结合经验谈电涌保护器(SPD)设计原则与选型设计

摘 要：笔者结合多年的工作实践，对电涌保护器（SPD）的设计原则与选型设计浅谈个人体会，供同行参考。

关键词：SPD、设计原则 选型设计

中图分类号：F123.6 文献标识码：A 文章编号：2306-1499（2014）12-

1.SPD选型设计原则

①整体原则。将整个安防工程机电系统作为一个整体保护对象来考虑防雷保护。既要考虑各个子系统的防雷保护，又要考虑各个弱电子系统之间及其与供配电子系统之间的有效衔接，做到系统配置、经济合理、安全可靠、适当冗余。②划分界面。根据GB50057-2010关于雷电保护区域LPZ的划分原则以及安防工程机电系统的分散分布的特点，确定若干个不同的“建筑单体”，再实施分级保护；③综合防治。充分利用“均压、屏蔽、接闪、分流、接地、保护”等传统的防雷技术措施，选用可靠的接闪装置和电涌保护器SPD，实施可靠、全面的技术方案；④合理选型。根据具体安防工程所处的地理环境特点以及机电设备所处的雷电保护区域范围，选择合理的SPD电气性能参数和产品功能。

2.SPD选型设计方法

2.1电源SPD的选择

电源SPD的选型一般有电压开关型SPD、限压型SPD和组合型SPD，关键性能参数有最大放电电流、电压保护水平、最大持续运行电压、冲击放电电流、漏电流、直流参考电压等，使用功能有可视告警、老化脱扣、短路脱扣、老化预报、热备份等，告警方式有遥信、声光和可视等。

2.2类型的选择

目前电源SPD有串联式和并联式两大类型。串联式电涌保护器其实也是由两级并联的SPD模块或MOV片组成，中间串联一组退藕电感，其残压很小，但与被保护设备的容量匹配要求较高，体积也较大，适用于机房配电箱或UPS前端或重要场所的孤立设备的保护。

电源SPD绝大多数场合都采用并联式。对于并联式SPD又存在着两种基本形式――开关型（间隙型）和限压型（压敏电阻型）。由于间隙型SPD的起动电压高且不稳、残压大，极易损坏后续设备，因此不能单独使用，作为多级保护中的一级；而压敏电阻型SPD的标称导通电压较低，电气性能稳定，而残压也很低，可以单独或组合使用，实行多级保护。另一方面，间隙型电源SPD的动态响应时间较慢，而压敏电阻型SPD的动态响应时间快，若将间隙型SPD和压敏电阻型SPD配套使用构成多级防护，首先导通的可能是压敏电阻型而非间隙型SPD，首级（间隙型SPD）可能起不到防护作用，因此系统防护不建议全部选用间隙型或首级选用间隙型SPD而后级选用压敏电阻型SPD。当然在十分恶劣环境下，也可用间隙型和大容量的压敏电阻型SPD组合使用构成首级防护。

2.3关键性能参数的选择

①最大放电电流――最大放电电流Imax是指一个整体防雷系统的LPZOA、LPZOB与LPZ1区界面处首级电源SPD预期承受的最大雷电流。

1 >100kA。当2

2 ≥80kA-100kA。当1.3

3 ≥70kA-100kA。当1.3

4 ≥50kA-70kA。当1

5≥80kA-100kA。对于地处山区野外空旷地带，易遭雷击，D级保护。

②残压的选择――残压Ur是SPD动作后在其两端产生的瞬时电压，它是考核SPD性能的一个很重要的指标。对于被保护设备来讲，加于其两端的系统残压。一般来说，限压型SPD在额定放电电流下的残压Ur的差别只有100V～200V左右，而SPD的接线及接地线上的感抗所引起的线间压降UL=L*H*di/dt将占很大比例。为减少系统残压Us，也可以用凯文接法将UL降低为零。也就是说，残压的选择不是最重要的，合理接线才是根本。

③最大持续运行电压――最大持续运行电压[Uc]是指SPD在该电压值下能连续（非瞬时）工作而不影响其作为SPD的性能参数，反之当电网持续电压Uc≥[Uc]时，其性能参数发生改变（SPD的压敏电阻动作，由理论上的断路截止状态变为理论上的短路导通状态）乃至破坏，这表明最大持续运行电压[Uc]值是一理论上的临界值。持续耐压Uc与残压Ur是一对矛盾体，Uc选高了，SPD的寿命长但Ur也高，对被保护设备不利；Uc选低了，SPD的Ur低但寿命也短，所以选择合适的Uc非常关键。

综上所述，选择最大持续运行电压Uc>385V，条件恶劣场合选用420V甚至440V。

④漏电流的选择――根据GB18802.1-2011，在83%的标称导通电压下，所测得的SPD两端的电流，称为电源SPD的漏电流I0，国标I0≤40。漏电流I0越大，电源SPD的MOV发热的可能性增大，而MOV的发热又加速I0增大，因此SPD的性能将会越来越差。判别一个SPD的漏流性能好坏，不仅仅在于它的I0（≤40）的大小，更重要的是在于它的漏流变化率（≤200%）的稳定程度。

2.4使用功能的选择

目前限压型SPD使用功能有老化热脱扣、可视告警、短路脱扣、热备份、老化预报等几种，但很多产品并不同时具备这几种功能，需要认真筛选。①老化热脱扣――老化热脱扣是指每极SPD内部MOV等器件发生老化失效时，SPD随即与保护电路断开，不至于发生短路故障。②可视告警――可视告警是指每极SPD的面板上具有显示SPD内部器件老化失效状态的变色窗口或指示灯。③短路脱扣――短路脱扣是指每极SPD内部以及所在回路发生短路或过流故障时，SPD也可随即与回路断开。④热备份――热备份是指每极SPD内部至少具备两组可供同时工作的MOV群组。其中一组失效时，另外一组仍可继续工作。⑤老化预报――老化预报是指每极SPD的寿命完全失效前能够提前报警。

2.5告警方式的选择

目前SPD的告警方式主要有遥信、声光和可视三种。①遥信告警――遥信告警就是现场的SPD的工作状态可以通过开关量信号线传输到控制室，值班人员在控制室即可了解SPD的运行状况。遥信告警可以不必现场巡检，但增加了成本，也增加了新的故障点，目前工程中很少采用。②声光告警――声光告警就是在SPD上增加一个声光告警模块。由于人们习惯于依赖声音判断SPD的失效，一旦该模块失效则失去保护功能。很多事实也证明了声光告警的缺点。③可视告警――可视告警就是在每极SPD上面增加一个或两个可视的变色窗口或状态指示灯，依赖人工巡视判别SPD的工作状态。这种告警方式虽然增加了工作量，但简单可靠，被广泛采用。因此建议采用可视告警方式。

2.6信号SPD的选择

由于信号电平不断趋向低压化，所以愈容易受到过电压的侵害。同时电子化产品已涉及各行各业，种类繁多，归纳起来信号SPD一般包括：（1）高频（微波/无线通讯）（2）计算机局域网、广域网络（3）工业自动化控制信号（4）现代办公通信网络（数据专线等）（5）视频系统（CATV / CCTV）而信号SPD的选择通常从以下几个主要参数考虑：（1）工作电压（根据设备工作电压，选择合适保护电压的SPD）；（2）工作频率（根据设备的工作频率，选择不同频宽的SPD）；（3）接口标准（根据设备接口种类、公制、英制的要求，选择不同接口的SPD）；（4）通流容量（根据设备所处的雷电保护区域环境，选择不同通流容量的SPD）；（5）与其它设备连接情况（是否因与其它网络相连，而将过电压引入或输出）；（6）接地情况（如果地电位不稳，则应选择屏蔽的且可抗干扰的SPD）。对于高速公路、水电站、变电站、钢铁化工等企业，由于环境的特殊性，在选择信号SPD时应该适当严于国标所规定的参数值。

3.结束语

通过对SPD的设计原则与选型设计的分析，阐明了只有了解SPD自身结构特点和电气性能参数，了解建设工程项目的具体要求和使用状况，才能设计出最合适的SPD，在防雷工程应用中才能发挥最大作用。

参考文献

[1]建筑物防雷设计规范，GB50057-2010

[2]建筑物电子信息系统防雷技术规范，GB50343-2012