一級浪涌保護器10/350us避雷器380V T1電源防雷器 l級試驗SPD浪涌贛雷，60-100kA2P3P4P浪涌保護器SPD一級10/350us二級8/20us電涌保護器（SPD）工作原理和結構：簡介：電涌保護器(Surge protection Device)是電子設備雷電防護中不可缺少的一種裝置。電涌保護器的作用是把竄入電力線、信號傳輸線的瞬時過電壓限制在設備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi)，或將強大的雷電流泄流入地，保護被保護的設備或系統(tǒng)不受沖擊而損壞。關鍵字：電涌保護器　防雷　信號傳輸

電涌保護器是電子設備雷電防護中不可缺少的一種裝置，過去常稱為“避雷器”或“過電壓保護器”英文簡寫為SPD。電涌保護器的作用是把竄入電力線、信號傳輸線的瞬時過電壓限制在設備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi)，或將強大的雷電流泄流入地，保護被保護的設備或系統(tǒng)不受沖擊而損壞。
　　 電涌保護器的類型和結構按不同的用途有所不同，但它至少應包含一個非線性電壓限制元件。用于電涌保護器的基本元器件有：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）開關型：其工作原理是當沒有瞬時過電壓時呈現(xiàn)為高阻抗，但一旦響應雷電瞬時過電壓時，其阻抗就突變?yōu)榈椭担试S雷電流通過。用作此類裝置時器件有：放電間隙、氣體放電管、閘流晶體管等。
　　 （2）限壓型：其工作原理是當沒有瞬時過電壓時為高阻擾，但隨電涌電流和電壓的增加其阻抗會不斷減小，其電流電壓特性為強烈非線性。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：與被保護的設備并聯(lián)，對雷電脈沖呈現(xiàn)為低阻抗，而對正常工作頻率呈現(xiàn)為高阻抗。
　　 扼流型：與被保護的設備串聯(lián)，對雷電脈沖呈現(xiàn)為高阻抗，而對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波長短路器等。
　　 2．按用途分：
　　 （1）電源保護器：交流電源保護器、直流電源保護器、開關電源保護器等。
　　 （2）信號保護器：低頻信號保護器、高頻信號保護器、天饋保護器等。

　　 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設備的電源相線L1或零線（N）相連，另一根金屬棒與接地線(PE)相連接，當瞬時過電壓襲來時，間隙被擊穿，把一部分過電壓的電荷引入大地，避免了被保護設備上的電壓升高。這種放電間隙的兩金屬棒之間的距離可按需要調整，結構較簡單，其缺點時滅弧性能差。改進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：
　　 它是由相互離開的一對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體非線性電阻，當作用在其兩端的電壓達到一定數(shù)值后，電阻對電壓十分敏感。它的工作原理相當于多個半導體P-N的串并聯(lián)。壓敏電阻的特點是非線性特性好（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），對瞬時過電壓響應時間快（～10-8s），無續(xù)流。
 壓敏電阻的技術參數(shù)主要有：壓敏電壓（即開關電壓）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；響應時間。
　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由被保護電子設備的耐受電壓來確定，應使壓敏電阻的殘壓低于被保護電子設備的而損電壓水平，即(Ulma)max≤Ub/K，上式中K為殘壓比，Ub為被保護設備的而損電壓。

　　 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作響應快的優(yōu)點，特別適合用作多級保護電路中的最末幾級保護元件。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：它是指管子在通過規(guī)定波形的大電流時，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擊穿。此反向變位電壓應明顯高于被保護電子系統(tǒng)的運行電壓峰值，也即不能在系統(tǒng)正常運行時處于弱導通狀態(tài)。
　　 （5）泄漏電流：它是指在反向變位電壓作用下，管子中流過的反向電流。
　（6）響應時間：10～11s

 5．扼流線圈：扼流線圈是一個以鐵氧體為磁芯的共模干擾抑制器件，它由兩個尺寸相同，匝數(shù)相同的線圈對稱地繞制在同一個鐵氧體環(huán)形磁芯上，形成一個四端器件，要對于共模信號呈現(xiàn)出大電感具有抑制作用，而對于差模信號呈現(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（如雷電干擾），而對線路正常傳輸?shù)牟钅Ｐ盘枱o影響。
這種扼流線圈在制作時應滿足以下要求：
（1）繞制在線圈磁芯上的導線要相互絕緣，以保證在瞬時過電壓作用下線圈的匝間不發(fā)生擊穿短路。
　　 （2）當線圈流過瞬時大電流時，磁芯不要出現(xiàn)飽和。
　　 （3）線圈中的磁芯應與線圈絕緣，以防止在瞬時過電壓作用下兩者之間發(fā)生擊穿。
　　 （4）線圈應盡可能繞制單層，這樣做可減小線圈的寄生電容，增強線圈對瞬時過電壓的而授能力。

　　 6． 1/4波長短路器：1/4波長短路器是根據(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電涌保護器，這種保護器中的金屬短路棒長度是根據(jù)工作信號頻率（如900MHZ或1800MHZ）的1/4波長的大小來確定的。此并聯(lián)的短路棒長度對于該工作信號頻率來說，其阻抗無窮大，相當于開路，不影響該信號的傳輸，但對于雷電波來說，由于雷電能量主要分布在n+KHZ以下，此短路棒對于雷電波阻抗很小，相當于短路，雷電能量級被泄放入地。

  由于1/4波長短路棒的直徑一般為幾毫米，因此耐沖擊電流性能好，可達到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，另一個缺點是不能對天饋設施加直流偏置，使某些應用受到限制。
三、SPD的基本電路：電涌保護器的電路根據(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，一個技術精通的防雷產(chǎn)品研究工作者，可設計出五花八門的電路，好似一盒積木可搭出不同的結構圖案。研制出既有效又性能價格比好的產(chǎn)品，是防雷工作者的重任。

電涌保護器一般指浪涌保護器。浪涌保護器也叫防雷器，是一種為各種電子設備、儀器儀表、通訊線路提供安全防護的電子裝置。當電氣回路或者通信線路中因為外界的干擾突然產(chǎn)生尖峰電流或者電壓時，浪涌保護器能在極短的時間內(nèi)導通分流，從而避免浪涌對回路中其他設備的損害。

浪涌保護器適用于交流50/60HZ，額定電壓220V/380V的供電系統(tǒng)中，對間接雷電和直接雷電影響或其他瞬時過壓的電涌進行保護，適用于家庭住宅、第三產(chǎn)業(yè)以及工業(yè)4102領域電涌保護的要求。

一、電涌保護器的分類可以按照非線性元件的特性進行分類，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行分類1）電壓開關型電涌保護器：無電涌出現(xiàn)時為高阻抗，當出現(xiàn)電壓電涌時突變?yōu)榈妥杩?。通常采用放電間隙、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關型電涌保護器的組件。也稱"克羅巴型"電涌保護器。具有不連續(xù)的電壓、電流特性。2）限壓型電涌保護器無電涌出現(xiàn)時為高阻抗，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器的組件。也稱"箝壓型"電涌保護器。具有連續(xù)的電壓、電流特性。3）組合型電涌保護器由電壓開關型元件和限壓型元件組合而成的電涌保護器，其特性隨所加電壓的特性可以表現(xiàn)為電壓開關型、限壓型或電壓開關型和限壓型皆有。（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、信號系統(tǒng)SPD和天饋系統(tǒng)SPD。二、選擇電源系統(tǒng)SPD的幾個關鍵參數(shù)（1）SPD試驗類別的選擇SPD的試驗類別共計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，應設置Ⅰ類試驗的浪涌保護器或Ⅱ類試驗的浪涌保護器作為第一級保護；2）在配電線路分配電箱、電子設備機房配電箱等后續(xù)防護區(qū)交界處，可設置Ⅱ類或Ⅲ類試驗的浪涌保護器作為后級保護；3）特殊重要的電子信息設備電源端口可安裝Ⅱ類或Ⅲ類試驗的浪涌保護器作為精細保護使用直流電源的信息設備，視其工作電壓要求，宜安裝適配的直流電源線路浪涌保護器。（2）SPD中I級分類試驗、II級分類試驗、III級分類試驗的區(qū)別I類： 由標稱放電電流In測試：由1.2/50μs沖擊電壓測試和10/350μs沖擊電流測來試（電流波形測試）組源成。通常對開關型防雷器進2113行測試。II類： 由標稱放電電流In測試：由1.2/50μs沖擊電壓測試和8/20μs沖擊電流測試（電流波形測5261試）組成。通常對限壓型防雷器進行測試。III類：混合波測試：采用組合法Uoc（開4102路電壓）進行測試。通常用于III類測試的負載動作測試。1.2/50μs（電1653壓波形測試）和8/20μs（電流波形測試）

（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）。這個數(shù)值是SPD的一個門限值，即當工作電壓超過這個數(shù)值，SPD開通、漏電流指數(shù)級增大。Uc的選擇和系統(tǒng)接地形式、系統(tǒng)電壓、電能質量有關。Uc值至少要大于正常工作時的電壓，例如在TN系統(tǒng)中380/220V，電壓正偏差不大于7%，但我國實際電壓正偏差往往超過此值，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 10% 以及因諧波作用使正常運行電壓幅值升高的場所，還應根據(jù)具體情況適當提高上述 SPD 規(guī)定的 Uc值；但同時應兼顧過電壓保護水平（Up）與被保護設備的配合。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 約為被保護系統(tǒng)額定電壓的 1.5倍左右（經(jīng)驗值）。（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級分類動作負載試驗參數(shù)，其波形通常為10/350μs；

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

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

三、各級SPD選擇的參數(shù)（1）SPD-1第一級電涌保護器SPD1若安裝在某建筑物總配電室，用三片開關型電涌保護器就能滿足系統(tǒng)的要求，我國現(xiàn)行的供電方式即使整個供電系統(tǒng)采用TN-S方式，而在總配電室N與PE是一個接地點，如此在配電機房總配電柜安裝三片開關型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)運行電壓：Uc=440V放電電流：一般按規(guī)范要求進行計算設計或參考標準中要求保護電平：Up≤2.5KV響應時間：tA≤100ns（2）SPD-2第二級電源電涌保護器是應用最廣泛的一個產(chǎn)品，雷電電磁脈沖能對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SPD作為限壓型電涌保護器額定通流量In定位為20～40KA。SPD-2建議技術參數(shù)選擇如下：持續(xù)運行電壓：Uc=260～320V額定放電電流（8/20μs）In=20KA放電電流（8/20μs）Imax=40KA保護電平：Up≤1.5KV

響應時間：tA≤25ns（3）SPD-3第三級電源電涌保護器一般安裝于重要設備的前端，所謂細保護。SPD-3建議技術參數(shù)選擇如下：持續(xù)運行電壓：Uc=255V標稱放電電流（8/20μs）：In L→N 3KA N→PE 5KA

電壓保護級別Up：L→N≤1.25KV L→PE≤1.5KV響應時間：tA≤25ns四、電涌保護器SPD的安裝（1）使用安裝SPD的三相基本要求：1）安裝SPD之后，在無電涌發(fā)生時，SPD不應對電氣（電子）系統(tǒng)正常運行產(chǎn)生影響。2）安裝SPD之后，在有電涌發(fā)生的情況下，SPD能承受預期通過的雷電流而不損壞，并能箝制電涌電壓和分走電涌電流。3）在電涌電流通過后，SPD應迅速恢復高阻狀態(tài)，切斷工頻續(xù)流。