關於浪湧保護器的中心議題：

• 浪湧保護器的工作原理
• 浪湧保護器的分類
• SPD在防雷中的重要性
• SPD在計算機信息係統中的應用
• SPD應用的問題

 1 引言

電湧保護器(Surge Protective Device，SPD)又(you)稱(cheng)浪(lang)湧(yong)保(bao)護(hu)器(qi)，是(shi)用(yong)於(yu)帶(dai)電(dian)係(xi)統(tong)中(zhong)限(xian)製(zhi)瞬(shun)態(tai)過(guo)電(dian)壓(ya)和(he)導(dao)引(yin)泄(xie)放(fang)電(dian)湧(yong)電(dian)流(liu)的(de)非(fei)線(xian)性(xing)防(fang)護(hu)器(qi)件(jian)，用(yong)以(yi)保(bao)護(hu)耐(nai)壓(ya)水(shui)平(ping)低(di)的(de)電(dian)器(qi)或(huo)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)免(mian)遭(zao)雷(lei)擊(ji)及(ji)雷(lei)擊(ji)電(dian)磁(ci)脈(mai)衝(chong)或(huo)操(cao)作(zuo)過(guo)電(dian)壓(ya)的(de)損(sun)害(hai)。近(jin)年(nian)來(lai)，電(dian)子(zi)信(xin)息(xi)係(xi)統(tong)(如電視、電話
、通信、計算機網絡等)發展迅猛，電子信息設備大量湧現和普及。這類係統和設備比較昂貴和重要
，其工作電壓、耐壓水平很低，極易受到雷電電磁脈衝的危害
，為此需采用SPD做過電壓保護。

由(you)於(yu)各(ge)國(guo)遵(zun)循(xun)的(de)標(biao)準(zhun)不(bu)一(yi)樣(yang)，產(chan)品(pin)的(de)規(gui)格(ge)沒(mei)有(you)統(tong)一(yi)
，參(can)數(shu)的(de)標(biao)識(shi)也(ye)各(ge)自(zi)有(you)側(ce)重(zhong)，遠(yuan)不(bu)如(ru)其(qi)他(ta)電(dian)氣(qi)產(chan)品(pin)規(gui)範(fan)，給(gei)設(she)計(ji)選(xuan)型(xing)帶(dai)來(lai)很(hen)大(da)不(bu)便(bian)。在(zai)工(gong)程(cheng)設(she)計(ji)中(zhong)，常(chang)見(jian)品(pin)牌(pai)按(an)產(chan)地(di)劃(hua)分(fen)主(zhu)要(yao)分(fen)為(wei)國(guo)產(chan)產(chan)品(pin)
、ouzhouchanpinhemeizhouchanpin。guochanchanpincanshushezhijiaoluan，guigeduoyang，canyajiaogao。guifanchanpindexinghaoshezhiyoudefangouzhouchanpin，youdezunxunguobiaodingcanshu，dabufenchanpindoubiaozhuIn與Imax。由於國產產品對應用場所要求較低

，建築物等級不高，設備耐壓值大

，所以一些參數要求可適當放鬆。

歐洲產品一般標注最大放電電流，產品型號也是根據這個參數設定的。例如歐洲某著名品牌XXX65、XXX40，其中數值65
、40就是 Imax。但我國標準明確規定要用標稱放電電流In來進行選型，這是目前在工程設計中遇到的一個尷尬情況。經查該產品資料
，XX65的In值不超過20 kA，XX40的In值不超過15 kA。如果依照GB50343建議值
，這兩種產品隻能用於設備末端三級保護，但在實際設計中
，卻裝在了一、二級上，這明顯與國家標準的選型參數不符
，且殘壓較高，普通型號一般超過1 200 V
，一旦接線環境不好，很容易突破設備耐壓值。一般歐係產品Uc值較小，且投機取巧標注線電壓，因此在選型時，較容易出現誤導。

2 SPD概述

2.1 SPD的工作原理

電湧保護器適用於220/380V低壓電源保護，是一種非線性元件，根據IEC標(biao)準(zhun)規(gui)定(ding)，電(dian)湧(yong)保(bao)護(hu)器(qi)是(shi)主(zhu)要(yao)抑(yi)製(zhi)傳(chuan)導(dao)過(guo)來(lai)的(de)線(xian)路(lu)過(guo)電(dian)壓(ya)和(he)過(guo)電(dian)流(liu)的(de)裝(zhuang)置(zhi)。電(dian)湧(yong)保(bao)護(hu)器(qi)起(qi)到(dao)保(bao)護(hu)作(zuo)用(yong)，基(ji)本(ben)要(yao)求(qiu)是(shi)必(bi)須(xu)承(cheng)受(shou)預(yu)期(qi)通(tong)過(guo)的(de)雷(lei)電(dian)電(dian)流(liu)，並(bing)且(qie)通(tong)過(guo)電(dian)湧(yong)最(zui)大(da)鉗(qian)壓(ya)，有(you)效(xiao)熄(xi)滅(mie)在(zai)雷(lei)電(dian)流(liu)通(tong)過(guo)後(hou)產(chan)生(sheng)的(de)工(gong)頻(pin)續(xu)流(liu)
，把(ba)竄(cuan)入(ru)電(dian)力(li)線(xian)、xinhaochuanshuxiandeshunshiguodianyaxianzhizaishebeihuoxitongsuonengchengshoudedianyafanweinei
，huojiangqiangdadeleidianliuxieliurudi，baohubeibaohudeshebeihuoxitongbushouchongjiersunhuai。

電湧保護器的類型和結構按不同的用途有所不同
，但至少包含一個非線性電壓限製元件。常用電湧保護器有MOV（Metal Oxide Varistor）同(tong)氣(qi)體(ti)放(fang)電(dian)管(guan)等(deng)。電(dian)湧(yong)包(bao)含(han)強(qiang)大(da)的(de)能(neng)量(liang)因(yin)此(ci)不(bu)能(neng)被(bei)阻(zu)止(zhi)。基(ji)於(yu)這(zhe)種(zhong)原(yuan)因(yin)
，保(bao)護(hu)敏(min)感(gan)電(dian)氣(qi)設(she)備(bei)免(mian)受(shou)電(dian)湧(yong)損(sun)壞(huai)的(de)策(ce)略(lve)是(shi)把(ba)電(dian)湧(yong)從(cong)設(she)備(bei)分(fen)流(liu)後(hou)流(liu)入(ru)大(da)地(di)。

浪湧保護器MOV由三部分組成：中間是一根金屬氧化物材料，由兩個半導體連接著電源和地線。當產生浪湧時MOV立即動作，響應時間為1～3毫微秒。MOV中的“V”是變阻器，在響應的一瞬間，MOV的電阻從最大值降到近乎零歐姆，過電流經MOVliurudadi。beibaohudianqishebeijixuzaizhengchanggongzuodianyaxiayunxing。qibandaotiyuanjianjuyousuidianyabianhuaergaibiandianzudexingzhi。dangdianyadiyumougetedingzhishi，bandaotizhongdedianziyundongchanshenggaodianzu。fanzhi，dangdianyachaoguogaitedingzhishi，dianziyundonghuifashengbianhua，bandaotidianzujiangdijiejinlingoumu。dianyazhengchang，langyongbaohuqiMOV閑在一旁，不影響電力線路。

價浪湧保護器MOV優劣的指標：（1）箝位電壓：表示將導致MOV接通地線的電壓值。箝位電壓越低，表示保護性能越好。（2）能量吸收/耗散能力：此標稱值表示浪湧保護器在燒毀前能夠吸收多少能量，單位為焦耳。其數值越高，保護性能就越好。（3）響應時間：浪湧保護器不會立刻斷開，它們對電湧做出響應會有略微的延遲。

另一種常見的浪湧保護裝置是氣體放電管。這些氣體放電管作用與MOV相(xiang)同(tong)，它(ta)們(men)將(jiang)多(duo)餘(yu)電(dian)流(liu)從(cong)火(huo)線(xian)移(yi)到(dao)地(di)線(xian)，通(tong)過(guo)在(zai)兩(liang)根(gen)電(dian)線(xian)之(zhi)間(jian)使(shi)用(yong)惰(duo)性(xing)氣(qi)體(ti)作(zuo)為(wei)導(dao)體(ti)實(shi)現(xian)此(ci)功(gong)能(neng)。當(dang)電(dian)壓(ya)處(chu)於(yu)某(mou)一(yi)特(te)定(ding)範(fan)圍(wei)時(shi)，該(gai)氣(qi)體(ti)的(de)組(zu)成(cheng)決(jue)定(ding)了(le)它(ta)是(shi)不(bu)良(liang)導(dao)體(ti)。如(ru)果(guo)電(dian)壓(ya)出(chu)現(xian)浪(lang)湧(yong)並(bing)超(chao)過(guo)這(zhe)一(yi)範(fan)圍(wei)
，電(dian)流(liu)的(de)強(qiang)度(du)將(jiang)足(zu)以(yi)使(shi)氣(qi)體(ti)電(dian)離(li)，從(cong)而(er)使(shi)氣(qi)體(ti)放(fang)電(dian)管(guan)成(cheng)為(wei)非(fei)常(chang)良(liang)好(hao)的(de)導(dao)體(ti)。它(ta)會(hui)將(jiang)電(dian)流(liu)傳(chuan)導(dao)至(zhi)地(di)線(xian)
，直(zhi)到(dao)電(dian)壓(ya)恢(hui)複(fu)正(zheng)常(chang)水(shui)平(ping)，隨(sui)後(hou)又(you)會(hui)成(cheng)為(wei)不(bu)良(liang)導(dao)體(ti)。
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2.2 浪湧保護器的分類

SPD是電子設備雷電防護中不可缺少的一種裝置，其作用是把竄入電力線、信號傳輸線的瞬時過電壓限製在設備或係統所能承受的電壓範圍內，或將強大的雷電流泄流入地，保護被保護的設備或係統不受衝擊。

2.2.1 按工作原理分類

按其工作原理分類
， SPD可以分為電壓開關型
、限壓型及組合型。

(1)電壓開關型SPD。在沒有瞬時過電壓時呈現高阻抗
，一旦響應雷電瞬時過電壓，其阻抗就突變為低阻抗
，允許雷電流通過，也被稱為“短路開關型SPD”。

(2)限壓型SPD。當沒有瞬時過電壓時，為高阻抗，但隨電湧電流和電壓的增加，其阻抗會不斷減小，其電流電壓特性為強烈非線性
，有時被稱為“鉗壓型SPD”。

(3)組合型SPD。由電壓開關型組件和限壓型組件組合而成，可以顯示為電壓開關型或限壓型或兩者兼有的特性，這決定於所加電壓的特性。

2.2.2 按用途分類

按其用途分類
， SPD可以分為電源線路SPD和信號線路SPD兩種。

(1)電源線路SPD

由於雷擊的能量是非常巨大的
，需要通過分級泄放的方法，將雷擊能量逐步泄放到大地。在直擊雷非防護區(LPZ0A)或在直擊雷防護區 (LPZ0B)與第一防護區(LPZ1)交界處，安裝通過Ⅰ級(ji)分(fen)類(lei)試(shi)驗(yan)的(de)浪(lang)湧(yong)保(bao)護(hu)器(qi)或(huo)限(xian)壓(ya)型(xing)浪(lang)湧(yong)保(bao)護(hu)器(qi)作(zuo)為(wei)第(di)一(yi)級(ji)保(bao)護(hu)，對(dui)直(zhi)擊(ji)雷(lei)電(dian)流(liu)進(jin)行(xing)泄(xie)放(fang)，或(huo)者(zhe)當(dang)電(dian)源(yuan)傳(chuan)輸(shu)線(xian)路(lu)遭(zao)受(shou)直(zhi)接(jie)雷(lei)擊(ji)時(shi)
，將(jiang)傳(chuan)導(dao)的(de)巨(ju)大(da)能(neng)量(liang)進(jin)行(xing)泄(xie)放(fang)。在(zai)第(di)一(yi)防(fang)護(hu)區(qu)之(zhi)後(hou)的(de)各(ge)分(fen)區(qu)(包含LPZ1區)交界處安裝限壓型浪湧保護器
，作為二
、三san級ji或huo更geng高gao等deng級ji保bao護hu。第di二er級ji保bao護hu器qi是shi針zhen對dui前qian級ji保bao護hu器qi的de殘can餘yu電dian壓ya以yi及ji區qu內nei感gan應ying雷lei擊ji的de防fang護hu設she備bei

，在zai前qian級ji發fa生sheng較jiao大da雷lei擊ji能neng量liang吸xi收shou時shi
，仍reng有you一yi部bu分fen對dui設she備bei或huo第di三san級ji保bao護hu器qi而er言yan是shi相xiang當dang巨ju大da的de能neng量liang
，會hui傳chuan導dao過guo來lai，需xu要yao第di二er級ji保bao護hu器qi進jin一yi步bu吸xi收shou。同tong時shi，經jing過guo第di一yi級ji防fang雷lei器qi的de傳chuan輸shu線xian路lu也ye會hui感gan應ying雷lei擊ji電dian磁ci脈mai衝chong輻fu射she。當dang線xian路lu足zu夠gou長chang時shi

，感gan應ying雷lei的de能neng量liang就jiu變bian得de足zu夠gou大da，需xu要yao第di二er級ji保bao護hu器qi進jin一yi步bu對dui雷lei擊ji能neng量liang實shi施shi泄xie放fang。第di三san級ji保bao護hu器qi對dui通tong過guo第di二er級ji保bao護hu器qi的de殘can餘yu雷lei擊ji能neng量liang進jin行xing保bao護hu。根gen據ju被bei保bao護hu設she備bei的de耐nai壓ya等deng級ji，假jia如ru兩liang級ji防fang雷lei就jiu可ke以yi做zuo到dao限xian製zhi電dian壓ya低di於yu設she備bei的de耐nai壓ya水shui平ping，就jiu隻zhi需xu要yao做zuo兩liang級ji保bao護hu;假如設備的耐壓水平較低，可能需要四級甚至更多級的保護。

(2)信號線路SPD

隨sui著zhe信xin息xi係xi統tong的de廣guang泛fan應ying用yong，由you於yu網wang絡luo線xian路lu多duo，電dian子zi設she備bei的de耐nai壓ya水shui平ping低di

，雷lei擊ji對dui信xin息xi係xi統tong的de危wei害hai越yue來lai越yue大da。雷lei電dian對dui信xin息xi係xi統tong的de危wei害hai主zhu要yao是shi雷lei擊ji電dian磁ci脈mai衝chong造zao成cheng的de
，包bao括kuo沿yan線xian路lu傳chuan導dao的de雷lei電dian過guo電dian壓ya波bo
、雷電流在接地線產生的高電位反擊、雷擊電磁場的靜電感應和電磁感應。對電磁脈衝的防護措施有攔截、分流

、等電位聯結
、屏蔽、接地、合理布線等。在信號線路上安裝SPD是信息係統防電磁脈衝的一個重要措施，它可以同時起到攔截
、分流、等電位聯結的作用。信號線路SPD應ying連lian接jie在zai被bei保bao護hu設she備bei的de信xin號hao端duan口kou上shang。其qi輸shu出chu端duan與yu被bei保bao護hu設she備bei的de端duan口kou相xiang連lian
，有you串chuan接jie和he並bing接jie之zhi分fen，一yi般ban是shi串chuan聯lian安an裝zhuang在zai信xin號hao線xian路lu上shang。因yin此ci
，在zai選xuan擇ze信xin號haoSPD時


，應選用插入損耗較小的SPD。

2.3 SPD在防雷中的重要性

根據《建築物防雷設計規範》GB50057-94（2000年版）的規定
，在LPZ0B，LPZ1
，LPZn+1防雷區建築物應視情況采取防止感應雷
、靜電或電湧措施感應雷是由雷閃電流產生的強大電磁場變化（電磁脈衝感應或靜電感應）在導體上感應出的過電壓、過guo電dian流liu形xing成cheng的de雷lei擊ji，對dui建jian築zhu物wu內nei的de電dian氣qi設she備bei，尤you其qi低di壓ya電dian子zi設she備bei威wei脅xie巨ju大da。建jian築zhu物wu內nei部bu設she備bei防fang雷lei保bao護hu的de重zhong點dian是shi防fang止zhi感gan應ying雷lei入ru侵qin。在zai感gan應ying雷lei的de防fang護hu當dang中zhong，電dian湧yong保bao護hu器qi（SPD）shibukequeshaodezhuangzhi
，tanenggenjugezhongxianluzhongchuxiandeguodianyaguodianliujishizuochufanying
，xiefangxianluzhongdeguodianliuhuoduixianlushangdeguodianyajinxingqianzhi
，congerdadaobaohudianqishebeidemude。

靜電
、電湧和感應雷的性質一樣，都可以通過電湧保護器（SPD）加以抑製。靜電產生的另一種形式是由於摩擦或電子設備的高速運行，在人體和電子設備上產生大量靜電電荷，人與物
、物與物間易發生高壓放電現象，放電後極易損壞精密的電子設備；電湧日常產生的麵很廣
，如電源的開和關
，電源的插拔，電梯
、電閘門、電動機的啟動和停止
，電鑽、電焊、電氣設備損壞和電線短路等都會產生電湧。另外，電湧也常發生在電源係統內部，電源幹線、支線
、發電機
、變配電裝置、UPS、交直流電源、甚至電氣設備終端都可能發生[2]。與雷電相比，雖然電湧的脈衝電壓較低，但其脈衝寬、持續時間長，強度仍然不小，但足以幹擾和損壞電氣設備。

3 SPD在計算機信息係統中的應用

現xian代dai計ji算suan機ji信xin息xi係xi統tong大da多duo由you大da規gui模mo集ji成cheng電dian路lu組zu成cheng，微wei電dian子zi器qi件jian的de絕jue緣yuan強qiang度du低di，而er這zhe些xie敏min感gan電dian子zi設she備bei的de工gong作zuo電dian壓ya卻que在zai不bu斷duan降jiang低di，其qi數shu量liang和he規gui模mo不bu斷duan擴kuo大da，因yin而er它ta們men受shou過guo電dian壓ya特te別bie是shi雷lei電dian襲xi擊ji而er受shou到dao損sun害hai的de可ke能neng性xing就jiu大da大da增zeng加jia
，其qi後hou果guo可ke能neng使shi整zheng個ge係xi統tong運yun行xing中zhong斷duan，並bing造zao成cheng難nan以yi估gu量liang的de經jing濟ji損sun失shi。雷lei電dian和he浪lang湧yong電dian壓ya成cheng為wei信xin息xi時shi代dai的de一yi大da公gong害hai。

3.1　電源係統的防雷設計

(1)主配電屏。三相線上加裝3隻MC50-B模塊，並分別加上空氣開關
，在N線和地線之間加裝MC125-B/NPE模塊。

(2)UPS保護。在每個相線與中線之間加裝V20-C模塊，並在每個模塊前加裝空氣開關，在N線與地線之間加裝V20-C/NPE模塊。

(3)需要保護的重要設備端。使用CNS32D對其電源線加以保護。

(4)弱電設備的電源保護。使用V20-C防雷模塊或VF係列電源精細保護模塊。

電源防雷器示意圖如圖1所示
，其中MC50-B/3+NPE為3個高能石墨間隙防雷器和1個MC125-B/NPE模塊的組合
，V20-C/3+NPE/AS為增強型帶聲光功能的防雷器。防雷器及空氣開關分別安裝於相應的MCCB旁。

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3.2　計算機網絡的防雷設計

在進出機房的百兆雙絞線兩端都加裝RJ45S-E100/4-F網絡防雷器;光纖線不需加裝防雷器，但其加強芯應在入戶處接地處理。在網絡交換機出線端口處也安裝RJ45S-E100/4-F網絡防雷器，從而形成多級保護。

4 SPD應用中的幾個問題

4.1 SPD的連接線和接地線導體的截麵積

SPD的連接線和接地線一般采用多股銅線，其接地線截麵積應大於連接線的截麵積，並按與SPD連接的等電位聯結排主接地線截麵的50%確定。安裝在電氣裝置電源進線端或靠近進線處的Ⅱ級分類試驗的SPD
，其接地線應為不小於4 mm2的多股銅線。對於防直擊雷的Ⅰ級分類試驗的SPD，其接地線宜為不小於16 mm2的多股銅線。當采用其他材質導線時
，其截麵積應與上述銅導線截麵等效。SPD兩端引線應短而直
，避免形成過大環路。

4.2 SPD的附件

現有大部分電源係統SPD產(chan)品(pin)都(dou)像(xiang)微(wei)型(xing)斷(duan)路(lu)器(qi)一(yi)樣(yang)采(cai)用(yong)模(mo)塊(kuai)化(hua)導(dao)軌(gui)安(an)裝(zhuang)形(xing)式(shi)，有(you)單(dan)極(ji)和(he)一(yi)體(ti)化(hua)的(de)多(duo)極(ji)產(chan)品(pin)，有(you)固(gu)定(ding)式(shi)和(he)芯(xin)體(ti)可(ke)插(cha)拔(ba)更(geng)換(huan)的(de)插(cha)拔(ba)式(shi)兩(liang)種(zhong)安(an)裝(zhuang)形(xing)式(shi)。為(wei)了(le)監(jian)視(shi)SPD的老化和運行狀態，采用金屬氧化物電阻元件的限壓型SPD
，帶有老化顯示及過載熱分斷裝置和失效指示功能。根據係統運行需要還可裝設工作狀態監視報警模塊或遠程監控輔助觸頭。間隙型SPD 可選用運行狀態指示器和雷擊計數器的產品。

4.3 SPD的過流保護

SPD安裝線路上應有過電流保護器件，並參照製造商的建議配置。當采用斷路器時

，應采用具有C型脫扣曲線的延時型脫扣器

，其額定電流第一級不小於50 A(可選63 A)
，以後各級不小於20 A(可選32 A)。當采用熔斷器時，其配置原則與斷路器相同。當SPD裝於剩餘電流保護裝置(RCD)的負荷側時，為防止電湧電流通過時
，RCD誤動作
，可采用帶延時的S型剩餘電流保護器。對特別重要的負荷設備可采用對大氣過電壓不敏感的SI型剩餘電流保護器
，且應具有不小於3 kA(8/20μs)的電湧電流抗幹擾能力。

5 結論

電湧保護器（SPD）是綜合防雷係統的重要組成部分，有著不可替代的作用。電湧保護器（SPD）的連接電路根據不同需要，有不同的形式
，在做好屏蔽（線路、機房、設備）、等電位連接和建立聯合共同接地係統後，將其保護認真做深、做細、做好，築起一道雷電、靜電和電湧無法逾越的防線，才能真正保障信息係統和電氣設備的安全。