低压电涌保护器的选用 撰 稿：黄 宏 龙 n雷电是一种常见的自然现象，它有两大危害： 1）人身安全的危害 2）电气电子设备的危害 雷电灾害涉及面广，随着科技的发展，各 种电气设备的灵敏度越来越高，从电力、建筑 这两个传统领域扩展到几乎所有行业，特别是 与高新技术关系最密切的领域，如互联网，数 据中心等，雷灾造成的经济损失和危害程度大 大增加了因此，我们必须不断提高对雷灾的 防御能力 前言 前言 前言 n当雷电落在建筑 物或者建筑物附 近以及输电线路 或输电线路附近 ，侵入或感应出 数十千伏的瞬态 过电压，并沿着 线路侵入配电回 路而损坏电子电 气设备 前言 n为了保护电气系统和重要的电气电子设备免遭 雷击过电压的损坏，低压配电系统和通信信号 系统必须安装电涌保护器电涌保护器又称为 “SPD”、“浪涌保护器”、“浪涌抑制器” 、“避雷器”、“防雷器”、“防雷保安器” 等 课程目录 一、避雷器产品概述 二、电涌保护器分类 三、电涌保护器的几 个重要参数 四、电涌保护器选型 五、SPD后备保护的选 择 一、避雷器产品概述 电涌保护器（ Surge Protective Device, SPD）主要用来限制在电源和信号系统中由雷电 引起的瞬态过电压 (即雷电电涌) 和大部分的操 作过电压。
雷电电涌可以通过电源或信号线路侵 入设备，可以由于雷击时地电位升高反击设备， 也可以因雷击建筑物本身 (或在附近)产生的脉 冲电磁场在电缆和环路中感应产生因此，除了 配备良好的避雷针、引下线和接地装置等外部防 雷措施，还需要安装SPD因为它们无法防止雷 电感应电压沿线的传导侵入和雷电二次回击特 别是如果建筑物内有价值较高、影响较大信息电 子设备和/或电力电子设备，其耐受雷电电涌的 能力大大低于常规电气设备，更加需要安装SPD 一、避雷器产品概述 SPD作为一种能吸收过电压能量、限制过 电压幅值的保护元件使用时将SPD安装在被 保护设备附近，与被保护设备并联在正常情 况SPD不动作（仅流过微安级的泄漏电流）； 当作用在SPD上的电压达到SPD的动作电压时， SPD导通，通过大电流，吸收过电压能量，并 将过电压限制在一定水平，以保护设备的绝 缘在释放过电压能量后， SPD会自动恢复到 不导通的正常工作状态 一、避雷器产品概述 nSPD的选择应根据系统运行方式不同、 SPD安 装地点不同（保护对象不同）、 SPD型式不同 而有所区别，但由于部分设计人员对系统的情 况了解的不清楚、不准确，对SPD的特性不了 解，因此选择SPD具有一定的盲目性。
课程目录 一、避雷器产品概述 二、电涌保护器分类 三、电涌保护器的几个重要参数 四、电涌保护器选型 五、SPD后备保护的选择 二、电涌保护器分类 nSPD可以按其用途分类 电 涌 保 护 器 电源SPD 信号SPD 二、电涌保护器分类 nSPD按其结构原理和动作特性 (与保护元件有关) 分 类 电 涌 保 护 器 电压 限制型 电压 开关型 混合型 电压开关型SPD没有电浪涌时具有高阻抗 ，有电浪涌时能立即转化成低阻抗，其常 用的元件有放电间隙、气体放电管、可控 硅整流器等 电压限制型SPD没有电浪涌时具备高阻抗， 随着电涌电流、电压的上升，其阻抗持续 的减小，常用非线性元件：氧化锌压敏电 阻和抑制二极管 复合型SPD常采用电压开关型和电压限制型 SPD串联或并联以满足限制电压或通流量的 要求 二、电涌保护器分类 nSPD可以从安装方式上分类，如固定式、插拔式、移 动式 (SPD装在电源插座或插板中) 电 涌 保 护 器 固定式 插拔式 移动式 课程目录 一、避雷器产品概述 二、电涌保护器分类 三、电涌保护器的几个重要参数 四、电涌保护器选型 五、SPD后备保护的选择 三、电涌保护器的几个重要参数 nⅠ类实验 (Class I test) 用标称放电电流In、1.2/50冲击电压和最大冲击电流Iimp做的试 验。
nⅡ类实验 (Class II test) 用标称放电电流In、1.2/50冲击电压和最大放电电流Imax做的实 验 n最大持续工作电压Uc (Maximum continuous operating voltage) 可持续施加在SPD保护模式上的最大交流电压有效值或直流电压 n最大放电电流Imax (Maximum discharge current) 流过SPD具有8/20µs波形电流的峰值其值按Ⅱ级动作负载试验的 程序确定， Imax应大于In n标称放电电流In (Nominal discharge current) 流过SPD具有8/20µs波形的电流峰值用于II类试验的SPD分类以及 Ⅰ类、Ⅱ类试验的SPD的预处理试验 n电压保护水平Up (Voltage protection) 在标称放电电流In作用期间测量电涌保护器两端的最大电压 n冲击电流Iimp 最大冲击电流Iimp是Ⅰ级分类试验SPD的一个重要参数，采用10/350 微秒波形试验仅通过1～2次（IEC是1次）值 三、电涌保护器的几个重要参数 u通常衡量电涌保护器的质量有那几个重要的指标： 1）电压保护水平(Up)。
通常电压保护水平越低，保护效果越 好只有在级间配合时电压保护水平不一定越低越好 2）标称放电电流(In)通常通流容量In越高，雷电下安全性越 好但是通流容量越大，SPD的电压保护水平和价格也就越 高 3）最大持续运行电压(Uc)通常最大持续运行电压越高，长期 安全性越好，但是最大持续运行电压越高，电压保护水平也 会相应提高 这三个参数应该统一考虑，不能顾此失彼，要在保护效 果和可靠性两方面都有保证 课程目录 一、避雷器产品概述 二、电涌保护器分类 三、电涌保护器的几个重要参数 四、电涌保护器选型 五、SPD后备保护的选择 四、电涌保护器选型 1、最大冲击电流Iimp和标称放电电流In的选择 雷电防护等级 LPZ0区与LPZ1区交界处LPZ1与LPZ2区交界处后续防护区的边界处 总配电箱分配电箱 设备机房配电箱和需要特殊保 护的电子信息设备端口处 10/350us8/20us8/20us8/20us Iimp (kA)In (kA)In (kA)In (kA) A≥20≥80≥40≥5 B≥15≥60≥30≥5 C≥12.5≥50≥20≥3 D≥12.5≥50≥10≥3 四、电涌保护器选型 雷电防护 等级 建筑物类型 A 1）国家级计算中心、国家级通信枢纽、特级和一级金融设施、大中型机 场、国家级和省级广播电视中心、枢纽港口、火车枢纽站、省级城市水、电 气、热等城市重要公用设施的电子信息系统。
2）一级安全防范单位，如国家文物、档案库的闭路电视监控和报警系统 3）三级医院电子医疗设备 B 1）中型计算中心、二级金融设施、中型通信枢纽、移动通信基站、大型体 育场(馆)、小型机场、大型港口、大型火车站的电子信息系统 2)二级安全防范单位，如省级文物、档案库的闭路电视监控和报警系统 3)雷达站、微波站电子信息系统，高速公路监控和收费系统 4)二级医院电子医疗设备; 5)五星及更高星级宾馆电子信息系统 C 1)三级金融设施、小型通信枢纽电子信息系统 2) 大中型有线电视系统 3)四星及以下级宾馆电子信息系统 D除上述A、B、C级以外一般用途的需防护电子信息设备 建筑物雷电保护等级说明 四、电涌保护器选型 2、有效电压保护水平Up/f的选择 有效电压保护水平Up/f的选择需要考虑两个方面 (详见GB50057-2010)： ● 电涌保护器与被保护设备之间的距离d ● 被保护设备的耐冲击电压Uw 有效电压保护水平Up/f应满足： 当d≤5m或10m(线路有屏蔽并两端等电位连接) Up/f≤Uw 当d10m Up/f≤Uw/2 耐冲击电压类别I类II类III类IV类 较低一般高很高 设备类 型 电子设备 ： 电视 、音响、 录像机等 家用设备 ：洗衣 机、电冰箱、电动 工具、加热器、计 算机等通讯设备 工业电 器：电动 机、配电柜、电 源插头、变压 器 等 工业电 器：电 气计量仪表、 一次线过 流保 护设备 等 耐冲击电压额 定值Uw 1.5KV2.5KV4KV6KV 建筑物内220/380V配电系统中设备绝缘耐冲击电压额定值 四、电涌保护器选型 3、最大持续工作电压Uc的选择 电涌保护器接地系统 接于TT系统TN-C系统TN-S系统 引出中性线 的IT系统 无中性线引 出的IT系统 L-NUc≥ 1.15Uo不适用Uc≥ 1.15UoUc≥ 1.15Uo不适用 L-PEUc≥ 1.15Uo不适用Uc≥ 1.15UoUc≥ 1.732Uo相间电压 N-PEUc≥ Uo不适用Uc≥ UoUc≥ Uo不适用 L-PEN不适用1.15Uo不适用不适用不适用 依据接地系统类型和电涌保护器保护模式选择 Uo：低压系统相线对中性线的标称电压，即相电压220V。
注：1）如果该地区电网电压不稳定，建议Uc不小于320V 2）动力用的电源变压器输出端Uc也应选高些 四、电涌保护器选型 4、分级配置原则 实际选用 SPD 时采用分级配置第一级保护应能承受绝大部分雷电 流，第二级配置泄放残余的雷电流，限制设备端的残余电压，同时与第一 级保护配合 以下这两种情况，应在接近负载处安装二级电涌保护器以降低过电压，使 其与被保护设备的冲击耐受电压相匹配 1）电涌保护器保护水平Up与系统的冲击耐受电压 (Uw) 相比太高时； 2）精密设备离进线电涌保护器的距离较远，大于10m时； 四、电涌保护器选型 5、50厘米接线原则 课程目录 一、避雷器产品概述 二、电涌保护器分类 三、电涌保护器的几个重要参数 四、电涌保护器选型 五、SPD后备保护的选择 五、SPD后备保护的选择 由于老化及使用条件的恶劣等原因，电子固态保护器件在暂 态抑制过程结束后，并不能有效的切断泄放电流在被保护线路 的工频电压的作用下原先处于导通状态下的电子固态保护器件有 可能不会灭弧，出现续流此时相当于SPD和系统电源出现短路， SPD中将流过数千安培的短路电流，如此大的短路电流产生的热效 将使SPD的电子固态保护器件发生爆裂或爆炸，影响其他设备的安 全、正常运行。
也可能使上极级开关出现跳闸，扩大了事故面， 使系统的可靠性降低，因此有必要在SPD前面增加熔断器、断路器 或剩余电流保护器作为后备保护 加装后备保护主要有两个作用： 1、防止避雷器损坏（老化）后产生的 的短路电流对整个供电系统造成拉闸断 电现象 2、方便防雷器的安装和维护 五、SPD后备保护的选择 1、SPD和后备保护熔断器或断路器的配合 熔断器作后备保护是一种常用的方案，其特点是熔断体为易熔金属， 呈电阻性；断路器作后备保护时，因断路器线路中有双金属热敏元件和串 联的电磁脱扣器，呈感性阻抗 上海电器科学研究所测得：对同一型号SPD进行测试：In=20KA Imax=40KA时， 串联RTl4—63熔断器， 在19．8KA大电流冲击时(8／20us)，熔断器断 开测得限制电压U熔=2674V 串联DZ47—63断路器，在18．29KA大电流冲击时(8／20us) ，断路器脱扣 断开测得限制电压为U断=5014V，其中断路器附加电压为3KV 从上述分析和实验表明：用断路器作后备保护时，线路上的限制电压 要高于用熔断器作后备保护的线路上的限制电压因此，采用熔断器作为 电涌保护器的后备保护要比断路器好。
五、SPD后备保护的选择 1）电涌保护器和后备保护熔断器的配合 最大放电电流幅 值Ipeak（KA）（ 10/350） 后备保护熔体最 小额定电流（A ）GL/Gg 导线截面（mm2） 60250A 95 50200A 70 35160A 50 20100A35 15100A35 12.58035 Ⅰ类试验最大放电电流（10/350μs）下后备保护熔体选择表： 五、SPD后备保护的选择 标称放电电流幅值In（ KA）（8。