浪涌保护器(SPD)的设置及应用现状

浪涌保护器（SPD）的设置及在福建省的应用现状

作者：福建省建筑设计研究院林卫东

杭州鸿雁电器公司谢文平

摘要：为减少雷电电磁脉冲、开关浪涌等对设备所造成的损坏，本文分析了建筑物内电气设备要设置浪涌保护器（SPD）的原因，列出了部分防雷规范、规定及标准，介绍了选用设置各种电源浪涌保护器和信号浪涌保护器的方法；同时本文简述了浪涌保护器在福建省的应用现状，对常用几个厂家的产品进行了市场信息比较，指出浪涌保护器在福建省各个地区必将得到进一步普及。关键词：浪涌保护器（SPD）应用选用设置电压保护水平放电电流雷电电磁脉冲

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在地球上，雷电时时刻刻都存在，国际电工委员会（IEC）将雷电称之为电子化时代的一大公害。据统计，在任一时刻平均有2000多个雷暴在进行着，火灾、爆炸、建筑物破坏、人畜伤亡、设备损坏等无不与之相连，雷暴被联合国列为十大自然灾害之一，它严重影响着人类的各种活动。我国每年因雷害造成的损失达100亿元人民币。

当人类社会进入电子信息时代后，雷灾出现的特点与以往有极大不同，可概括为：（1）受灾面积大大扩大，雷害从电力、建筑这两个传统领域扩展到几乎所有行业，特别是与高新技术关系最密切的领域，如航天航空、国防、邮电通信、计算机、电子工业、石油化工、金融证券等。（2）入侵方式从平面入侵变为立体入侵，从闪电直击和雷电波沿线传输变为空间闪电的脉冲电磁场从立体空间入侵到任何角落，无孔不入地造成灾害，因而防雷工程已从防直击雷、感应雷进入防雷电电磁脉冲（LEMP）。（3）雷灾的经济损失和危害程度大大增加了。有时候雷电袭击对象本身的直接经济损失并不太大，而由此产生的间接损失和影响却难以估量。例如，1999年8月27日下午3点，某寻呼台遭受雷击，导致该台中断数小时，其直接损失是有限的，但间接损失大大超过直接损失。

产生上述现象的根本原因是雷灾的主要对象已集中在微电子设备上，雷电本身并没有变，而是随着科学技术的发展，微电子技术的应用渗透到各种生产和生活领域，微电子器件极端灵敏这一特点很容易受到无孔不入的LEMP的作用，造成微电子设备的失控或者损坏。为此，当今时代的防雷工作的重要性、迫切性、复杂性大大增强了，雷电的防御已从直击雷防护进入到感应雷、雷电电磁脉冲等的防护。当然，来自电路的开、断操作，感性和容性负载的开关操作及来自短路电流的阻断等引起的开关浪涌也是造成微电子设备失控或损坏的原因之一。美国的调查数据表明，在保修期内出现问题的电气产品中，有63％是由于浪涌造成的。

一、浪涌保护器的设置原因

雷电防护包括针对建筑物的直击雷防护，以及针对建筑物内设备、人员的雷电波侵入防护和雷击电磁脉冲防护两大部分。

多数人对直击雷防护并不陌生，但对雷电电磁脉冲防护的认识仍非常有限。雷击发生时，大约50%的雷电流将沿接闪——引下线通路直接泄放入地，频率成分非常复杂的雷电流快速通过引下线时会感应出极强的电磁场，建筑物中的管线相对切割磁力线产生感应电流（即雷击电磁脉冲），间接导致设备损坏和人员伤亡；另一方面，至少有50%的雷电流将沿着进出建筑物的管线泄放，对人员和设备构成直接威胁。因此，雷电波侵入与雷击电磁脉冲防护已成为现代防雷设计的重中之重。依据IEC61024-1的说明，室内雷电保护的主要防护措施是：浪涌保护器安装和等电位连接。等电位连接的目的，在于减小保护区间内，各金属部件和各系统之间的电位差。对非带电金

属体（如水管等）需要采用导线进行等电位连接，对于带电金属体（如动力电缆等）需要采用浪涌保护器做等电位连接。如图1所示建筑物的整体防雷措施。

建筑物的防雷保护

外部防雷保护室内防雷保护

·接闪器·非带电金属导体的等电位

·引下线连接

·接地网·带电金属导体（如电源线、

·建筑物外部屏蔽通信线）通过浪涌保护器

·安全距离的等电位连接

·建筑物内部屏蔽

·安全距离

图1 建筑物的防雷保护措施

我们应根据建筑物及其设备所处的地理位置（环境）和功能的重要性大小，相对于不同的要求，按照安装位置、保护级别和冲击通流容量，有目的地选用相应型号的浪涌保护器。以下的建筑物和设施特别需要设计安装浪涌保护器来进行防护。

•高层建筑

•宾馆、会堂、体育馆、展览馆、影剧院、学校、大型商场、医院、车站等人流密集场所等大型公共建筑物

•油库、液化气储气站、加油站、露天化工设施、烟花爆竹等易爆场所以及粮、棉等重要物资仓库

•程控系统、卫星接收系统、计算机网络

•重要的地面导航设施、铁路通信设施

•电力、通信、广播电视设施

•重点文物保护建筑

•其它重要建筑物等。

二、部分防雷规范、规定及标准

• 国际标准：低压配电系统的电涌保护器(SPD) (IEC 61643)

直接雷击的防护第一部分: 基本法则（IEC 61024-1：1990）

雷电电磁脉冲的防护（IEC 61312-1,-2,-3：1994,95,96）

电磁兼容性-EMC （IEC 1000：1995）

建筑物电气装置第5-53部分:电气设备的选择和安装-隔离、开关和控制设备第534节：过电压保护器（IEC 60364-5-53：2001 A1）

• 国家法规：气象法

防雷减灾管理办法

• 地方法规和规范：广东省防御雷电灾害管理规定、上海市雷电防护管理办

法、山东省防御和减轻雷电灾害管理规定、沈阳市防御雷电灾害管理办法等各省市的规定；

上海市《智能化住宅小区雷电防护技术导则》

• 国家标准：建筑物防雷设计规范（GB 50057-94）2000年版

交流无间隙金属氧化物避雷器（GB 11032-2000）

电子计算机机房设计规范（GB 50174-93）

电子计算机场地通用规范（GB／T 2887-2000）

电子设备雷击保护导则（GB7450-87）

爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范（GB50058-92）

• 行业标准：微波站防雷与接地设计规范（YD 2011-93）

移动通信基站防雷与接地设计规范（YD 5068-98）

通信局（站）接地设计暂行技术规定（YDJ26-89）

通信工程电源系统防雷技术规定（YD 5078-98）

通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范（YD 5098-2001）

电力系统通信站防雷运行管理规程（DL 548-94）

装卸油品码头防火设计规范（JTJ 237-99）

三、浪涌保护器的选用设置

1. 浪涌保护器的分类

Surge Protection Device ——翻译成浪涌保护器或电涌保护器，简称SPD。

按照保护对象的不同分类，SPD可分为电源浪涌保护器和信号浪涌保护器。顾名思义，电源浪涌保护器是指防止由电源线侵入的感应雷电或电涌破坏数据、信息、控制等系统的浪涌保护器；信号浪涌保护器是指防止由信号传输线侵入的感应雷电或浪涌破坏数据、信息、控制等系统的浪涌保护器；

按照产品设计的特点分类，SPD可分为电压开关型SPD（限流型），电压限制型SPD（限压型）及组合型SPD三类。按照IEC61312-3文件的要求，电压开关型SPD一般用在LPZ0B—LPZ1区中，用于电源系统的浪涌保护器，可最大限度的消除电网后续电流；电压限制型SPD一般用在LPZ1和LPZ2区中，可较大程度减低电网上的残压；组合型SPD由电压开关型组件和电压限制型组件组合而成，可以显示为电压开关型或限压型或这两者都有的特性，这决定于所加电压的特性。按照冲击通流容量和保护级别，SPD可分为第一级、第二级、第三级浪涌保护器（共三级）。表1表示220/380V供电系统的分级保护水平。通过第一级浪涌保护器，防止直接的传导雷进入 LPZ1区，将上万至数十万伏的浪涌电压限制到4000伏以下，通过第二级浪涌保护器，进一步将通过第一级SPD的残余浪涌电压限制到2500伏以下，对LPZ1 - LPZ2实施等电位连接。通过第三级浪涌保护器，将残余浪涌电压的值降低到1500伏以内，使浪涌的能量不致损坏设备。

SPD可以连接在相线对相线、相线对地线、相线对中线、中线对地线及其组合，这些连接方式称作保护模式。其中，相对相和相对中线称为差模；相对地和中线对地称为共模。

表1 220/380V供电系统SPD分级保护水平