小尺寸一級(jí)電源防雷器limp25KA T1避雷器 10/350us I級(jí)浪涌保護(hù)器72mm,60-100kA2P3P4P浪涌保護(hù)器SPD一級(jí)10/350us二級(jí)8/20us電涌保護(hù)器（SPD）工作原理和結(jié)構(gòu)：簡(jiǎn)介：電涌保護(hù)器(Surge protection Device)是電子設(shè)備雷電防護(hù)中不可缺少的一種裝置。電涌保護(hù)器的作用是把竄入電力線、信號(hào)傳輸線的瞬時(shí)過(guò)電壓限制在設(shè)備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi)，或?qū)?qiáng)大的雷電流泄流入地，保護(hù)被保護(hù)的設(shè)備或系統(tǒng)不受沖擊而損壞。關(guān)鍵字：電涌保護(hù)器　防雷　信號(hào)傳輸

電涌保護(hù)器是電子設(shè)備雷電防護(hù)中不可缺少的一種裝置，過(guò)去常稱為“避雷器”或“過(guò)電壓保護(hù)器”英文簡(jiǎn)寫為SPD。電涌保護(hù)器的作用是把竄入電力線、信號(hào)傳輸線的瞬時(shí)過(guò)電壓限制在設(shè)備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi)，或?qū)?qiáng)大的雷電流泄流入地，保護(hù)被保護(hù)的設(shè)備或系統(tǒng)不受沖擊而損壞。
　　 電涌保護(hù)器的類型和結(jié)構(gòu)按不同的用途有所不同，但它至少應(yīng)包含一個(gè)非線性電壓限制元件。用于電涌保護(hù)器的基本元器件有：放電間隙、充氣放電管、壓敏電阻、抑制二極管和扼流線圈等。

　　 一、SPD的分類：
　　 1．按工作原理分：
　　 （1）開(kāi)關(guān)型：其工作原理是當(dāng)沒(méi)有瞬時(shí)過(guò)電壓時(shí)呈現(xiàn)為高阻抗，但一旦響應(yīng)雷電瞬時(shí)過(guò)電壓時(shí)，其阻抗就突變?yōu)榈椭?，允許雷電流通過(guò)。用作此類裝置時(shí)器件有：放電間隙、氣體放電管、閘流晶體管等。
　　 （2）限壓型：其工作原理是當(dāng)沒(méi)有瞬時(shí)過(guò)電壓時(shí)為高阻擾，但隨電涌電流和電壓的增加其阻抗會(huì)不斷減小，其電流電壓特性為強(qiáng)烈非線性。用作此類裝置的器件有：氧化鋅、壓敏電阻、抑制二極管、雪崩二極管等。
　　 （3）分流型或扼流型
　　 分流型：與被保護(hù)的設(shè)備并聯(lián)，對(duì)雷電脈沖呈現(xiàn)為低阻抗，而對(duì)正常工作頻率呈現(xiàn)為高阻抗。
　　 扼流型：與被保護(hù)的設(shè)備串聯(lián)，對(duì)雷電脈沖呈現(xiàn)為高阻抗，而對(duì)正常的工作頻率呈現(xiàn)為低阻抗。
　　 用作此類裝置的器件有：扼流線圈、高通濾波器、低通濾波器、1/4波長(zhǎng)短路器等。
　　 2．按用途分：
　　 （1）電源保護(hù)器：交流電源保護(hù)器、直流電源保護(hù)器、開(kāi)關(guān)電源保護(hù)器等。
　　 （2）信號(hào)保護(hù)器：低頻信號(hào)保護(hù)器、高頻信號(hào)保護(hù)器、天饋保護(hù)器等。

　　 二、SPD的基本元器件及其工作原理：
　　 1．放電間隙(又稱保護(hù)間隙)：
　　 它一般由暴露在空氣中的兩根相隔一定間隙的金屬棒組成，其中一根金屬棒與所需保護(hù)設(shè)備的電源相線L1或零線（N）相連，另一根金屬棒與接地線(PE)相連接，當(dāng)瞬時(shí)過(guò)電壓襲來(lái)時(shí)，間隙被擊穿，把一部分過(guò)電壓的電荷引入大地，避免了被保護(hù)設(shè)備上的電壓升高。這種放電間隙的兩金屬棒之間的距離可按需要調(diào)整，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，其缺點(diǎn)時(shí)滅弧性能差。改進(jìn)型的放電間隙為角型間隙，它的滅弧功能較前者為好，它是靠回路的電動(dòng)力F作用以及熱氣流的上升作用而使電弧熄滅的。
　　
　　 2．氣體放電管：
　　 它是由相互離開(kāi)的一對(duì)冷陰板封裝在充有一定的惰性氣體(Ar)的玻璃管或陶瓷管內(nèi)組成的。為了提高放電管的觸發(fā)概率，在放電管內(nèi)還有助觸發(fā)劑。這種充氣放電管有二極型的，也有三極型的，
　氣體放電管的技術(shù)參數(shù)主要有：直流放電電壓Udc;沖擊放電電壓Up(一般情況下Up≈(2～3)Udc;工頻而授電流In;沖擊而授電流Ip；絕緣電阻R(>109Ω)；極間電容(1-5PF)
氣體放電管可在直流和交流條件下使用，其所選用的直流放電電壓Udc分別如下：在直流條件下使用：Udc≥1.8U0（U0為線路正常工作的直流電壓）
 在交流條件下使用：U dc≥1.44Un(Un為線路正常工作的交流電壓有效值)

　　 3．壓敏電阻：
　　它是以ZnO為主要成分的金屬氧化物半導(dǎo)體非線性電阻，當(dāng)作用在其兩端的電壓達(dá)到一定數(shù)值后，電阻對(duì)電壓十分敏感。它的工作原理相當(dāng)于多個(gè)半導(dǎo)體P-N的串并聯(lián)。壓敏電阻的特點(diǎn)是非線性特性好（I=CUα中的非線性系數(shù)α），通流容量大（～2KA/cm2），常態(tài)泄漏電流?。?0-7～10-6A），殘壓低（取決于壓敏電阻的工作電壓和通流容量），對(duì)瞬時(shí)過(guò)電壓響應(yīng)時(shí)間快（～10-8s），無(wú)續(xù)流。
 壓敏電阻的技術(shù)參數(shù)主要有：壓敏電壓（即開(kāi)關(guān)電壓）UN，參考電壓Ulma；殘壓Ures；殘壓比K(K=Ures/UN)；通流容量Imax；泄漏電流；響應(yīng)時(shí)間。
　壓敏電阻的使用條件有：壓敏電壓：UN≥[（√2×1.2）/0.7]U0（U0為工頻電源額定電壓）
最小參考電壓：Ulma≥（1.8～2）Uac (直流條件下使用)
　　 Ulma≥（2.2～2.5）Uac（在交流條件下使用，Uac為交流工作電壓）
　壓敏電阻的參考電壓應(yīng)由被保護(hù)電子設(shè)備的耐受電壓來(lái)確定，應(yīng)使壓敏電阻的殘壓低于被保護(hù)電子設(shè)備的而損電壓水平，即(Ulma)max≤Ub/K，上式中K為殘壓比，Ub為被保護(hù)設(shè)備的而損電壓。

　　 4．抑制二極管：
抑制二極管具有箝位限壓功能，它是工作在反向擊穿區(qū)，由于它具有箝位電壓低和動(dòng)作響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)，特別適合用作多級(jí)保護(hù)電路中的最末幾級(jí)保護(hù)元件。抑制二極管在擊穿區(qū)內(nèi)的伏安特性可用下式表示：I=CUα，上式中α為非線性系數(shù)，對(duì)于齊納二極管α=7～9，在雪崩二極管α=5～7。
抑制二極管的技術(shù)參數(shù)主要有
（1）額定擊穿電壓，它是指在指定反向擊穿電流（常為lma）下的擊穿電壓，這于齊納二極管額定擊穿電壓一般在2.9V～4.7V范圍內(nèi)，而雪崩二極管的額定擊穿電壓常在5.6V～200V范圍內(nèi)。
　　 （2）箝位電壓：它是指管子在通過(guò)規(guī)定波形的大電流時(shí)，其兩端出現(xiàn)的電壓。
　　 （3）脈沖功率：它是指在規(guī)定的電流波形（如10/1000μs）下，管子兩端的箝位電壓與管子中電流等值之積。
　　 （4）反向變位電壓：它是指管子在反向泄漏區(qū)，其兩端所能施加的電壓，在此電壓下管子不應(yīng)擊穿。此反向變位電壓應(yīng)明顯高于被保護(hù)電子系統(tǒng)的運(yùn)行電壓峰值，也即不能在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)處于弱導(dǎo)通狀態(tài)。
　　 （5）泄漏電流：它是指在反向變位電壓作用下，管子中流過(guò)的反向電流。
　（6）響應(yīng)時(shí)間：10～11s

 5．扼流線圈：扼流線圈是一個(gè)以鐵氧體為磁芯的共模干擾抑制器件，它由兩個(gè)尺寸相同，匝數(shù)相同的線圈對(duì)稱地繞制在同一個(gè)鐵氧體環(huán)形磁芯上，形成一個(gè)四端器件，要對(duì)于共模信號(hào)呈現(xiàn)出大電感具有抑制作用，而對(duì)于差模信號(hào)呈現(xiàn)出很小的漏電感幾乎不起作用。扼流線圈使用在平衡線路中能有效地抑制共模干擾信號(hào)（如雷電干擾），而對(duì)線路正常傳輸?shù)牟钅Ｐ盘?hào)無(wú)影響。
這種扼流線圈在制作時(shí)應(yīng)滿足以下要求：
（1）繞制在線圈磁芯上的導(dǎo)線要相互絕緣，以保證在瞬時(shí)過(guò)電壓作用下線圈的匝間不發(fā)生擊穿短路。
　　 （2）當(dāng)線圈流過(guò)瞬時(shí)大電流時(shí)，磁芯不要出現(xiàn)飽和。
　　 （3）線圈中的磁芯應(yīng)與線圈絕緣，以防止在瞬時(shí)過(guò)電壓作用下兩者之間發(fā)生擊穿。
　　 （4）線圈應(yīng)盡可能繞制單層，這樣做可減小線圈的寄生電容，增強(qiáng)線圈對(duì)瞬時(shí)過(guò)電壓的而授能力。

　　 6． 1/4波長(zhǎng)短路器：1/4波長(zhǎng)短路器是根據(jù)雷電波的頻譜分析和天饋線的駐波理論所制作的微波信號(hào)電涌保護(hù)器，這種保護(hù)器中的金屬短路棒長(zhǎng)度是根據(jù)工作信號(hào)頻率（如900MHZ或1800MHZ）的1/4波長(zhǎng)的大小來(lái)確定的。此并聯(lián)的短路棒長(zhǎng)度對(duì)于該工作信號(hào)頻率來(lái)說(shuō)，其阻抗無(wú)窮大，相當(dāng)于開(kāi)路，不影響該信號(hào)的傳輸，但對(duì)于雷電波來(lái)說(shuō)，由于雷電能量主要分布在n+KHZ以下，此短路棒對(duì)于雷電波阻抗很小，相當(dāng)于短路，雷電能量級(jí)被泄放入地。

  由于1/4波長(zhǎng)短路棒的直徑一般為幾毫米，因此耐沖擊電流性能好，可達(dá)到30KA（8/20μs）以上，而且殘壓很小，此殘壓主要是由短路棒的自身電感所引起的，其不足之處是工頻帶較窄，帶寬約為2％～20％左右，另一個(gè)缺點(diǎn)是不能對(duì)天饋設(shè)施加直流偏置，使某些應(yīng)用受到限制。
三、SPD的基本電路：電涌保護(hù)器的電路根據(jù)不同需要，有不同的形式，其基本元器件就是上面介紹的幾種，一個(gè)技術(shù)精通的防雷產(chǎn)品研究工作者，可設(shè)計(jì)出五花八門的電路，好似一盒積木可搭出不同的結(jié)構(gòu)圖案。研制出既有效又性能價(jià)格比好的產(chǎn)品，是防雷工作者的重任。

電涌保護(hù)器一般指浪涌保護(hù)器。浪涌保護(hù)器也叫防雷器，是一種為各種電子設(shè)備、儀器儀表、通訊線路提供安全防護(hù)的電子裝置。當(dāng)電氣回路或者通信線路中因?yàn)橥饨绲母蓴_突然產(chǎn)生尖峰電流或者電壓時(shí)，浪涌保護(hù)器能在極短的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通分流，從而避免浪涌對(duì)回路中其他設(shè)備的損害。

浪涌保護(hù)器適用于交流50/60HZ，額定電壓220V/380V的供電系統(tǒng)中，對(duì)間接雷電和直接雷電影響或其他瞬時(shí)過(guò)壓的電涌進(jìn)行保護(hù)，適用于家庭住宅、第三產(chǎn)業(yè)以及工業(yè)4102領(lǐng)域電涌保護(hù)的要求。

一、電涌保護(hù)器的分類可以按照非線性元件的特性進(jìn)行分類，也可以按照不同系統(tǒng)中的不同使用要求分類（1）按照非線性元件的特性進(jìn)行分類1）電壓開(kāi)關(guān)型電涌保護(hù)器：無(wú)電涌出現(xiàn)時(shí)為高阻抗，當(dāng)出現(xiàn)電壓電涌時(shí)突變?yōu)榈妥杩埂Ｍǔ２捎梅烹婇g隙、充氣放電管、硅可控整流器或三端雙向可控硅元件做電壓開(kāi)關(guān)型電涌保護(hù)器的組件。也稱"克羅巴型"電涌保護(hù)器。具有不連續(xù)的電壓、電流特性。2）限壓型電涌保護(hù)器無(wú)電涌出現(xiàn)時(shí)為高阻抗，隨著電涌電流和電壓的增加，阻抗連續(xù)變小。通常采用壓敏電阻、抑制二極管作限壓型電涌保護(hù)器的組件。也稱"箝壓型"電涌保護(hù)器。具有連續(xù)的電壓、電流特性。3）組合型電涌保護(hù)器由電壓開(kāi)關(guān)型元件和限壓型元件組合而成的電涌保護(hù)器，其特性隨所加電壓的特性可以表現(xiàn)為電壓開(kāi)關(guān)型、限壓型或電壓開(kāi)關(guān)型和限壓型皆有。（2）按照不同系統(tǒng)中的不同使用要求分類

按用途分為電源系統(tǒng) SPD、信號(hào)系統(tǒng)SPD和天饋系統(tǒng)SPD。二、選擇電源系統(tǒng)SPD的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)（1）SPD試驗(yàn)類別的選擇SPD的試驗(yàn)類別共計(jì)3類，即IIIIII類。一般總配電柜使用I類或II類；分配電箱可用II和III類；后端也可用II和III類；規(guī)范中如下描述：1）進(jìn)入建筑物的交流供電線路，在線路的總配電箱等LPZ0A或LPZ0B與LPZ1區(qū)交界處，應(yīng)設(shè)置Ⅰ類試驗(yàn)的浪涌保護(hù)器或Ⅱ類試驗(yàn)的浪涌保護(hù)器作為第一級(jí)保護(hù)；2）在配電線路分配電箱、電子設(shè)備機(jī)房配電箱等后續(xù)防護(hù)區(qū)交界處，可設(shè)置Ⅱ類或Ⅲ類試驗(yàn)的浪涌保護(hù)器作為后級(jí)保護(hù)；3）特殊重要的電子信息設(shè)備電源端口可安裝Ⅱ類或Ⅲ類試驗(yàn)的浪涌保護(hù)器作為精細(xì)保護(hù)使用直流電源的信息設(shè)備，視其工作電壓要求，宜安裝適配的直流電源線路浪涌保護(hù)器。（2）SPD中I級(jí)分類試驗(yàn)、II級(jí)分類試驗(yàn)、III級(jí)分類試驗(yàn)的區(qū)別I類： 由標(biāo)稱放電電流In測(cè)試：由1.2/50μs沖擊電壓測(cè)試和10/350μs沖擊電流測(cè)來(lái)試（電流波形測(cè)試）組源成。通常對(duì)開(kāi)關(guān)型防雷器進(jìn)2113行測(cè)試。II類： 由標(biāo)稱放電電流In測(cè)試：由1.2/50μs沖擊電壓測(cè)試和8/20μs沖擊電流測(cè)試（電流波形測(cè)5261試）組成。通常對(duì)限壓型防雷器進(jìn)行測(cè)試。III類：混合波測(cè)試：采用組合法Uoc（開(kāi)4102路電壓）進(jìn)行測(cè)試。通常用于III類測(cè)試的負(fù)載動(dòng)作測(cè)試。1.2/50μs（電1653壓波形測(cè)試）和8/20μs（電流波形測(cè)試）

（3）持續(xù)工作電壓的選擇持續(xù)工作電壓Uc是可以持續(xù)施加在SPD上的電壓有效值（或直流電壓）。這個(gè)數(shù)值是SPD的一個(gè)門限值，即當(dāng)工作電壓超過(guò)這個(gè)數(shù)值，SPD開(kāi)通、漏電流指數(shù)級(jí)增大。Uc的選擇和系統(tǒng)接地形式、系統(tǒng)電壓、電能質(zhì)量有關(guān)。Uc值至少要大于正常工作時(shí)的電壓，例如在TN系統(tǒng)中380/220V，電壓正偏差不大于7%，但我國(guó)實(shí)際電壓正偏差往往超過(guò)此值，按照10%考慮，在加上老化因素，按照5%，Uc≥1.15Uo。

在供電系統(tǒng)電壓偏差超過(guò) 10% 以及因諧波作用使正常運(yùn)行電壓幅值升高的場(chǎng)所，還應(yīng)根據(jù)具體情況適當(dāng)提高上述 SPD 規(guī)定的 Uc值；但同時(shí)應(yīng)兼顧過(guò)電壓保護(hù)水平（Up）與被保護(hù)設(shè)備的配合。具體可參考下圖，其中Uo為相電壓、U為線電壓。在直流系統(tǒng)中， SPD 的持續(xù)工作電壓 Uc 約為被保護(hù)系統(tǒng)額定電壓的 1.5倍左右（經(jīng)驗(yàn)值）。（4）沖擊電流和放電電流的選擇沖擊電流 Iimp一般用于SPD的I級(jí)分類動(dòng)作負(fù)載試驗(yàn)參數(shù)，其波形通常為10/350μs；

放電電流 Imax用于SPD的II級(jí)分類試驗(yàn)。具體選擇與暴露位置有關(guān)，可參考下表內(nèi)容。（5）電壓保護(hù)水平的選擇電壓保護(hù)水平 Up是SPD 限制接線端子間電壓的性能參數(shù)，對(duì)電壓開(kāi)關(guān)型SPD 為規(guī)定陡度下的放電電壓，對(duì)電壓限制型 SPD 則為規(guī)定電流波形下的殘壓。

SPD 的電壓保護(hù)水平 Up加上其兩端引線的感應(yīng)電壓之和應(yīng)小于所在系統(tǒng)和設(shè)備的絕緣沖擊耐受電壓額定值 Uw（Uw值詳見(jiàn)下圖） ，并不宜大于被保護(hù)設(shè)備耐壓水平的 80% 。

三、各級(jí)SPD選擇的參數(shù)（1）SPD-1第一級(jí)電涌保護(hù)器SPD1若安裝在某建筑物總配電室，用三片開(kāi)關(guān)型電涌保護(hù)器就能滿足系統(tǒng)的要求，我國(guó)現(xiàn)行的供電方式即使整個(gè)供電系統(tǒng)采用TN-S方式，而在總配電室N與PE是一個(gè)接地點(diǎn)，如此在配電機(jī)房總配電柜安裝三片開(kāi)關(guān)型SPD就能起到作用。N到地之間可以不加。SPD-1選擇的參數(shù)建議如下：持續(xù)運(yùn)行電壓：Uc=440V放電電流：一般按規(guī)范要求進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)或參考標(biāo)準(zhǔn)中要求保護(hù)電平：Up≤2.5KV響應(yīng)時(shí)間：tA≤100ns（2）SPD-2第二級(jí)電源電涌保護(hù)器是應(yīng)用最廣泛的一個(gè)產(chǎn)品，雷電電磁脈沖能對(duì)LPZ1區(qū)電源線入侵產(chǎn)生20KA以上的雷電流情況不多，因此第二級(jí)SPD作為限壓型電涌保護(hù)器額定通流量In定位為20～40KA。SPD-2建議技術(shù)參數(shù)選擇如下：持續(xù)運(yùn)行電壓：Uc=260～320V額定放電電流（8/20μs）In=20KA放電電流（8/20μs）Imax=40KA保護(hù)電平：Up≤1.5KV

響應(yīng)時(shí)間：tA≤25ns（3）SPD-3第三級(jí)電源電涌保護(hù)器一般安裝于重要設(shè)備的前端，所謂細(xì)保護(hù)。SPD-3建議技術(shù)參數(shù)選擇如下：持續(xù)運(yùn)行電壓：Uc=255V標(biāo)稱放電電流（8/20μs）：In L→N 3KA N→PE 5KA

電壓保護(hù)級(jí)別Up：L→N≤1.25KV L→PE≤1.5KV響應(yīng)時(shí)間：tA≤25ns四、電涌保護(hù)器SPD的安裝（1）使用安裝SPD的三相基本要求：1）安裝SPD之后，在無(wú)電涌發(fā)生時(shí)，SPD不應(yīng)對(duì)電氣（電子）系統(tǒng)正常運(yùn)行產(chǎn)生影響。2）安裝SPD之后，在有電涌發(fā)生的情況下，SPD能承受預(yù)期通過(guò)的雷電流而不損壞，并能箝制電涌電壓和分走電涌電流。3）在電涌電流通過(guò)后，SPD應(yīng)迅速恢復(fù)高阻狀態(tài)，切斷工頻續(xù)流。