二、SPD的基本元器件及其工作原理：

  1．放電間隙(又稱保護間隙)：

  它一般由暴露在空氣中的兩根相隔一定間隙的金屬棒組成(如圖15a)，其中一根金屬棒與所需保護設備的電源相線L1或零線（N）相連，另一根金屬棒與接地線(PE)相連接，當瞬時過電壓襲來時，間隙被擊穿，把一部分過電壓的電荷引入大地，避免了被保護設備上的電壓升高。這種放電間隙的兩金屬棒之間的距離可按需要調整，結構較簡單，其缺點時滅弧性能差。改進型的放電間隙為角型間隙，它的滅弧功能較前者為好，它是*回路的電動力F作用以及熱氣流的上升作用而使電弧熄滅的。

  2．氣體放電管：

  它是由相互離開的一對冷陰板封裝在充有一定的惰性氣體(Ar)的玻璃管或陶瓷管內組成的。為了提高放電管的觸發概率，在放電管內還有助觸發劑。這種充氣放電管有二極型的，也有三極型的，

  氣體放電管的技術參數主要有：直流放電電壓Udc;沖擊放電電壓Up(一般情況下Up≈(2～3)Udc;工頻而授電流In;沖擊而授電流Ip；絕緣電阻R(>109Ω)；極間電容(1-5PF)

  氣體放電管可在直流和交流條件下使用，其所選用的直流放電電壓Udc分別如下：在直流條件下使用：Udc≥1.8U0（U0為線路正常工作的直流電壓）

  在交流條件下使用：U dc≥1.44Un(Un為線路正常工作的交流電壓有效值)

  3．壓敏電阻：

  它是以ZnO為主要成分的金屬氧化物半導體非線性電阻，當作用在其兩端的電壓達到一定數值后，電阻對電壓十分敏感。它的工作原理相當于多個半導體P-N的串并聯。壓敏電阻的特點是非線性特性好（I=CUα中的非線性系數α），通流容量大（～2KA/cm2），常態泄漏電流?。?span lang="EN-US">10-7～10-6A），殘壓低（取決于壓敏電阻的工作電壓和通流容量），對瞬時過電壓響應時間快（～10-8s），無續流。

  壓敏電阻的技術參數主要有：壓敏電壓（即開關電壓）UN，參考電壓Ulma；殘壓Ures；殘壓比K(K=Ures/UN)；通流容量Imax；泄漏電流；響應時間。

  壓敏電阻的使用條件有：壓敏電壓：UN≥[（√2×1.2）/0.7]U0（U0為工頻電源額定電壓）

  小參考電壓：Ulma≥（1.8～2）Uac (直流條件下使用)

  Ulma≥（2.2～2.5）Uac（在交流條件下使用，Uac為交流工作電壓）

  壓敏電阻的參考電壓應由被保護電子設備的耐受電壓來確定，應使壓敏電阻的殘壓低于被保護電子設備的而損電壓水平，即(Ulma)max≤Ub/K，上式中K為殘壓比，Ub為被保護設備的而損電壓。

  4．抑制二極管：

  抑制二極管具有箝位限壓功能，它是工作在反向擊穿區（圖19），由于它具有箝位電壓低和動作響應快的優點，特別適合用作多級保護電路中的末幾級保護元件。抑制二極管在擊穿區內的伏安特性可用下式表示：I=CUα，上式中α為非線性系數，對于齊納二極管α=7～9，在雪崩二極管α=5～7。

  抑制二極管的技術參數主要有

  （1）額定擊穿電壓，它是指在指定反向擊穿電流（常為lma）下的擊穿電壓，這于齊納二極管額定擊穿電壓一般在2.9V～4.7V范圍內，而雪崩二極管的額定擊穿電壓常在5.6V～200V范圍內。

  （2）箝位電壓：它是指管子在通過規定波形的大電流時，其兩端出現的電壓。

  （3）脈沖功率：它是指在規定的電流波形（如10/1000μs）下，管子兩端的箝位電壓與管子中電流等值之積。

  （4）反向變位電壓：它是指管子在反向泄漏區，其兩端所能施加的電壓，在此電壓下管子不應擊穿。此反向變位電壓應明顯高于被保護電子系統的運行電壓峰值，也即不能在系統正常運行時處于弱導通狀態。

  （5）泄漏電流：它是指在反向變位電壓作用下，管子中流過的反向電流。

  （6）響應時間：10-11s

  5．扼流線圈：扼流線圈是一個以鐵氧體為磁芯的共模干擾抑制器件，它由兩個尺寸相同，匝數相同的線圈對稱地繞制在同一個鐵氧體環形磁芯上，形成一個四端器件，如圖15e所示，要對于共模信號呈現出大電感具有抑制作用，而對于差模信號呈現出很小的漏電感幾乎不起作用。扼流線圈使用在平衡線路中能有效地抑制共模干擾信號（如雷電干擾），而對線路正常傳輸的差模信號無影響。

  這種扼流線圈在制作時應滿足以下要求：

  1）繞制在線圈磁芯上的導線要相互絕緣，以保證在瞬時過電壓作用下線圈的匝間不發生擊穿短路。

  2）當線圈流過瞬時大電流時，磁芯不要出現飽和。

  3）線圈中的磁芯應與線圈絕緣，以防止在瞬時過電壓作用下兩者之間發生擊穿。

  4）線圈應盡可能繞制單層，這樣做可減小線圈的寄生電容，增強線圈對瞬時過電壓的而授能力。

  6． 1/4波長短路器

  1/4波長短路器是根據雷電波的頻譜分析和天饋線的駐波理論所制作的微波信號電涌保護器，其結構如圖21所示。這種保護器中的金屬短路棒長度是根據工作信號頻率（如900MHZ或1800MHZ）的1/4波長的大小來確定的。此并聯的短路棒長度對于該工作信號頻率來說，其阻抗無窮大，相當于開路，不影響該信號的傳輸，但對于雷電波來說，由于雷電能量主要分布在n+KHZ以下（如圖22所示），此短路棒對于雷電波阻抗很小，相當于短路，雷電能量級被泄放入地。

  由于1/4波長短路棒的直徑一般為幾毫米，因此耐沖擊電流性能好，可達到30KA（8/20μs）以上，而且殘壓很小，此殘壓主要是由短路棒的自身電感所引起的，其不足之處是工頻帶較窄，帶寬約為2％～20％左右，另一個缺點是不能對天饋設施加直流偏置，使某些應用受到限制。

  三、SPD的基本電路

  電涌保護器的電路根據不同需要，有不同的形式，其基本元器件就是上面介紹的幾種，一個技術精通的防雷產品研究工作者，可設計出五花八門的電路，好似一盒積木可搭出不同的結構圖案。研制出既有效又性能價格比好的產品，是防雷工作者的重任。

  四、電涌保護器的主要參數

  1、標稱電壓Un：被保護系統的額定電壓相符，在信息技術系統中此參數表明了應該選用的保護器的類型，它標出交流或直流電壓的有效值。

  2、額定電壓Uc：能長久施加在保護器的指定端，而不引起保護器特性變化和激活保護元件的電壓有效值。

  3、額定放電電流Isn：給保護器施加波形為8/20μs的標準雷電波沖擊10次時，保護器所耐受的沖擊電流峰值。

  4、放電電流Imax：給保護器施加波形為8/20μs的標準雷電波沖擊1次時，保護器所耐受的沖擊電流峰值。

  5、電壓保護級別Up：保護器在下列測試中的值：1KV/μs斜率的跳火電壓；額定放電電流的殘壓。

  6、響應時間tA：主要反應在保護器里的特殊保護元件的動作靈敏度、擊穿時間，在一定時間內變化取決于du/dt或di/dt的斜率。

  7、數據傳輸速率Vs：表示在一秒內傳輸多少比特值，單位：bps；是數據傳輸系統中正確選用防雷器的參考值，防雷保護器的數據傳輸速率取決于系統的傳輸方式。

  8、插入損耗Ae：在給定頻率下保護器插入前和插入后的電壓比率。

  9、回波損耗Ar：表示前沿波在保護設備（反射點）被反射的比例，是直接衡量保護設備同系統阻抗是否兼容的參數。

  10、縱向放電電流：指每線對地施加波形為8/20μs的標準雷電波沖擊1次時，保護器所耐受的沖擊電流峰值。

  11、橫向放電電流：指線與線之間施加波形為8/20μs的標準雷電波沖擊1次時，保護器所耐受的沖擊電流峰值。

  12、在線阻抗：指在標稱電壓Un下流經保護器的回路阻抗和感抗的和。通常稱為“系統阻抗”。

  13、峰值放電電流：分兩種：額定放電電流Isn和放電電流Imax。

  14、漏電流：指在75或80標稱電壓Un下流經保護器的直流電流

                  浪涌保護器選型

　　隨著國際信息潮流的沖擊、微電子科技的沸騰和通訊、計算機及自動控制技術的日新月異，建筑開始走向高品質、高功能領域，形成了一種新的建筑形式——智能建筑。由于在智能建筑中存在眾多信息系統，《建筑物防雷設計規范》GB50057-94（2002年版）（以下簡稱《防雷規范》）提出了安裝電涌保護器的相關要求，以保證信息系統的安全穩定運行，這里僅對其中使用的電涌保護器的產品選型提幾點個人的看法。

　　電涌保護器從本質上看就是一種等電位連接用的材料而已，其選型就是指在不同的防雷區內，按照不同雷擊電磁脈沖的嚴重程度和等電位連接點的位置，決定位于該區域內的電子設備采用何種電涌保護器，實現與共用接地體等電位聯結。這里將從電涌保護器的放電電流Imax、持續工作電壓Uc、保護電壓Up、漏電流Ip、告警方式等方面進行論述。

　　按照《防雷規范》第6.4.4條規定“電涌保護器必須能承受預期通過它們的雷電流，并應符合以下兩個附加要求：通過電涌時的鉗位電壓，有能力熄滅在雷電流通過后產生的工頻續流。”即電涌保護器的鉗位電壓加上其兩端的感應電壓應與所屬系統的基本絕緣水平和設備允許的電涌電壓協調一致。

　　放電電流按照《防雷規范》第6.4.6條規定，在LPZOA、LPZOB與LPZ1區的交界處安裝電涌保護器其放電電流計算如下：根據《防雷規范》規定的“全部雷電流的50%流入建筑物的防雷裝置。另50%流入引入建筑物的各種外來導電物、電力線纜、通信線纜等設施”。

　　附錄六摘要如表一：

　　首次雷擊的雷電流參量、 雷電流參數 、一類防雷建筑物、二類防雷建筑物 、三類防雷建筑物 I幅值（KA）00 T1波頭時間（ s）50 雷電波經建筑物引入的電力線纜、信息線纜、金屬管道等分解，總配電間的低配供電線纜雷電流的分流值計算表如表二，線路屏蔽時，通過的雷電流降低到原來的30%，根據《通信局（站）雷電過電壓保護工程設計規范》YD/T5098-2001中規定的脈沖為10/350 s波形的電荷量約為8/20 s模擬雷電波波形電荷量的20陪，具體計算如下：

　　表二：供電線纜雷電流分流值表、 雷電流參數、 一類防雷建筑 、二類防雷建筑 、三類防雷建筑 I幅值（KA）00 供電線纜總分流值（kA） 33.33 25 16.67 每根電纜分流值（kA） 11.11 8.33 5.56 穿管屏蔽分流值（kA） 3.33 2.49 1.67 8/20 s波型轉換值（kA） 66.6 49.8 33.4 電涌保護器放電電流（kA） 保護（建議）﹡ (kA) 二級保護（建議）﹡(kA) 40 40 40 ﹡均為放電電流電涌保護器的放電電流如表二.《防雷規范》第6.4.8條、第6.4.9條規定，在LPZ1區與LPZ2區（機房配電箱）安裝的電涌保護器，其標稱放電電流（額定放電電流）大于5kA，選用放電電流為40kA、標稱放電電流為10kA的電涌保護器作為二級保護器。

　　2、保護電壓選擇保護器合適的殘壓固然很重要，但當電源保護器安裝在低壓電網中時，我們更應該考慮系統的殘壓，即在考慮保護器殘壓的同時也要考慮到電涌保護器的安裝方式對系統殘壓的影響，設保護器如圖（一）安裝，因雷電波在系統中的電流平均梯度不是在首次雷擊，而是在后續雷擊中，如按照《通信局（站）雷電過電壓保護工程設計規范》YD/T5098-2001中規定的模塊式保護器的接線端子與相線和零線之間的連接線長度應小于0.5米，其接地線的長度應小于1米的要求，在低壓柜中選擇合適位置，使總連接線長度小于1.0米是有可能的，因此其平均梯度、系統殘壓、保護器保護電壓等的計算如表三（保護器保護電壓選擇表）。

　　表三：保護器保護電壓選擇表 后續雷擊雷電流參數 一類防雷建筑物 二類防雷建筑 三類防雷建筑 I幅值（kA） 50 37.5 25 穿管屏蔽分流值（kA） 0.83 0.625 0.42 波頭時間（ s） 3.32 2.5 1.68 1.0-1.5米連接線壓降 L*di/dt（V）-2520 電源設備絕緣耐壓（V） 6000 電涌保護器 保護電壓（V） 2680-1020（17kA）3500-2250（12.5kA） 4320-3480（8.4kA）????由表三可以看出，電涌保護器的保護電壓Up為4000V是不允許的，選擇保護電壓為2000V左右是合適的。電源供電到各個機房配電箱、重要用電設備、樓層配電箱時，已經經過了線纜的多次延時、解藕作用，其波頭時間將遠大于10微秒，雷電流能量也經過多次分流衰減，能量將小于5000A，因此每根線路的電流平均梯度=5kA/2*30%/10 s=0.075kA/ s，當電涌保護器如上圖一安裝時：A、B的電涌電壓= UL1+Ur+UL2=0.1kV+ Ur，（設L1+L2=1.5m），因機房設備如服務器、計算機、交換矩陣等屬于特殊保護設備，其耐沖擊電壓額定值為1500伏，此時，選擇的電涌保護器的保護電壓應小于1400伏，因此，二級電涌保護器的保護電壓（在3-5kA下）小于1200伏是合適的。

　　3、連續工作電壓Uc根據《防雷規范》第6.4.5條規定，在TN供電系統中其Uc大于1.15*220V=253伏，同時在第6.4.6條規定“在供電電壓偏差超過10%以及諧波使電壓幅值加大的場所，應根據具體情況對SPD提高持續耐壓”，有些配電箱制造廠家只選擇275V，我們認為TN供電系統持續工作電壓選擇275V是不合適的，其理由如下：

　　1）我們知道GB50057-94是按照IEC標準制定的，而IEC標準主要吸收的是歐美發達等國家的標準，其防雷依據主要是發達國家的電網的高質量，而我國電網質量與發達國家還存在比較大差距，尤其在故障電壓、電壓偏差、電壓波動、電壓畸變、諧波影響、三相不平衡系數等方面存在更大的差距，在某些地方供電電壓超過+15%，也是正常的；

　　2）GA173-98《計算機信息系統防雷保安器》產品標準規定：電涌保護器的標稱導通電壓大于2.2倍的系統工作電壓，即在220V工作系統中應大于484V；我們知道限壓型SPD的主要元器件是壓敏電阻，根據壓敏電阻的分類標準中持續耐壓與壓敏電壓（標稱導通電壓）關系表可以看出：壓敏電壓不是某一固定值，而是個范圍，對比484V，我們可以得出持續耐壓應大于350V。 表四：持續耐壓與壓敏電壓（標稱導通電壓）關系表持續耐壓UC 壓敏電壓（V） 壓敏電壓范圍（V）0 0 0 0 5 0675-825 持續耐壓與殘壓是一對矛盾體，持續耐壓高，保護器的壽命高，而殘壓也高；持續耐壓低，保護器的壽命低，而殘壓也低；但在5-10kA雷電流沖擊下，持續耐壓為350V的保護器與持續耐壓為440V的保護器比較，其殘壓低不到100V，不會很快提高系統殘壓，因此我們認為選擇持續耐壓（如440V）比較高的保護器，以提高保護器使用壽命是合理的。

　　4、漏電流根據GA173-98《計算機信息系統防雷保護器》中第6.1.1條規定，并聯型電源避雷器的漏電流應小于20A，漏電流I0越大，電涌保護器將聚集能量而發熱的可能性增大，而漏電流又是隨著壓敏電阻的溫度升高而增大的，因此，此時該壓敏電阻就處于惡性循環狀態，這也表明了漏電流隨時間的變化率（增加率）越大，電涌保護器聚集能量將越快，從而性能會越差，保護器使用壽命下降，一般情況下，保護器的漏電流小于10A為宜。

　　5、告警方式目前能提供的告警方式共有三類，一類是遙信、遙測告警，適用于無人值守的工作場合；另一類是可視告警，通過機械設計實現告警功能，該告警方式應在雷雨過后對設施進行檢查或定期檢查，適用于所有的場合，也是目前使用多的告警方式；還有是聲光告警，此告警方式需增加一個告警模塊，目前許多建議謹慎使用。因為雷擊時，有可能是聲光告警模塊首先被擊壞而失去聲光告警功能，如此時產品也正好被擊壞，人們因依賴聲光告警而未察覺，等第二次雷擊時，雷電將會乘虛而入擊壞后續保護設備。

　　6、結構形式電涌保護器的結構形式是非常重要，主要存在兩種結構形式：整體式模塊化設計和插拔式模塊化設計。插拔式結構因存在插拔間隙而存在間隙放電，尤其在空氣濕度比較大的地方，此現象將會更嚴重，使保護器的使用壽命降低。整體式模塊化設計不存在任何間隙，同時因采用35mm導軌式安裝，也方便更換。

圖片	標題	負責人	所屬分類	自定義分類	操作
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		高仿天津中力CPM浪涌保護器 CPM-R20T R40T R65T R80T R100T防雷器				設為推薦| 修改 |刪除
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