电涌保护器的工作原理和防雷设计

电涌保护器（SurgeProtectiveDevice，SPD），也称为电涌保护器，是一种非线性保护装置，用于限制带电系统中的瞬态过电压和直接放电放电涌入电流，以保护低压水平电气或电子系统受到保护包括雷击，雷电电磁脉冲或工作过电压. 近年来，电子信息系统（例如电视，电话，通信，计算机网络等）发展迅速，电子信息设备已经出现并大量传播. 这样的系统和设备通常更昂贵和重要. 它们的工作电压和耐压非常低，并且极易受到雷电电磁脉冲的影响. 因此，需要SPD来进行过压保护.

由于各国标准不同，产品规格不统一，参数辨识有重点，远不及其他电气产品规格，给设计选择带来很大不便. 在工程设计中，普通品牌根据产地可分为国内产品，欧洲产品和美国产品. 国内产品的参数设置混乱，规格多，残留压力高. 标准产品模型被设置为模仿欧洲产品，有些遵循国家校准参数. 大多数产品都标有In和Imax. 由于国产产品对应用场所的要求较低，建筑等级不高，设备耐压值较大，因此可以适当放宽一些参数要求.

欧洲产品通常标有最大放电电流浪涌吸收器原理，并且还根据该参数设置产品型号. 例如，一个著名的欧洲品牌XXX65，XXX40，其中值65、40是Imax. 但是，我国的标准明确规定，应使用标称放电电流In进行选型，这是工程设计中遇到的尴尬局面. 检查产品信息后，XX65的In值不超过20kA，XX40的In值不超过15kA. 根据GB50343的推荐值，这两种产品只能在设备末端进行三次保护，但在实际设计中，它们安装在第一层和第二层，显然与产品的选择参数不一致. 国家标准，且残余压力高，一般型号一般超过1200V，一旦接线环境不好，就很容易突破设备的电压值. 通常，欧洲产品的Uc值很小，并且线路电压带有推测标记，因此选择模型时更容易产生误导.

SPD的工作原理

电涌保护器适用于220 / 380V低压电源保护. 它是一个非线性分量. 根据IEC标准，电涌保护器是主要抑制传输线的过电压和过电流的设备. 电涌保护器起到保护作用. 基本要求是必须承受预期通过的雷电流，并且电涌的最大钳位电压可以有效地消除雷电流通过后产生的工频连续电流，并立即进入电源线和信号传输线. 过电压应限制在设备或系统可以承受的电压范围内，或者将强大的雷电流释放到地面，以保护受保护的设备或系统免受冲击损坏.

电涌保护器的类型和结构因用途不同而不同，但至少包含一个非线性电压限制元件. 常用的电涌保护器是MOV（MetalOxideVaristor）和气体放电管. 浪涌包含强大的能量，因此无法避免. 因此，保护​​敏感电气设备免受浪涌损害的策略是将浪涌从设备转移到地面.

电涌保护器MOV由三部分组成: 中间是金属氧化物材料，它通过两个半导体连接到电源并接地. 发生电涌时，MOV立即起作用，响应时间为1到3纳秒. MOV中的“ V”是压敏电阻. 在响应的瞬间，MOV的电阻从最大值降至几乎为零欧姆，过电流通过MOV流入地面. 受保护的电气设备继续在正常工作电压下运行. 其半导体元件具有随电压变化而改变电阻的特性. 当电压低于一定值时，半导体中电子的移动会产生高电阻. 相反，当电压超过该特定值时，电子运动将发生变化，并且半导体电阻将降低至接近零欧姆. 电压正常，电涌保护器的MOV处于空闲状态，不影响电源线.

*价格电涌保护器的MOV指数: （1）钳位电压: 表示将导致MOV连接到地线的电压值. 钳位电压越低，保护性能越好. （2）能量吸收/耗散能力: 此标称值表示电涌保护器在燃烧之前可以吸收多少能量，以焦耳为单位. 值越高，保护性能越好. （3）响应时间: 电涌保护器不会立即断开，其对电涌的响应会稍有延迟.

另一种常见的电涌保护装置是排气管. 这些排气管具有与MOV相同的功能. 它们将多余的电流从火线转移到地线. 通过使用惰性气体作为两条导线之间的导体来实现此功能. 当电压在一定范围内时，气体的成分确定其为不良导体. 如果电压激增并超过此范围，则电流将足够强以使气体电离，从而使气体放电管成为非常好的导体. 它将电流传导到地面，直到电压恢复到正常水平，然后变成不良导体.

电涌保护器的分类

SPD是用于防雷电子设备的必不可少的设备. 其功能是将渗透到电源线和信号传输线中的瞬时过电压限制到设备或系统可以承受的电压范围，或限制强大的雷电流. 泄漏到地面以保护受保护的设备或系统不受冲击.

按工作原理分类

根据其工作原理，SPD可以分为电压开关型，电压限制型和组合型.

（1）电压开关类型SPD. 当没有瞬时过电压时，它表现出高阻抗. 一旦它对雷电瞬时过电压作出响应，其阻抗就会突然变为低阻抗，从而使雷电流通过. 也称为“短路开关型SPD”.

（2）限压SPD. 当没有瞬时过电压时，它是高阻抗，但随着浪涌电流和电压的增加，其阻抗将继续减小，并且其电流和电压特性呈强非线性，有时称为“钳位SPD”.

（3）组合SPD. 它由电压开关型组件和电压限制型组件组成，可以显示为电压开关型或电压限制型，或同时显示两种特性，具体取决于所施加电压的特性.

按用途分类

根据其用途，SPD可以分为两种类型: 电源线SPD和信号线SPD.

（1）电源线SPD

由于雷电的能量非常大，因此有必要通过分级放电的方法将雷电的能量逐渐释放到地面. 在直接雷电非保护区（LPZ0A）或直接雷电保护区（LPZ0B）与第一个保护区（LPZ1）的交界处，安装通过I级防护的电涌保护器或限压电涌保护器作为第一级保护的测试，要释放直流雷电流，或者当输电线路遭受直接雷击时，会释放传导的巨大能量. 在第一保护区之后的每个区域（包括LPZ1区域）的交界处安装限压电涌保护器，作为第二，第三或更高级别的保护. 二级保护器是针对前级保护器的残余电压和该区域感应的雷击的保护装置. 当在前级吸收大的雷电能量时，设备或第三级保护器的一部分仍然相当大. 能量将被传导，并且需要被第二级保护器进一步吸收. 同时，穿过第一级避雷器的传输线也会感应雷电电磁脉冲辐射. 当线路足够长时，感应雷电的能量会变得足够大，因此需要二级保护器以进一步释放雷击的能量. 第三级保护器保护流经第二级保护器的剩余雷电能量. 根据被保护设备的耐压水平，如果两级雷电保护可以达到低于设备耐压水平的极限电压，则只需要两级保护；如果设备的耐压等级很低，则有四个等级甚至更高的保护等级.

（2）信号线SPD

随着信息系统的广泛应用，由于大量的网络线路和电子设备的低电压水平，雷击对信息系统的危害越来越大. 雷电对信息系统的损害主要是由雷电电磁脉冲引起的，包括沿线路传导的雷电过电压波，地线上雷电流产生的高电势反击，雷电电磁场的静电感应和电磁感应. 防止电磁脉冲的保护措施包括拦截，分流，等电位连接，屏蔽，接地和合理的接线. 在信号线上安装SPD是防止信息系统中电磁脉冲的重要措施. 它也可以起到拦截，分流和等电位连接的作用. 信号线SPD应连接到受保护设备的信号端口. 输出端连接到被保护设备的端口，分为串行连接和并联连接，通常串联安装在信号线上. 因此，在选择信号SPD时，应选择插入损耗小的SPD.

SPD在避雷中的重要性

根据《建筑物防雷设计规范》 GB50057-94（2000版）的规定，LPZ0B，LPZ1，LPZn + 1避雷区内的建筑物应根据情况采取措施防止雷电，静电或电涌. 雷击是由雷电流产生的强电磁场变化（电磁脉冲感应或静电感应）在导体上引起的过电压和过电流所引起的雷击，这对建筑物中的电气设备构成了巨大的威胁，特别是对电压电子设备. 建筑物内设备防雷的关键是防止感应雷电侵入. 在感应雷的保护中，电涌保护器（SPD）是必不可少的设备. 它可以根据各种线路中发生的过电压和过电流及时做出反应，并释放线路中或线路上的过电流. 钳位过电压以达到保护电气设备的目的.

静电，电涌和雷电具有相同的性质，可以通过电涌保护器（SPD）加以抑制. 静电产生的另一种形式是由于电子设备的摩擦或高速运行，这会在人体和电子设备上产生大量静电荷. 人与物体之间容易发生高压放电，放电后容易损坏精密电子设备. 设备;每天都会产生大量电涌，例如电源开关，电源插头，电梯的启动和停止，电动门，电动机，电钻，焊接，电气设备损坏以及电线短路. 此外，电源系统内部经常会发生电涌，并且电源是干的

可能会出现线路，支线，发电机，变电站，UPS，AC和DC电源，甚至电气设备端子[2]. 与雷电相比，电涌的脉冲电压虽然较低，但其脉冲宽度，持续时间和强度仍不小，但足以干扰和损坏电气设备.

SPD在计算机信息系统中的应用

大多数现代计算机信息系统由集成电路组成，微电子设备的介电强度很低. 但是，这些敏感电子设备的工作电压不断降低，其数量和规模也在不断扩大，因此容易遭受过电压，特别是闪电的伤害. 由于攻击而造成损坏的可能性大大增加，其后果可能会中断整个系统的运行并造成不可估量的经济损失. 雷电和电涌电压已成为信息时代的主要危害.

电力系统的防雷设计

（1）主配电屏幕. 在三相线上安装三个MC50-B模块，分别添加空气开关，然后在N线和接地线之间安装MC125-B / NPE模块.

（2）UPS保护. 在每个相线和零线之间安装一个V20-C模块浪涌吸收器原理，并在每个模块的前面安装一个空气开关，并在N和地面之间安装一个V20-C / NPE模块.

（3）需要保护的重要设备. 使用CNS32D保护其电源线.

（4）弱电流设备的电源保护. 使用V20-C防雷模块或VF系列电源精细保护模块.

电源电涌保护器的如图1所示，其中MC50-B / 3 + NPE是3个高能石墨间隙电涌保护器和1个MC125-B / NPE模块V20-C / 3的组合+ NPE / AS是具有声光功能的增强型避雷器. 防雷装置和空气开关安装在相应的MCCB旁边.

计算机网络的防雷设计

RJ45S-E100 / 4-F网络防雷设备安装在进出机房的100M双绞线两端. 光纤电缆不需要配备防雷装置，但增强芯应在入口处接地. . RJ45S-E100 / 4-F网络防雷器也安装在网络交换机的出口，以形成多级保护.

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