1、電涌保護(hù)器SPD應(yīng)用常識(shí)隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代化水平的快速提高，在信息化帶動(dòng)工業(yè)化的指引下，各類信息設(shè)備、電子計(jì)算機(jī)、精密儀器、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，此類設(shè)備一般工作電壓低、耐壓水平低、敏感性高、抗干擾能力低，因而極易受到雷電電流脈沖的危害。每年都給人類造成巨大的直接經(jīng)濟(jì)損失。而因重要設(shè)備損壞使網(wǎng)絡(luò)陷入癱瘓而造成的間接損失更是驚人，已引起國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域?qū)Υ祟愊到y(tǒng)加強(qiáng)保護(hù)的高度重視。近年來(lái)，“SPD”這個(gè)名詞已越來(lái)越多地被專業(yè)研究、產(chǎn)品制造及工程設(shè)計(jì)的人們所提到。作為雷電防護(hù)裝置體系中的重要組成部分，“SPD”已被廣泛用于郵電通訊、廣播電視、金融證券、保險(xiǎn)、電力、鐵道、交通、機(jī)場(chǎng)、石

2、化、市政建設(shè)等各個(gè)行業(yè)。可以毫不夸張地說(shuō)，凡是裝有IT設(shè)備的場(chǎng)所，就有應(yīng)用SPD的必須。那么SPD究竟是一種什么產(chǎn)品呢？SPD有哪些功能呢？SPD是如何選擇應(yīng)用的呢？在這里我們著手用盡可能通俗的語(yǔ)言向各位介紹一些有關(guān)SPD產(chǎn)品的基礎(chǔ)知識(shí)。希望對(duì)那些尚未接觸過(guò)SPD或?qū)PD知之甚少而又想掌握SPD知識(shí)，并進(jìn)而使用SPD產(chǎn)品的讀者有所收益。一、 什么是SPD（SPD介述）SPD這一名詞英語(yǔ)全稱是surge protectiye device其譯意為電涌保護(hù)器，是限制雷電反擊、侵入波、雷電感應(yīng)和操作過(guò)電壓而產(chǎn)生的瞬時(shí)過(guò)電壓和泄放電涌電流（沿線路傳送的電流、電壓或功率的暫態(tài)波。其特性是先快速上升后緩

3、慢下降）的器件。一端口SPD與被保護(hù)電路并聯(lián)，能分開(kāi)輸入和輸出端，在這些端子之間設(shè)有特殊的串聯(lián)阻抗；二端口SPD有兩組輸入和輸出端子，在這些端子之間有特殊的串聯(lián)阻抗；電壓開(kāi)關(guān)型SPD在沒(méi)有電涌時(shí)具有高阻抗，有電涌電壓時(shí)能立即變成低阻抗，電壓開(kāi)關(guān)型SPD常用的元件有放電間隙、氣體放電管、閘流管（硅可控整流器）和三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件。這類SPD有時(shí)也稱“短路型SPD”；電壓限制型SPD在沒(méi)有電涌時(shí)具有高阻抗但隨著電涌電流和電壓的上升其阻抗將持續(xù)地減小。常用的非線性元件有壓敏電阻和抑制二極管，這類SPD有時(shí)也稱為“箝位型SPD”；復(fù)合型SPD是由電壓開(kāi)關(guān)型元件和電壓限制型元件組成的，其特性隨所加電

4、壓的特性可以表現(xiàn)為電壓開(kāi)關(guān)型、電壓限制型或兩者皆有。無(wú)限流元件的SPD在信息線路中的使用只有一個(gè)或數(shù)個(gè)用于限制過(guò)電壓的元件，而無(wú)限流元件；有限流元件的SPD在信息線路中使用既有限制過(guò)電壓的元件，又有限流元件。SPD限壓元件可分為電壓開(kāi)關(guān)型和限壓型SPD需通過(guò)I、和級(jí)分類試驗(yàn)。SPD有戶內(nèi)型、戶外型、易觸及的、不易觸及的（碰不到的）。固定安裝方式及移動(dòng)式的。二、   應(yīng)用SPD抑制異常過(guò)電壓的種類通常將超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定的正常工作電壓上限值的電壓稱為“異常過(guò)電壓”簡(jiǎn)稱“過(guò)電壓”。它是SPD的工作對(duì)象，如果沒(méi)有過(guò)電壓也就沒(méi)有SPD的生存價(jià)值了。因此要了解SPD就必須對(duì)過(guò)電壓有個(gè)基本了

5、解。過(guò)電壓將對(duì)電氣或電子裝置中的電路、元器件造成直接破壞，這種破壞依據(jù)其嚴(yán)重程度大至可分為以下四種情況。1、使設(shè)備、裝置短時(shí)間工作錯(cuò)亂。2、造成潛故障，使得電路和器件的性能下降，壽命縮短，提前失效。3、造成電路或器件的永久性損壞。4、導(dǎo)致起火、觸電等安全事故。異常過(guò)電壓可能是外來(lái)的，也可能是設(shè)備、裝置內(nèi)部自生的。外侵過(guò)電壓的侵入途徑，可以通過(guò)導(dǎo)線、電路、管道傳導(dǎo)進(jìn)入；也可以通過(guò)靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)侵入。過(guò)電壓的出現(xiàn)可能是有規(guī)律性的、周期性的。但更多的則是隨機(jī)的。因此在大多數(shù)情況下，很難準(zhǔn)確在把握它，異常過(guò)電壓依據(jù)其成因的不同，可以分為雷擊過(guò)電壓、操作過(guò)電壓、靜電和暫態(tài)過(guò)電壓等。下面作分類介紹：1

6、)雷擊過(guò)電壓：雷云直接對(duì)設(shè)備、裝置放電時(shí)，設(shè)備裝置所承受的是“直擊雷過(guò)電壓”，這種情況發(fā)生概率少，而通常所說(shuō)的雷擊過(guò)電壓是指“感應(yīng)過(guò)電壓”。當(dāng)雷擊對(duì)地面某一點(diǎn)放電時(shí)，通常在它周圍方園1.5km范圍內(nèi)的導(dǎo)線、導(dǎo)體中都會(huì)有一定幅值的瞬態(tài)電壓產(chǎn)生。而產(chǎn)生這種沖擊電壓的主要機(jī)理如下：雷云對(duì)附近地面的物體放電，或在附近云層中放電，產(chǎn)生的電磁場(chǎng)   會(huì)在供電系統(tǒng)的線路導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電壓。附近云地之間放電所產(chǎn)生的入地電流。耦合到接地網(wǎng)的公共接地阻抗上，在接地網(wǎng)的長(zhǎng)度和寬度方向上產(chǎn)生電壓差。若雷擊時(shí)，變壓器一次側(cè)的的避雷器動(dòng)作，一次側(cè)電壓快速跌落。這種快速跌落通過(guò)變壓器的電容耦合傳送到二次

7、側(cè)。迭加在通過(guò)正常變壓器耦合的電壓上，形成二次側(cè)沖擊電壓。雷電直接擊中高壓一次側(cè)線路，向一次側(cè)線路注入極大的電流，這種大電流流過(guò)接地電阻或一次側(cè)導(dǎo)體的沖擊阻抗。都會(huì)產(chǎn)生高電壓，一次側(cè)的這種高電壓又可通過(guò)電容耦合和正常的變壓器耦合，在低壓交流電源線路中出現(xiàn)。雷電直接擊中二次側(cè)線路，極大的電流和由這種電流所產(chǎn)生的極高電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)備本身和接在二次側(cè)線路中的保護(hù)器件的承受能力。為模擬雷電沖擊，國(guó)際上規(guī)定“1.2/50”電壓波為標(biāo)準(zhǔn)雷電壓波（其波前時(shí)間為1.2s，波尾下降到半峰值的時(shí)間為50s。）“10/350”電流波為半徑傳導(dǎo)衰減的雷電流波；“8/20”電流波為經(jīng)傳導(dǎo)衰減的感應(yīng)雷電流波。雷電沖擊波的

8、特點(diǎn)持續(xù)時(shí)間短，但峰值高。2)操作過(guò)電壓是指電路中的斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、繼電器、可控硅開(kāi)關(guān)等通斷轉(zhuǎn)接時(shí)，在系統(tǒng)電路中、電路對(duì)地以及開(kāi)關(guān)兩端所產(chǎn)生的過(guò)電壓。產(chǎn)生操作過(guò)電壓的原因是由于線路及其中的元器件都帶有電感和電容，儲(chǔ)存在電感中的磁能和儲(chǔ)存在電容中的靜電場(chǎng)能量，在電路狀態(tài)突變時(shí)產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換，過(guò)渡的振蕩過(guò)程，由振蕩而出現(xiàn)過(guò)電壓。操作過(guò)電壓的持續(xù)時(shí)間比雷擊過(guò)電壓長(zhǎng)，比暫態(tài)過(guò)電壓短，在數(shù)百微秒到100mS之間，并且衰減很快。3)眾所周知，在天氣干燥的冬天，人體與衣服間的磨擦?xí)谷梭w帶電，當(dāng)帶電的人與電子產(chǎn)品接觸時(shí)，就會(huì)對(duì)電子產(chǎn)品（如手機(jī)）放電，這是一種典型的靜電放電，靜電放電的特點(diǎn)是電壓很高，但時(shí)間

9、很短，為納秒級(jí)。IEC61000-4-2規(guī)定的模擬接觸靜電放電的電壓，等級(jí)為2kv8kv，相應(yīng)的電流峰值為（7.530）A。4)暫態(tài)過(guò)電壓是指當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生接地故障，切斷負(fù)荷或諧振時(shí)所產(chǎn)生的相-地，或相-相間的電壓升高，它的特點(diǎn)是持續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng)（0.1S60S，與系統(tǒng)的保護(hù)方式有關(guān)）。暫態(tài)過(guò)電壓的幅值隨供電系統(tǒng)的接地方式而異，接地電阻大的系統(tǒng)，暫態(tài)過(guò)電壓倍數(shù)就大。表3.1給出了一組供電系統(tǒng)內(nèi)部過(guò)電壓倍數(shù)K的統(tǒng)計(jì)數(shù)字。過(guò)電壓倍數(shù)K的定義是內(nèi)部過(guò)電壓的峰值與系統(tǒng)的最高運(yùn)行相電壓峰值之比。表3.1 供電系統(tǒng)內(nèi)部過(guò)電壓倍數(shù)K暫態(tài)過(guò)電壓     

10、0;               操作過(guò)電壓過(guò)電壓名稱     K             過(guò)電壓名稱       K單相接地故障 1.11.3   切斷電感性負(fù)載     14.

11、0甩負(fù)荷     1.21.3     合閘空載線路(包括重合閘)   13.5電弧接地     13.5               切斷空載線路       13.5諧振     13.5  &#

12、160;              合空載變壓器     12.0此外，在實(shí)用中，還可能碰到所謂“錯(cuò)電”事故，即設(shè)計(jì)用于110V電源的設(shè)備錯(cuò)誤地接入220V的系統(tǒng)中，或設(shè)計(jì)用于220V電源的設(shè)備錯(cuò)誤地加上380V電壓等，這樣所引起的過(guò)電壓，不僅是接入電壓的峰值，還有過(guò)渡過(guò)程的震蕩性電壓。總之，異常過(guò)電壓成因復(fù)雜，持續(xù)時(shí)間和電壓、電流的強(qiáng)度差異極大，因此防護(hù)異常過(guò)電壓有時(shí)是個(gè)復(fù)雜而困難的任務(wù)。一般來(lái)說(shuō)壓敏電阻器是防護(hù)持續(xù)時(shí)間較短

13、的靜電，雷擊過(guò)電壓和操作過(guò)電壓的“瞬態(tài)”過(guò)電壓保護(hù)器，對(duì)于持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的暫態(tài)過(guò)電壓只能用熔斷器，斷路器等器件來(lái)防護(hù)。三、   SPD產(chǎn)品的主要術(shù)語(yǔ)定義SPD產(chǎn)品的術(shù)語(yǔ)很多，其中主要有以下幾個(gè)術(shù)語(yǔ)較常用1、標(biāo)稱放電電流In：流過(guò)SPD具有8/20波形的電流峰值。用于級(jí)試驗(yàn)的SPD分級(jí)以及I級(jí)、級(jí)試驗(yàn)的SPD的預(yù)處理試驗(yàn)。2、最大放電電流Imax：流過(guò)SPD具有8/20波形電流的峰值，其值按級(jí)動(dòng)作負(fù)載的程序確定。Imax大于In .3、沖擊電流Iimp：由電流峰值Ipeak和電荷量Q確定，其試驗(yàn)應(yīng)根據(jù)動(dòng)作負(fù)載試驗(yàn)的程序進(jìn)行，是用于I級(jí)試驗(yàn)的SPD分類試驗(yàn)。4、最大持續(xù)工作電壓U

14、c：允許持久施加在SPD上的最大交流電壓有效值或直流電壓。5、電壓保護(hù)水平Up：表征SPD限制接線端子間電壓的性能參數(shù)，其值可從優(yōu)選值的列表中選擇，該值應(yīng)大于限制電壓的最高值。6、限制電壓：施加規(guī)定波形和幅值的沖擊電壓時(shí)，在SPD接線端間測(cè)得的最大電壓峰值。7、殘壓：放電電流流過(guò)SPD時(shí)，在其端子間的電壓峰值。8、SPD的脫離器：當(dāng)SPD失效時(shí)，把SPD從電源系統(tǒng)斷開(kāi)所需的裝置。9、持續(xù)運(yùn)行電流：在對(duì)SPD加上Uc時(shí)，流入SPD保護(hù)元件的電流和流入與其并聯(lián)的內(nèi)部電路的電流之和。10、續(xù)流If：當(dāng)SPD放電動(dòng)作剛結(jié)束瞬間，流過(guò)SPD的由供電電源提供的工頻電流。11、插入損耗：在特定的頻率下，連接

15、到給定供電系統(tǒng)的SPD插入損耗是指試驗(yàn)時(shí)，插入SPD之前和以后，出現(xiàn)在橫跨干線緊靠插入點(diǎn)之后的電壓比，對(duì)信息線路用SPD而言，插入損耗是在傳輸系統(tǒng)中接入SPD前后傳輸系統(tǒng)的功率之比值。用dB（分貝）表示。12、比特差錯(cuò)率BER：在一給定的時(shí)間內(nèi)，信息傳輸系統(tǒng)中不正確地傳輸比特?cái)?shù)與總傳輸比特?cái)?shù)之比。13、SPD的頻率范圍fG：連接至信號(hào)線路的SPD在接入線路后，能產(chǎn)生能量損耗，規(guī)定在3dB的插入損耗下，取起始頻率至截止頻率為用于信號(hào)線路SPD的頻率范圍。14、SPD的數(shù)據(jù)傳輸速率bPS：用于信息線路的SPD在接入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)后應(yīng)不影響系統(tǒng)傳出的上限數(shù)據(jù)傳輸速率，用1s內(nèi)傳輸比特值bPS表示，即bPS

16、/S。15、回波損耗AR：在高頻工作條件下，前向波在SPD插入點(diǎn)產(chǎn)生反射的能量比，它是衡量SPD與被保護(hù)系統(tǒng)的波阻抗匹配程度的一個(gè)參數(shù)。AR是反射系數(shù)倒數(shù)的一個(gè)模量，單位為分貝（dB）。當(dāng)阻抗可確定時(shí)，可從下列公式確定AR：AR=20×lgMOD(Z1+Z2)/( Z1- Z2)式中：Z1：阻抗不連續(xù)點(diǎn)之前傳輸線的特性阻抗或源阻抗。        Z2：不連續(xù)點(diǎn)之后的特性阻抗或從源和負(fù)載間的結(jié)合點(diǎn)所測(cè)到的負(fù)載阻抗。MOD是阻抗模的計(jì)算。16、近端交擾NEXT：交擾在干擾通道中的傳播方向與電流在干擾通道中的傳播方向相

17、反。持續(xù)近端交擾的干擾通道端口通常與干擾通道的供能端接近或重合。17、I級(jí)分類試驗(yàn)：對(duì)試品進(jìn)行標(biāo)稱放電電流In，1.2/50s沖擊電壓和最大沖擊電流Iimp的試驗(yàn)，Iimp的波形為10/350s。18、級(jí)分類試驗(yàn)：對(duì)試品進(jìn)行標(biāo)稱放電電流In，1.2/50s沖擊電壓和最大放電電流Imax的試驗(yàn)。Imax的波形為8/20s。19、級(jí)分類試驗(yàn)：對(duì)試品進(jìn)行混合波（1.2/50s，8/20s）試驗(yàn)。注：IEC61643-1序言中指出：I級(jí)分類試驗(yàn)用于模擬導(dǎo)入的部分雷電流沖擊，經(jīng)I級(jí)分類試驗(yàn)的SPD一般建議安裝在暴露處，如裝有防雷裝置的建筑物入戶處，級(jí)和級(jí)分類試驗(yàn)用于承受持續(xù)時(shí)間短的雷擊電磁脈沖，此類SP

18、D一般安裝在較少暴露處。四、低壓配電系統(tǒng)SPD的選擇應(yīng)用現(xiàn)在的防雷工程技術(shù)已進(jìn)入一個(gè)新時(shí)期，要考慮雷電的各種物理特性和作用而實(shí)施。強(qiáng)大的閃電產(chǎn)生的靜電場(chǎng)變化、磁場(chǎng)變化和電磁輻射，在一定范圍內(nèi)造成許多微電子設(shè)備的損壞。從前的防雷概念局限于沿著閃電電流或者閃電電壓波傳輸?shù)囊痪S通道來(lái)考慮，但到了20世紀(jì)80年代以后則不同了，閃電在一維通道四周的三維空間產(chǎn)生危害。因此防雷工程必須從三維空間來(lái)設(shè)防。這是一種全新的思維，原來(lái)以為一個(gè)雷擊被避雷針引入大地就達(dá)到了防雷的需要，不會(huì)出現(xiàn)雷災(zāi)。可是在幾公里空間范圍內(nèi)仍有許多單位出現(xiàn)雷災(zāi)，甚至損失嚴(yán)重。這是因?yàn)椋F(xiàn)今的各種電氣和電子產(chǎn)品不得不在嚴(yán)重污染的電磁環(huán)境中工

19、作。這種污染來(lái)自雷電、電氣系統(tǒng)操作及故障，還有靜電。它們所產(chǎn)生的異常高電壓對(duì)信息技術(shù)產(chǎn)品的危害尤其嚴(yán)重。因?yàn)檫@類產(chǎn)品中大量使用著各種集成電路（IC）,其中元器件的尺寸，導(dǎo)線之間的間距只有幾微米，甚至小于1m。因此作用在它們上面的沖擊電壓只要稍微比設(shè)計(jì)值高一點(diǎn)就能使它們損壞。而這種損壞所造成的損失主要不在設(shè)備本身，而是因這些信息技術(shù)設(shè)備停止工作或工作錯(cuò)亂所造成的間接損失。例如一臺(tái)銀行電腦的電源板被雷擊感應(yīng)電壓打壞，更換其中損壞的元件可能只是百元左右，但由于停機(jī)或內(nèi)存資料丟失所造成的損失則無(wú)法計(jì)算。所以對(duì)于現(xiàn)代電子設(shè)備，特別是信息技術(shù)產(chǎn)品，防護(hù)異常過(guò)電壓是個(gè)必須認(rèn)真解決，絲毫不能馬虎的課題。簡(jiǎn)單而草率地將SPD裝置在各種線路中并不意味著就是最優(yōu)的保護(hù)方案，只有正確地選擇、配置、安裝才能使SPD達(dá)到預(yù)期的效果，使保護(hù)方案成功地付諸實(shí)施。SPD正常發(fā)揮效用的前提是將浪涌電壓而引起的浪涌電流以最短的途徑通過(guò)等電位系統(tǒng)接地。電源線、信號(hào)線、金屬管道等都要通過(guò)等電位連接導(dǎo)體或電涌保護(hù)器進(jìn)行等電位連接，各個(gè)局部等電位連接排互相連接。并最后與主等電位連接排相連。根據(jù)感應(yīng)原理，電感量越大瞬間電流在電路中產(chǎn)生的電壓越高。V=L·di/dt。而電感量主要與導(dǎo)線長(zhǎng)度有關(guān)，而和導(dǎo)線截面關(guān)系不大。因此應(yīng)使導(dǎo)線盡可能地短，盡量做到在需保護(hù)的區(qū)域內(nèi)，所有導(dǎo)電部件都可認(rèn)為是有接近相等的電位，因