[科普中国]-电源防雷器

电源防雷器（SPD）又名避雷器，浪涌保护器，电涌保护器。在信息时代，电脑网络和通讯设备越来越精密，其工作环境的要求也越来越高，而雷电以及大型电气设备的瞬间过电压会越来越频繁的通过电源、天线、无线电信号收发设备等线路侵入室内电气设备和网络设备，造成设备或元器件损坏，人员伤亡，传输或储存的数据受到干扰或丢失，甚至使电子设备产生误动作或暂时瘫痪、系统停顿，数据传输中断，局域网乃至广域网遭到破坏。其危害触目惊心，间接损失一般远远大于直接经济损失。电源防雷器就是通过现代电学以及其它技术来防止被雷击中的设备。

简介电源防雷器是浪涌保护器中最常用的一种，主要是针对电源系统所选用的浪涌保护。另外，还有网络防雷器，信号防雷器，视频防雷器，三合一防雷器等等。1

发展历史最原始的防雷器是羊角形间隙，出现于19世纪末期，用于架空输电线路，防止雷击损坏设备绝缘而造成停电，故称"防雷器"。20世纪20年代,出现了铝防雷器,氧化膜防雷器和丸式防雷器。30年代出现了管式防雷器。50年代出现了碳化硅防雷器。70年代又出现了金属氧化物防雷器。现代高压防雷器，不仅用于限制电力系统中因雷电引起的过电压，也用于限制因系统操作产生的过电压。1992年以来，以德、法为代表的工控标准35mm导轨卡接式可拔插SPD防雷模块，开始大规模引进到中国，稍后以美、英为代表的一体化箱式电源防雷组合也进入了中国

组成电源防雷器包括电源防雷模块、电源防雷箱、电源防雷插座等。

电源防雷模块和电源防雷箱的区别在于体积大小不同，后者功能更加强大，且拥有雷电计数器等，但模块比防雷箱更容易安装且低廉。1

分类按用途分（1）开关型防雷器

其工作原理是当没有瞬时过电压时呈现为高阻抗，但一旦响应雷电瞬时过电压时，其阻抗就突变为低值，允许雷电流通过。用作此类装置时器件有：放电间隙、气体放电管、闸流晶体管等。

（2）限压型防雷器

其工作原理是当没有瞬时过电压时为高阻抗，但随电涌电流和电压的增加其阻抗会不断减小，其电流电压特性为强烈非线性。用作此类装置的器件有：氧化锌、压敏电阻、抑制二极管、雪崩二极管等防雷器大多为限压型。

（3）分流型或扼流型防雷器

分流型：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：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。

用作此类装置的器件有：扼流线圈、高通滤波器、低通滤波器、1/4波长短路器等1。

按防雷等级分一级防雷器：一般标称在30KA以上。有开关型和限压型。

二级防雷器：一般标称在15--20KA之间。均为限压型。

三级防雷器：一般标一般标称在5--10KA之间,均为限压型。

作用特点防雷器是用来保护电力系统中各种电器设备免受雷电过电压、操作过电压、工频暂态过电压冲击而损坏的一种电器。防雷器的类型主要有保护间隙、阀型防雷器和氧化锌防雷器。保护间隙主要用于限制大气过电压，一般用于配电系统、线路和变电所进线段保护。阀型防雷器与氧化锌防雷器用于变电所和发电厂的保护，在500KV及以下系统主要用于限制大气过电压，在超高压系统中还将用来限制内过电压或作内过电压的后备保护。2

选用要点配电系统首先要搞清楚自己的配电系统，是TT、TN还是IT系统？因为定了配电系统，我们才能确定单相，三相，接线方式等，以此选择合适的防雷产品，我国多数配电系统都为TN-S方式。

压敏电阻防雷产品中的主要材料是氧化锌压敏电阻，其材料的品质和工艺水平的高低对产品遭受雷击时是否能产生预期的保护作用有直接的影响，所以你在选择防雷器时一定要了解厂家的压敏电阻的来源。

重要参数标称电压Un：被保护系统的额定电压相符，在信息技术系统中此参数表明了应该选用的保护器的类型，它标出交流或直流电压的有效值。

最大持续工作电压Uc：能长久施加在保护器的指定端，而不引起保护器特性变化和激活保护元件的最大电压有效值。

标称放电电流In：给保护器施加波形为8/20s的标准雷电波冲击10次时，保护器所耐受的最大冲击电流峰值。

最大放电电流Imax：给保护器施加波形为8/20s的标准雷电波冲击1次时，保护器所耐受的最大冲击电流峰值。

电压保护级别Up：保护器在下列测试中的最大值：1KV/s斜率的跳火电压；额定放电电流的残压。

安装位置按照三级防雷保护原理，电源和设备所需要的保护措施被分为三个等级。在总配电柜安装第一级防雷器，选择相对通流容量大的电源防雷器（Imax80KA~160KA视情况而定），然后在下属的区域配电箱处安装第二级电源防雷器（Imax40KA左右），最后在设备前端安装第三级电源防雷器（Imax10KA-40KA）。3

检测报告防雷产品应当符合国务院气象主管机构规定的使用要求。防雷产品应当由国务院气象主管机构授权的检测机构测试，测试合格并符合相关要求后方可投入使用。申请国务院气象主管机构授权的防雷产品检测机构,应当按照国家有关规定通过计量认证、获得资格认可。

分级防护第一级防雷器可以对于直接雷击电流进行泄放，或者当电源传输线路遭受直接雷击时传导的巨大能量进行泄放，对于有可能发生直接雷击的地方，必须进行CLASS—I的防雷。第二级防雷器是针对前级防雷器的残余电压以及区内感应雷击的防护设备，对于前级发生较大雷击能量吸收时，仍有一部分对设备或第三级防雷器而言是相当巨大的能量会传导过来，需要第二级防雷器进一步吸收。同时，经过第一级防雷器的传输线路也会感应雷击电磁脉冲辐射LEMP，当线路足够长感应雷的能量就变得足够大，需要第二级防雷器进一步对雷击能量实施泄放。第三级防雷器是对LEMP和通过第二级防雷器的残余雷击能量进行保护1。

第一级保护目的是防止浪涌电压直接从LPZ0区传导进入LPZ1区，将数万至数十万伏的浪涌电压限制到2500—3000V。

入户电力变压器低压侧安装的电源防雷器作为第一级保护时应为三相电压开关型电源防雷器，其雷电通流量不应低于60KA。该级电源防雷器应是连接在用户供电系统入口进线各相和大地之间的大容量电源防雷器。一般要求该级电源防雷器具备每相100KA以上的最大冲击容量，要求的限制电压小于1500V，称之为CLASS I级电源防雷器。这些电磁防雷器是专为承受雷电和感应雷击的大电流以及吸引高能量浪涌而设计的，可将大量的浪涌电流分流到大地。它们仅提供限制电压（冲击电流流过电源防雷器时，线路上出现的最大电压称为限制电压）为中等级别的保护，因为CLASS I级保护器主要是对大浪涌电流进行吸收，仅靠它们是不能完全保护供电系统内部的敏感用电设备的。

第一级电源防雷器可防范10/350μs、100KA的雷电波，达到IEC规定的最高防护标准。其技术参考为：雷电通流量大于或等于100KA（10/350μs）；残压值不大于2.5KV；响应时间小于或等于100ns。

第二级防护目的是进一步将通过第一级防雷器的残余浪涌电压的值限制到1500—2000V，对LPZ1—LPZ2实施等电位连接。

分配电柜线路输出的电源防雷器作为第二级保护时应为限压型电源防雷器，其雷电流容量不应低于20KA，应安装在向重要或敏感用电设备供电的分路配电处。这些电源防雷器对于通过了用户供电入口处浪涌放电器的剩余浪涌能量进行更完善的吸收，对于瞬态过电压具有极好的抑制作用。该处使用的电源防雷器要求的最大冲击容量为每相45kA以上，要求的限制电压应小于1200V，称之为CLASS Ⅱ级电源防雷器。一般用户供电系统做到第二级保护就可以达到用电设备运行的要求了

第二级电源防雷器采用C类保护器进行相—中、相—地以及中—地的全模式保护，主要技术参数为：雷电通流容量大于或等于40KA（8/20μs）；残压峰值不大于1000V；响应时间不大于25ns。

第三级保护目的是最终保护设备的手段，将残余浪涌电压的值降低到1000V以内，使浪涌的能量不致损坏设备。

在电子信息设备交流电源进线端安装的电源防雷器作为第三级保护时应为串联式限压型电源防雷器，其雷电通流容量不应低于10KA。

最后的防线可在用电设备内部电源部分采用一个内置式的电源防雷器，以达到完全消除微小的瞬态过电压的目的。该处使用的电源防雷器要求的最大冲击容量为每相20KA或更低一些，要求的限制电压应小于1000V。对于一些特别重要或特别敏感的电子设备具备第三级保护是必要的，同时也可以保护用电设备免受系统内部产生的瞬态过电压影响。

对于微波通信设备、移动机站通信设备及雷达设备等使用的整流电源，宜视其工作电压的保护需要分别选用工作电压适配的直流电源防雷器作为末级保护。

第四级及以上根据被保护设备的耐压等级，假如两级防雷就可以做到限制电压低于设备的耐压水平，就只需要做两级保护，假如设备的耐压水平较低，可能需要四级甚至更多级的保护。第四级保护其雷电通流容量不应低于5KA。3

安装方法SPD常规安装要求浪涌保护器采用35MM标准导轨安装，对于固定式SPD，常规安装应遵循下述步骤1：

1）确定放电电流路径

2）标记在设备终端引起的额外电压降的导线，。

3）为避免不必要的感应回路，应标记每一设备的 PE导体，

4）设备与SPD之间建立等电位连接。

5）要进行多级SPD的能量协调

为了限制安装后的保护部分和不受保护的设备部分之间感应耦合，需进行一定测量。通过感应源与牺牲电路的分离、回路角度的选择和闭合回路区域的限制能降低互感，当载流分量导线是闭合回路的一部分时，由于此导线接近电路而使回路和感应电压而减少。

一般来说，将被保护导线和没被保护的导线分开比较好，而且，应该与接地线分开。同时，为了避免动力电缆和通信电缆之间的瞬态正交耦合，应该进行必要的测量。

SPD接地线径选择数据线：要求大于2.5mm²；当长度超过0.5米时要求大于4mm²。YD/T5098-1998。

电源线：相线截面积S≤16mm² 时，地线用S ；相线截面积16mm2≤S≤35mm² 时，地线用16mm² ；相线截面积S≥35mm²时，地线要求S/2 ；GB 50057第2.2.9条3

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学