ）；-在LPZ1与LPZ2边界处（如分配电柜），Ⅱ级试验SPD的标称放电电流Iₙ不宜小于20kA（8/20μs）；-在LPZ2与LPZ3边界处（如终端设备前端），Ⅲ级试验SPD的组合波参数应满足设备接口的防护需求。3.5SPD的安装与配合3.5.1级间配合当系统中设置多级SPD进行协同保护时，各级SPD之间的能量配合至关重要。标准给出了三种配合设计方法：方法一：按制造商规定的配合参数。SPD制造商应在其技术文档中明确标注产品与其他级别SPD配合使用时所需的最小导线长度或退耦器件参数，使用方应按此参数进行安装设计。方法二：退耦器件法。当SPD级间距离不能满足自然退耦要求（通常为10m导线长度）时，应串联接入退耦电感，其感量应根据电涌电流的上升陡度（di/dt）和SPD的能量耐受能力计算确定。方法三：数值仿真分析法。利用电磁暂态仿真软件建立SPD非线性模型，通过时域仿真分析各级SPD在电涌冲击下的能量分配情况，验证配合方案的可行性。标准附录中给出了SPD的仿真模型参数提取方法和验证流程。此外，本次修订版标准新增了基于SPD能量配合的数值仿真方法的内容，推荐在大型复杂配电系统中采用专业仿真工具辅助配合设计，以提高配合设计的精确度和可靠性。3.5.2连接方式标准根据低压配电系统的接地型式（TN-S、TN-C、TN-C-S、TT、IT），分别给出了SPD的接线方式。其中，在TN-C系统中，SPD不应连接于PEN导体与PE导体之间；在TT系统中，SPD应接于相线与PE线之间以及PE线与N线之间（如需要），且应配置剩余电流保护装置。各接地型式下的SPD连接拓扑图、导线截面选择要求、接地连接路径优化方案等均在标准中以规范性附录形式给出。3.5.3过电流保护装置标准要求SPD应配置相应的过电流保护装置（如熔断器或断路器）作为后备保护。过电流保护装置的额定电流选择应考虑以下因素：SPD的标称放电电流、电源系统的预期短路电流、SPD热脱扣装置的配合特性等。标准同时给出了过电流保护装置与SPD配合的推荐配置表和判断准则。4标准修订背景与国内外发展现状4.1国际发展动态IEC61643-12自1995年首次发布以来，历经多次修订。现行版本IEC61643-12:2020反映了国际社会对SPD应用技术的最新共识，其主要技术演进趋势包括：-从孤立器件选型向系统级防护方案设计的转变；-从确定性设计方法向风险导向设计方法的过渡；-从静态参数匹配向动态仿真验证的升级；-对SPD全寿命周期管理理念的深化。在欧盟、北美等发达地区，SPD选择与使用导则已被纳入建筑电气设计强制性标准体系，成为低压电气工程设计的必备依据。国际电信联盟（ITU）及国际防雷委员会（ICLP）亦持续关注SPD应用技术的最新进展。4.2国内发展现状及问题我国于2006年首次发布GB/T18802.12，等同采用IEC61643-12:2002版本，2014年进行了第一次修订。但随着近年来我国基础设施建设的迅猛发展，原标准在应用中逐渐暴露出以下不足：1.技术内容相对滞后：原标准未反映IEC61643-12:2008及后续版本新增的技术内容，在SPD仿真配合、智能监测、状态评价等方面存在空白；2.应用覆盖面不足：对光伏、储能、充电桩等新型直流应用场景缺乏针对性指导；3.与现行标准体系衔接不畅：与GB5