浪涌保护器（SPD）使用中应注意的问题

浪涌保护器（ SPD）使用中应注意的问
题
The problem be adverted in the use of surge protection device
Liuxuchuan
(The IT Electronics Eleventh Design&Research Institute Scientific and Technological Engineering Corporation Shanghai200233)
摘要：介绍了表征浪涌保护器的主要技术参数。

讨论了压敏电阻非线性伏安特性在浪涌保护方面所具有的优点。

通过实验证明，浪涌保护器件的使用过程中应当注意器件引线对残压的影响。

关键词：ZnO压敏电阻器浪涌保护器残压冲击电流
ABSTRACT：This paper briefly presents the main parameters of surge protector. And discusses the advantage of ZnO varistors’ non-linear character in surge protection. The result of experiments indicate we should pay atteneion to the influence of wire to the residual voltage.
KEY WORDS: ZnO varistor; Surge protection device ; Residual voltage ; Impulse current
1前言
浪涌也叫突波，顾名思义就是超出正常工作电压的瞬间过电压。

本质上讲，浪涌是发生在仅仅几百万分之一秒时间内的一种剧烈脉冲。

可能引起浪涌的原因有：重型设备、短路、电源切换或大型发动机[1]等，普通的避雷针只能有效地防护直击雷，而由强大的电磁场产生的感应雷和脉冲电压却能够沿天线、电源线和电话线潜入室内，对人员及电器设备的安全造成危害。

邻近地点使用的电器设备
断电时，额外的电压会通过电线消散出去，同样会危害敏感的电子设备；敏感电
器设备设计的可接受电源有一定的电压范围，任何超出这个峰值和平均电压水平
的电压都会给精密元件带来压力，造成电器设备过早失效。

ZnO压敏陶瓷是一种半导体陶瓷材料，用它制作的压敏电阻器具有优异的I-
V非线性特点。

金属氧化物压敏电阻（MOV）允许大的浪涌电流流过而维持其接线
端子两端（指定端）很低的残余电压。

当金属氧化物压敏电阻遇到瞬时超过它的
启动电压时，它立即由高阻抗变为低阻抗，让瞬间巨大的浪涌泄放到大地，使危
险的高电压远离敏感的电子设备。

典型的有氧化锌（ZnO）浪涌吸收器，它是一种以氧化锌（ZnO）材料为主，
添加多种过渡性金属氧化物经高温烧制处理而成的多晶半导体陶瓷元件。

由于电
微观结构的隧道效应，使它具有与齐纳二极管相似的非线性电压一电流特性曲线。

另外，该元件的承受脉冲能量几乎是齐纳二极管的几十或几百倍。

目前已广泛应
用于电子仪器和电力装置领域中对异常电压的控制和作为浪涌吸收能量等方面的
保护元件。

2 ZnO压敏电阻的特点
氧化锌压敏电阻是一种伏安特性表现为非线性的器件[2]，由于器件的阻抗随
着电压的增大而减小，电导值随电压的增加而迅速增大，因而对浪涌电压能提供
一个低阻抗的通路，而对正常的系统电压，在浪涌出现以前和以后都呈现高阻抗（接近绝缘状态），无须再用间隙将电源与电阻片隔离，因而，它具有许多其他
保护器件所不具有的优点：
1氧化锌避雷器无间隙，它的伏安特性曲线仅由材料固有性质所决定，无明
显时延，放电时间约等于1mμs，因此，过电压波侵入时，有利于对高速瞬态浪
涌的响应。

2 在释放过电压能量后，氧化锌压敏电阻立即恢复到高阻状态。

工频续流由
温度升高的电阻片值确定，续流值很小，仅为毫安级，减轻了保护器件的动作负载、延长了它的使用寿命，同时对系统的影响也很小。

3 陡波响应好，且在陡波头冲击电流通过时，残压值升高也较小，因而氧化锌避雷器在陡波头冲击电压和冲击电流作用时，能给设备绝缘提供更多的保护裕度。

4 采用氧化锌压敏电阻制作的浪涌保护器件，结构简单，故障率低。

3技术参数
浪涌防护器的性能有很多的参数来表征，其主要的技术参数[3]包括以下几个方面：
(1) 电压保护水平（残压）Up
浪涌保护器在通过浪涌电流时，保护器两端的电压差称残压。

保护水平是指在额定放电电流时，保护端的残压水平，即瞬时箝位电压的箝制能力。

这是选择浪涌保护器的一个重要指标，因为电气、电子设备只能承受一定范围的瞬时过电压，如电话交换机要求小于1KV，主机控制部分要求小于700V，否则有可能导致设备的损坏。

（2）响应时间 t res
浪涌保护器的响应时间必须比浪涌电流的速度快，是浪涌保护器的一项重要指标，它反映浪涌保护器的特性。

响应时间越小，抑制浪涌瞬态电压的速度就越快。

一般由计算机控制的电子设备，其浪涌保护器的响应时间应小于10ns，这样才能达到保护电子设备的目的。

（3）最大通流量Imax
最大通流量是指浪涌保护器处理瞬态过压的最大工作电流。

最大通流量Imax 越大，浪涌防护器的可靠性越高。

当然，选择的容量大小取决于决定雷区浪涌的强弱、被保护设备的重要性和经济价值等因素。

（4）噪音衰耗
浪涌瞬态过压一般都会引起微波和瞬态高频噪音，如果浪涌保护器不采用高
频滤波器模块对微波和高频噪音进行过滤，就会导致系统紊乱和电子元件老化。

这是表征浪涌保护系统安全、可靠的一项重要指标。

（5）保护模式
为保证被防护系统的安全，在三相四线并带地线的电源中必须采用全模式结
构的浪涌防护系统。

如L-N、L-G、N-G、L-L保护
（6）电压
标称电压Un：与被保护系统的额定电压相符，例如：220 V /380 V。

工作电压：在电网电压波动范围内具备正常运行的能力。

最大持续运行电压Uc：在SPD的技术参数中，是最重要的特征之一，也是必
须位于SPD本体或持久地标贴在SPD本体上的标志之一。

是施加在浪涌保护器接
线端的最大连续工作电压的有效值。

Uc值必须与标称电压相符，在使用说明的规
定范围内。

(7) 漏电流
用低于压敏电压的测试电压加在压敏电阻器上测得的电流称为漏电流。

随着
测试电压的不同和测试目的的不同，压敏电阻器的漏电流可以用直流电压，也可
以用交流电压来测量。

（8）浪涌保护能力
浪涌保护器的保护能力取决于在某波形（通常为10KA 8/20μs 20KV波形）下所承受的冲击次数。

（9）故障自动防护
浪涌保护器必须具有防故障自动保护功能，才能保护浪涌防护器自身的安全
和使用寿命。

（10）绝缘电阻
浪涌保护器的绝缘电阻应大于等于1000MΩ
（11）浪涌防护器的辅助功能
状态显示、音响报警、浪涌计数及远程监控功能。

（12）电磁兼容
电磁兼容方面现在有相关的国家标准以及国际标准，这方面内容应符合相关
的国际、国内标准要求。

4使用ZnO压敏电阻SPD应注意的问题
ZnO压敏电阻浪涌保护器为电子设备的浪涌防护提供了一种简便、经济、可
靠的防护方法，通过浪涌保护器件，在雷击感应及操作过电压时，迅速将浪涌能
量传入大地，保护设备免遭损害。

通常，浪涌保护器件并联于供电线路上，在正
常情况下，防雷模块内的压敏电阻呈高阻态，相当于断路状态，不影响供电线路
的正常工作。

当电源系统遭受雷击或开关操作出现瞬时浪涌过电压时，防雷器件
将在很快的（纳秒级）时间内迅速响应，压敏电阻呈现出低阻状态，将浪涌过电
压限制在一个较低的幅值内。

残压是浪涌保护器的重要参数之一，浪涌保护器对被保护设备的保护，就是
通过把出现在供电线路上的浪涌电压限制在一个较小的幅值内来保护设备免遭雷
击损坏，为了被保护设备的安全，在选用保护器件的时候，很重要的一个方面就
要根据被保护设备的工作电压情况来进行合理的匹配，选择具有合适残压的保护
器件。

但是，根据长期测试的结果来看（试验按照国标18802.1进行）[4]，保护
器件引线的长短对器件残压的影响非常大，当引线长度增加的时候，其残压将有
较大的增加，其具体数据参加表1所示。

选择保护器件的时候，在选择具有合适
残压的浪涌保护器件的同时，我们更应该从系统的观点来考虑，即在考虑表征保
护器件残压的同时也要考虑到电涌保护器的引线所引入的电感对系统残压的影响，对此应该加以注意，使防雷系统对被保护设备的防护切实有效。

表1 8/20电流波形下试品的残压Tab.1 Residual Voltage of 8/20 current wave
试品编号
冲
击波形
接线
方式
残
压（V）
残压
波形
试
品1
8/2
试品
端部
141
2
如图
1所示
引线
端部
183
2
如图
2所示
试品2
试品
端部
139
9
如图
3所示
引线
端部
167
3
如图
4所示
5结语
浪涌也叫突波，顾名思义就是超出正常工作电压的瞬间过电压。

Zn0压敏陶瓷是一种半导体陶瓷材料，由于其优良的非线性伏安特性，目前，广泛应用于过电压保护方面。

残压是浪涌保护器件的一个重要参数，试验表明器件的引线长短对其残压有很大的影响，在选用过电压防护器件的时候，需要引起注意。

参考文献
1. 王水平，付敏江开关稳压电源[M] 西安电子科技大学出版社 1997
2. 李盛涛，刘辅宜直流ZnO避雷器有关技术问题的讨论[R] 电瓷避雷器1998年第四期
3. 张南法新型电子元器件应用指南[R] 压敏电阻器 2004年7月
4. GB 18802.1－2002 低压配电系统的电涌保护器（SPD）第1部分：性能要求和试验方法[R] 2002。