浅析低压配电系统中的SPD

摘要：雷电过电压是低压配电系统中危害用电设备安全及系统正常运行的重要干扰源。作为雷电防护装置体系中的重要组成部分，“SPD”已被广泛用于多个行业。本文主要介绍了SPD的定义、分类、性能参数等基本知识。

关键词：雷电过电压 低压配电系统 SPD

中图分类号：TM642文献标识码： A

1.定义

电涌保护器(Surge protection Device)是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装置，过去常称为“避雷器”或“过电压保护器”英文简写为SPD。电涌保护器的作用是把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内，或将强大的雷电流泄流入地，保护被保护的设备或系统不受冲击而损坏。电涌保护器的类型和结构按不同的用途有所不同，但它至少应包含一个非线性电压限制元件。

2.分类

低压系统的过电压保护装置一般由各种保护器组成，目前低压系统过电压保护的非线性保护器很多，在文献[1-3]标准中均从设计（构成）上将用于低压配电系统的SPD分为：电压开关型SPD；限压型SPD（电压限制型）；组合型SPD(复合型）。

（1）开关型SPD(voltage switching type SPD）。在没有过电压作用时呈现高阻抗，而在外加电涌电压达到一定阈值时，会突然变为很低的阻抗值，其V-I特性曲线不连续。用作开关型SPD的器件主要有放电间隙和其他放电管（Gas Tube)。

（2）限压型SPD(voltage limiting type SPD）。在没有过电压作用时呈现高阻抗，而其阻抗会随着外加冲击电流和电压的增大而逐渐减小，具有连续的V-I特性曲线。用作限压型SPD的器件主要有：氧化锌压敏电阻（Varistor）、齐纳二极管和雪崩二极管等。

（3）组合型SPD(combination type SPD)。一个SPD同时包含有开关型元件和限压型元件，并根据外加冲击电压的不同，会呈现出开关特性、限压特性、或同时具有开关和限压两种特性。

以上三类SPD的型式试验也对应地分为：I级Iimp(10/350μs);II级In和Imax(8/20μs)；III级Uoc(1.2/50μs)。

除可按设计分类外，SPD尚可按使用地点（室内、外）、可触及性、安装方式（固定、移动）、脱离器情况、有无串联阻抗、保护功能、使用的温度范围、外壳防护等级等条件进行分类。

3.性能参数及选择

在进行低压配电系统SPD产品选型时，设计人员必须充分考虑反映SPD性能的各参数之间的联系，应简洁避免因过分苛刻某一参数的选择，影响了其他参数的选择，以致SPD无法适应低压系统配电线路的运行特性。

3.1 Uc―最大持续运行电压

(1)定义：

Uc―最大持续运行电压：SPD的额定电压，指可持续加在SPD上而不导致SPD动作的最大交流电压有效值或直流电压值。此值应根据SPD所在的低压供电系统型式和供电质量来选择，选低了会经常性的误动作，对配电系统产生影响；选高了则可能带来残压（或电压保护水平）偏高，影响保护功能的问题。

(2)Uc的选择

在文献[4]第534节：电涌保护器中给出表1。

表 1电涌保护器取决于系统特征所要求的最大持续运行电压最小值

电涌保护器接于 配电网络的系统特征

TT系统 TN-C系统 TN-S系统 引出中性线的I T系统 无中性线引出的 IT系统

每一相线与 中性线间 不适用 不适用

每一相线与 PE线间 不适用 ① 相间电压①

中性线与PE线间 ① 不适用 ① ① 不适用

每一相线与 PEN线间 不适用 不适用 不适用 不适用

注：1标有①的值是故障下最坏的情况，所以不需计及 15 %的允许误差。

2 U0是低压系统相线对中性线的标称电压，即相电压 220 V。

3 此表基于按 现行国家标准《低压配电系统的电涌保护器（SPD） 第1部分：性能要求和实验方法GB18802.1标准做过相关试验的电涌保护器产品。

GB50057标准中的给定值与此表中给出的系数值相比偏大，原因是考虑我国供电系统的电压偏差较大，适当加大了系数值，给定值为：

TT系统中，SPD安装在剩余电流保护器的负荷侧，Uc≥1.55U0；SPD安装在剩余电流保护区的电源侧，Uc≥1.15U0;TN系统中，Uc≥1.15U0；IT系统中，Uc≥1.15U(U为线间电压，

）

3.2 Up―电压保护水平

(1)定义：

Up―电压保护水平：SPD能起到限制电压的性能参数。对电压开关型SPD为电压保护水平（简称保护电平）；对限压型SPD为残压。此值的选择主要考虑被保护电气线路和设备绝缘耐冲击过电压额定值。

(2)Up的选择

在GB50057中引用了IEC60664-1中直接由低压电网供电的设备的额定冲击电压值，见表2。

表 2建筑物内 220/380V配电系统中设备绝缘耐冲击电压额定值

设备位置 电源处的设备 配电线路和最后分支线路的设备 用电设备 特殊需要保护的设备

耐冲击电压类别 Ⅳ类 Ⅲ类 Ⅱ类 Ⅰ类

耐冲击电压额定值 (kV) 6 4 2.5 1.5

注：1 Ⅰ类 ―含有电子电路的设备，如计算机、有电子程序控制的设备；

2 Ⅱ类― 如家用电器和类似负荷；

3 Ⅲ类― 如配电盘，断路器，包括线路、母线、分线盒、开关、插座等固定装置的布线系统，以及应用于工业的设备和永久接至固定装置的固定安装的电动机等的一些其他设备；

4 Ⅳ类―如电气计量仪表、一次线过流保护设备、滤波器。

3.3 I―冲击电流Iimp、标称放电电流In

I―冲击电流Iimp、标称放电电流In：SPD必须能承受预期通过它们的雷电流，在文献[1-3]和IEC中规定：

―Iimp冲击电流值适用于I级SPD(电压开关型）。

―In标称放电电流适用于II级和III级SPD（限压型和组合型）。

上述的Uc,Up,In或Iimp是SPD的三项重要性能参数，其与SPD生产厂名（或商标）和型号、外壳防护等级（IP代码)、过电流保护推荐值、接线端口标志和适用的较量频率或直流共8项内容必须在SPD的明确标识。

文献[4]规定：在仅用于限制从远端供电线路传来的雷电感应和操作过电压时,SPD可选用II级或III级实验的SPD,对每一保护模式通路的In值不应小于5kA(8/20μs)。

4.SPD在低压配电系统中的安装方式

低压配电系统因接地形式不同分为IT、TT、TN 3类,不同接地形式在安装电涌保护器SPD时应采取不同的接线方式，在防雷技术相关标准中都有规定，如GB 50057-2010《建筑物防雷设计规范》、GB 16895.22-2004/IEC60364-5-53：2001 A1：2002《建筑物电气装置第5-53部分:电气设备的选择和安装隔离、开关盒控制设备 第534节：过电压保护电器》等。对于SPD的接线方式，应正确理解，合理运用；若使用不当，则容易引起SPD故障，甚至使之起火，影响配电系统的安全。

(1)对于SPD在低压配电系统中的接线方式，针对IT、TT、TN接地形式应正确理解，合理运用，进来避免引起SPD故障，甚至使之起火，影响配电系统的安全运行。

(2）对于TT接地形式，因其”4+0“保护模式的SPD接线方式容易导致SPD故障、引起燃烧，适宜采用“3+1”保护模式的SPD接线方式。

（3）“4+0”保护模式的SPD若安装在TT接地形式的保护器的电源侧，容易破坏配电系统安全保护功能，只能安装在RCD负荷侧或采用“3+1”保护模式的SPD。

5.结束语

低压系统的过电防护是一个复杂的工程，与人们的生活、生产息息相关，做好这方面的研究工作具有重大的实际意义。随着对建筑物内雷电电磁干扰防护措施的不断完善，要保证低压电气、电子设备的安全可靠运行，低压配电系统的过电压防护问题成为迫切需要解决的重要课题 。SPD作为低压配电系统中防雷击电磁脉冲的重要电气设备，得到电气设计人员的广泛青睐。在进行低压配电系统的国电保护优化设计过程中，应充分结合工程特点、各级SPD间保护配合、供配电网络结构等诸多方面的技术问题，确保优化设计方案具有较高的安全可靠性、节能经济性。

参考文献

[1] GB18801.1―2002，低压配电系统的电涌保护器SPD[S].

[2]QX10.1―2002，电涌保护器[S].

[3]YD/T 1235.1―2002，通信局（站)低压配电系统用电涌保护器技术要求[S].

[4]IEC 60364―5―534，建筑物电气装置[S].