现代新建筑的电涌保护器应用
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摘要：电涌保护器是电子设备雷电防护中不可或缺的一种装置。本文首先论述了电涌保护器的工作原理、分类及性能，进而分析了电涌保护器选择的几个原则，最后阐述了电涌保护器安装时应注意事项，以供参考。
电涌保护器（SPD）又称浪涌保护器，是一种限制雷电反击、侵入波、雷达感应和操作过电压而产生的瞬时过电压和泄放电涌电流的器件，主要用在低压配电系统和信息系统中，对雷电过电压、电气系统操作过电压、雷击电磁脉冲或电磁干扰（EMI）脉冲进行防护。近年来，SPD作为雷电防护装置体系中的重要组成部分，其应用已日趋频繁，目前已被广泛用于通讯、电力、交通等各个行业。
1电涌保护器的工作原理、分类及性能
1.1电涌保护器的工作原理
电涌保护器适用于220/380V低压电源保护，是一种非线性元件，根据IEC标准规定，电涌保护器是主要抑制传导过来的线路过电压和过电流的装置。当瞬态过电压消失后，SPD立即恢复到高阻状态，有效熄灭在过电压通过后产生的工频续流，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。
1.2电涌保护器的分类
1.2.1 按工作原理分
1.开关型：其是正常情况下呈高阻态（断开），当电涌电压达到一定值时SPD突变为低阻抗（闭合），常用的有放电间隙、气体放电管、闸流晶体管等。
2.限压型：其特性是正常情况下呈高阻态，但随电涌电流和电压的增加其阻抗会不断减小，其阻抗持续下降而呈低阻态，敌又称“箝压型”， 常用的有氧化锌、压敏电阻、齐纳二极管、雪崩二极管等。
3.分流型或扼流型：分流型是将电涌保护器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；扼流型是将电涌保护器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。常用的有扼流线圈、高通滤波器、低通滤波器、1/4波长短路器等。
1.2.2 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。
1.3电涌保护器的主要性能指标
1.3.1最大持续运行电压Uc
在220/380V三相系统中选择SPD时，其最大持续运行电压Uc应根据不同的接地系统形式来选择。
1.3.2 冲击电流Iimp
由电流峰值Ipeak和总电荷量Q所规定的脉冲电流，一般用于SPD的I级分类试验。
1.3.3标称放电电流In
流过SPD、8/20s电流波的峰值电流。用于对SPD做Ⅱ级分类试验，也用于对SPD做I级和Ⅱ级分类试验的预处理。对Ⅰ级分类试验In不宜小于15kA，对Ⅱ级分类试验In不宜小于5kA。
1.3.4电压保护水平Up
即在标称放电电流In下的残压。或电涌保护器的最大钳压。
1.3.5 Ⅱ级分类试验的最大放电电流Imax
流过SPD、8/20s电流波的峰值电流。用于Ⅱ级分类试验，Imax>In。
2电涌保护器选择的几个原则
选择SPD应根据电网接地形式、安装地点、安装距离、预期电网后续短路电流、设备绝缘耐压、信号传输协议、信号接口方式等条件选用。一般，其选择的原则如下：
2.1 为使被保护设备免受过电压的侵害，SPD的电压保护水平Up应始终小于被保护设备的冲击耐受电压Uchoc，并且大于根据接地类型得出的电网最高运行电压Usmax。即要求Usmax
2.2 SPD与被保护设备两端引线应尽可能短，控制在0.5m以内。
2.3 如果进线端SPD的Up加上其两端引线的感应电压以及反射波效应与距其较远处的被保护设备的冲击耐受电压相比过高，则需在此设备处加装第二级SPD，其标称放电电流In不宜小于8/20s3KA；当进线端SPD距被保护设备不大于10m时，若该SPD的电压保护水平加上其两端引线的感应电压小于设备的Uchoc的80％，一般情况在该设备处可不装SPD。
2.4 当设有配电盘时，若第一级SPD的Up加上其两端引线的感应电压保护不了该配电盘内的设备，应在该配电盘内安装第二级SPD，其标称放电电流In不宜小于8/20s5KA；
2.5 当在线路上多处安装SPD时，电压开关型SPD与限压型SPD之间的线路长度不宜小于10m，限压型SPD之间的线路长度不宜小于5m；若其之间的线距小于相关规定时，应在SPD之间加装退耦装置。
2.6当进线端的SPD与被保护设备之间的距离大于30m时，应在离被保护设备尽可能近的地方安装另一个SPD，通流容量可为8KA。
2.7 为防止不会因工频过压而烧毁SPD，应注意选择较高工频工作电压的SPD。
2.8 为防止故障短路，须在每级SPD前安装短路保护器件，如断路器或熔断器；一般，在低压配电系统SPD后背保护应用时，前级保护采用断路器，后级保护采用熔断器。
2.9 入户为低压架空线路宜安装三相电压开关型SPD或限压型SPD，埋地电缆引入的宜安装限压型SPD作为第一级保护，分配电柜线路输出端宜安装限压型 SPD作为第二级保护，在电子信息设备电源进线端宜安装限压型的SPD作为第三级保护，亦可安装组合型SPD。
2.10在供电电压超过所规定的10％及谐波使电压幅值加大的场所，应根据具体情况对氧化锌压敏电阻 SPD提高 Uc值。
2.11 SPD 都应在 SPD 劣化时有热脱扣装置，在升温到 120℃时应脱扣从并联线路中断开，保证不发生火灾、爆炸等事故。
3 电涌保护器的安装时应注意事项
3.1 电涌保护器安装海拔高度不应超2000m；使用和储存温度：正常范围-5～+40℃，极限范围-40～+70℃；安装环境相对湿度最好控制在30%～50%之间；保护器适用的接地系统为TT、TN-S、TN-C；垂直安装时倾斜度不应超过5°，无显著摇动和冲击振动的场合。
3.2 电涌保护器安装场所
3.2.1 第一级电涌保护器安装在LPZ0与LPZ1区交界处，其标称放电电流In不宜小于l5kA，宜选用电压开关型SPD，其安装位置一般在总电源进线处，如变压器低压侧或总配电柜内，及引至室外照明线路或动力线路的配电箱内；
3.2.2 第二级电涌保护器安装在LPZ1与LPZ2区的交界处，其标称放电电流In不宜小于8/20us，5kA；其安装位置一般在下端带有大量弱电、信息系统设备或需限制暂态过电压的设备的配电箱内，如楼层配电箱、电梯控制室、有线电视机房、楼宇自控室等场所的配电箱内。
3.2.3 第三级电涌保护器安装在LPZ2区和其后续防雷区交界面处，其标称放电电流In不宜小于8/20us，3kA；其安装位置一般在计算机设备、信息设备、电子设备及控制设备前或最近的插座箱内。
3.3 电涌保护器的连接线的截面积：第一级应大于10 mm2 （多股铜线），第二级应大于16 mm2（多股铜线）。
3.4 现场调试阶段，尤其是被保护设备未接入时，应断开SPD上部的保护断路器，以防止频繁的电网投切引起的操作过压使性能劣化或损坏。
3.5 应注意避免低压电网不正常运行工况引起的工频过压，使SPD损坏。
3.6 在安装接线时，包括相线、中性线、保护线间的联结长度越短越好，不宜大于0.5m；引线应尽量短而直，避免弯路，总长度不超过0.5m，以减少引线电感的瞬态高频电压降；若引线过长时，可采用图1的V型接法（c图）和最小回路法（d图）接线。
3.7 电源进线宜采用扁平线，宜选用动作值为300/500mA或采用延时跳闸的漏电保护装置，以躲过雷电流的干扰。
3.8 绝对不可以把几个SPD模块在外部并联起来，扩大通流容量。
3.9禁止在未断开SPD上部的保护开关的情况下，用摇表或其它加压方式检测低压电网的绝缘电阻值。
4 结束语
综上所述，SPD在保护建筑物内的电力、电子设备，使其免遭雷电电涌电压引起的损坏方面有着十分重要的作用。随着建筑业的不断发展，SPD作为一种内部防雷装置，相信其会在多功能建筑中的应用越来越广泛。
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