电涌保护器的检测

电涌保护器的检测
黄克俭
2006年6月于武汉
1、什么是电涌保护器
2、电涌保护器的检测
1.1 电涌保护器的定义
1.2 电涌保护器的原理
1.3 电涌保护器的分类
1.4 电涌保护器的主要技术参数
1.1 电涌保护器的定义
是一种保护电器。

英文：Surge protective device，简写:SPD
目的在于限制瞬态过电压和分走电涌电流的器件，它至少含有一非线性元件。

电涌保护器的一些不同的叫法：
电压限制器、过电压保护器、电流放电器、避雷器、防雷器、浪涌保护器等。

是利用某些物质或元器件的电阻非线性特性，来限制瞬态过电压和分走电涌电流，以达到保护用电设备的目的。

1.2 电涌保护器的原理
如图1:线性电阻与非线性电阻的伏安特性
线性电阻的伏安特性 限压型非线性电阻的伏安特性 开关型非线性电阻的伏安特性
常用的非线性元件
开关型:放电间隙、放电管
限压型:压敏电阻（阀片Sic 、ZnO 、MOV ）、瞬态抑制二极管（TVS ）、固体放电管。

传输线分流型SPD 的原理
高通滤波（用于高频信号） 低通滤波（电源系统）
1.3 电涌保护器的分类
按性质分类：开关型、限压型、组合型 I
点I I 启
接
收
机
用 电 设 备
按用途分类：电源、信号和天馈
按外型分类：模块式、箱式
按接线端口分类：一端口、二端口
按接线方式分类（低压电源）：“3+1”模式、“4+0”模式
图2 二端口(串联SPD ）
TT 系统中采用“4+0”保护模式接线方式
TT 系统中采用“3+1”保护模式接线方式
Li PE PE PE
PE
A L L L
按测试实验等级分类
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类试验等级的电涌保护器 Ⅰ级分类实验：用标称放电电流In 、1.2/50us 冲击和最大冲击电流Iimp 做的试验；
Ⅱ级分类实验：用标称放电电流In 、1.2/50us 冲击和最大冲击电流Imax 做的试验；
Ⅲ级分类实验：用混合波（1.2/50us 、8/20us ）做的试验。

低压电源系统电涌保护器的分类（进口产品）
分A 、B 、C 、D 四种等级：
A L L L
A级，用于低压架空线路浪涌避雷器。

B级，防雷保护等电位连接用雷电流避雷器。

C级，用于保护永久性装置的浪涌避雷器。

D级，用在电源插座上的浪涌避雷器。

1.4 电涌保护器的主要技术参数
（1）标称放电电流In和最大放电电流Imax
（2）最大持续交流工作电压VC与启动电压
（3）限制电压Ur和电压保护水平VP
（4）响应时间
针对限压型SPD的参数：（5）漏电流
针对开关型SPD的参数：（6）冲击电流Iimp
（7）续流
针对信号SPD的参数：（8）插入损耗和
传输速率
（1）标称放电电流In和最大放电电流Imax
是指明SPD的耐电涌能力的一个参数。

流过SPD具有8/20us波形的电流峰值。

一般情况Imax=2In。

也称为通流容量。

注意：1、标称和最大的区别。

2、通流容量与其使用寿命的关系，在同数量级雷电流冲击的情况下，通流容量越大，其寿命越长。

如20KA和10KA的电源SPD在冲击电流为20KA时，10KA可放电1-2次。

20KA可放电10次
（2）最大持续交流工作电压VC与启动电压
最大持续交流工作电压是指可以连续施加于SPD上的最大交流有效值电压。

启动电压就是SPD的动作电压，对于MOV来说，就是压敏电压，即在1mA 电流时MOV上所加载的电压。

两者之间有一个近似的换算关系。

V启=1.1×2VC
其中，V启------启动电压
VC- ------最大持续交流工作电压
启动电压与最大持续交流工作电压是电源SPD的主要参数。

每一种SPD一般只标称一种。

启动电压多用于国产SPD，而最大持续交流工作电压多用于进口SPD。

几组常用的启动电压(v1mA)和与之对应的最大持续交流工作电压VC对应值
启动电压(v1mA) 最大持续交流工作电压VC
430V -------- 275V
470V -------- 300V
510V -------- 320V
560V -------- 365V
620V -------- 385V
680V -------- 420V
910V -------- 550V
（3）限制电压Ur和电压保护水平VP
限制电压Ur:是指雷电流通过SPD时,SPD两端最高瞬时电压，是衡量防雷效果好坏的重要标志，对于MOV来说，是SPD的残压。

电压保护水平VP:表征SPD限制接线端子间电压的性能参数，该值应大于限制电压的最高值，一般指标称放电电流下的限制电压。

限制电压的大小，不仅与SPD的启动电压、MOV器件残压比等参数有关，还与冲击电流的大小有关，在标称限制电压参数时应注明冲击电流的大小，冲击电流一般量级为1KA、1.5KA、3KA等，公安部GA-173标准采用的是3KA冲击电流来制定限制电压标准。

而国标GB-11032采用的是1.5KA冲击电流来制定限制电压的标准。

因此，在参看限制电压参数时，一定要注意其冲击电流的有无和大小，只有在标有冲击电流的大小情况下的限制电压才有意义。

GB-11032 1.5KA ≤1300V
（20KA容量）GA-173 3KA ≤1500V 2级
≤1000V 3级
≤500V 4级
限制电压与启动电压、冲击电流的关系
下面是一种SPD启动电压，冲击电流和限制电压的关系表
（4）响应时间
响应时间是指SPD两端加上的电压大于等于启动电压时，SPD需经过一段时间后才能完全导通，这段时间叫做响应时间。

SPD的响应时间与选用的保护元件性质及引线、接线端子等产生的分布参数有关。

对于防雷效果来说，响应时间越短，限制电压越低，SPD的品质越高。

以下是几种常见保护元件的响应时间。

保护元件响应时间
气体放电管、放电间隙100ns
压敏电阻＜50 ns
TVS二极管＜1 ns
固体放电管＜1 ns
针对限压型SPD的参数：（5）漏电流
漏电流是指在无电冲击的情况下，接在电源回路中的SPD两端流过的电流。

但，通常用防雷元件测试仪所测试的漏电流是指施加75%的标称启动电压Un时流过SPD的电流。

要注意这两种漏电流的区分。

各种规范（GA173）里漏电流的定义都是指按施加75%的启动电压时的漏电流。

漏电流的大小以及变化量是判断SPD是否劣化的一个重要指标。

公安部GA173对避雷器的漏电流大小有如下规定：
并联型电源避雷器≤20uA
串联型电源避雷器≤0.1mA
直流电源避雷器≤80uA
变化量的规定是指电源避雷器在进行两次时间间隔为5分钟的通流容量测试并在室温下恢复2小时后，其漏流变化率不得大于200%。

针对开关型SPD的参数：（6）冲击电流Iimp
它由电流峰值Ipeak和电荷量Q确定，用于一级试验。

采用10/350μs的波形测SPD的通流能力。

一般开关型SPD冲击电流Iimp 标称：
Iimp （10/350μs）：Ipeak/Q --- 50kA/25AS
针对开关型SPD的参数：（7）续流
当冲击放电电流后，由电源系统流入SPD的工频电流称为续流。

（续流值应在几千安培，持续时间应小于或等于工频周波的半周）。

针对信号SPD的参数：（8）插入损耗和传输速率
插入损耗：由于在传输系统中插入一个SPD所引起的损耗。

给定频率时，在被测通道SPD接入线路前后在SPD插入点处测得的功率之比，通常以分贝（dB）来表示。

传输速率：是指在满足一定插入损耗要求的情况下，信号可通过SPD 的最高速率。

（GA-173规定插入损耗要小于0.5dB）
这两个参数是互相关联
参数标注时，一般是合在一起标注。

如：传输速率30MHZ，插损0.5dB，或插损（30MHZ）0.5dB。

如果只标注传输速率：则是在0.5dB插损下的传输速率。

分离装置（脱扣装置）
当SPD损坏时，使其与配电系统断开的一种装置。

如熔丝、空开等。

2、电涌保护器的检测
2.1 有关电涌保护器的一些标准介绍
2.2 电涌保护器的检查
2.3 电涌保护器的测试
2.1 有关电涌保护器的一些标准介绍
国际标准:
IEC61312-3 (TC81防雷)
雷电电磁脉冲的防护第三部分:浪涌保护器的要求
IEC61643-1:1998 (TC37避雷器)
低压配电系统的电涌保护器第一部分:性能要求和实验方法
IEC61643-2:
低压配电系统的电涌保护器第二部分:选择与使用原则
IEC60364-5-534（TC64电气装置及防雷冲击保护)
建筑物电气装置，第5部分：电气设备的选择和安装-隔离、开关和控制设备，第534节：过电压保护设备
国家标准:
GB18802-1-2002 低压配电系统的电涌保护器第1部分:性能要求和实验方法
GB18802-12-2002 低压配电系统的电涌保护器第12部分:选择与使
用原则
GB50057-94(2000年版) 建筑物防雷设计规范
GB50343-2002 建筑物电子信息系统防雷设计规范
GB11032-89(2002)交流无间隙金属氧化物避雷器
行业标准:
GA173-2002 计算机信息系统保安器
YD/T1235-2.2002 通讯局(站)低压配电系统用电涌保护器测试方法1.QX10-2002 电涌保护器第一部分:性能要求和试验方法
SJ/T10348 ~10349-93 电子元器件详细规范浪涌型抑制型压敏电阻器MYG2~MYG3型过压保护用氧化锌压敏电阻器评定水平E
SJ/T11280-2002 电子元器件详细规范MYS4、MYS5、MYS6、MYS8防雷指示型过电压保护器评定水平E
2.2电涌保护器的检查
2.2.1 为什么要检查
2.2.2 检查的依据
2.2.3 电涌保护器的检查内容
2.2.1 为什么要检查
在现实中存在如下一些问题:
1、没有按有关防雷标准安装SPD
2、安装不当（包括接线方式、接线线径要求、配合要求等）
3、SPD已损坏
2.2.2 检查的依据
依据一些有关SPD选择与安装设计要求的规范标准。

依据的规范标准有:
GB50057-94(2000年版) 建筑物防雷设计规范
GB50343-2002 建筑物电子信息系统防雷设计规范
结合一些行业或国家标准
如GB50156-2002《汽车加油加气站设计与施工规范》
YD5068-98《移动通信基站防雷与接地设计规范》
2.2.3 电涌保护器的检查内容
1、有无电涌保护器
2、电涌保护器的安装是否正确
1、有无电涌保护器
检查在入户的电力线和信号线上是否安装电涌保护器（SPD）主要依据的标准有：
GB50343-2002 建筑物电子信息系统防雷设计规范
结合一些行业标准
如GB50156-2002《汽车加油加气站设计与施工规范》
YD5068-98 《移动通信基站防雷与接地设计规范》
2、电涌保护器的安装是否正确
SPD外围情况
（1）检查SPD所用连接线是否正确
①连接线的颜色是否符合要求(建议)。

②连接线的截面是否符合要求。

③连接线的长度是否符合要求(建议)。

依据的标准：GB50343-2004
②第6.5.1-3 ③第6.5.1-1和第5.4.1-5
电源SPD连接线截面的要求应满足标准GB50343-2004中的表6.5.1的要求
天馈SPD接地线≥6mm2，信号SPD接地线≥1.5mm2
颜色：L1 L2 L3 N PE
黄绿红浅蓝或黑绿/黄
天馈SPD接地线≥6mm2，信号SPD接地线≥1.5mm2
（2）检查SPD接线是否牢固
依据的标准：GB50343-2004第6.5.1-2
（3）检查SPD接线方式是否正确
TT系统中“4+0”模式SPD不能安装在剩余电流保护器的电源侧，依据的标准：
GB50057-94（2000年版）第6.4.5
低压配电系统的接地制式
IEC规定，接地制式由两个字母表示，必要时加后续字母
第一字母第二字母后续字母
电系统中线对地关设备的外露
导电部分与
地的关系
中性线与保护线之间的关系
I T N C S C-S
接不接
地或
阻抗
接地独立
配电
系统
接地
点的
直接
接地
直接
与配
电系
统的
接地
点相
连
中性
线N
与保
护线
PE
合并
为
PEN
中性
线N
与保
护线
PE
分开
电源测为PEN线从某
一点分开为N及PE线
TT系统中电涌保护器安装在剩余电流保护器的电源侧
TT系统中电涌保护器安装在剩余电流保护器的负荷侧
TT系统中电涌保护器安装在剩余电流保护器的电源侧
TT系统中电涌保护器安装在剩余电流保护器的负荷侧
“4+0”保护模式的SPD安装在TT系统中剩余电流保护器(RCD)的电源侧
A
SPD本身情况
（4）检查SPD是否具有状态指示器。

如有，则需确认状态指示应与生产厂说明一致。

（5）检查SPD的限压元件前端是否有脱离器，并检查脱离器的状态是否正常。

（6）检查安装在配电系统中的SPD的UC值是否符合要求。

依据标准是GB50057-94（2000年版）
供电系统中SPD最大持续工作电压UC
TT（SPD安装在剩余电流保护器负荷侧）≥1.55U0
TT（SPD安装在剩余电流保护器电源侧）≥1.15U0
IT （SPD 安装在剩余电流保护器负荷侧）≥1.15U0（U0为线间电压） TN ≥1.15U0
U0为低压系统相线对中性线的标称电压，在220/380V 中U0=220V 。

（7）检查电源SPD 的通流容量是否符合要求(建议) 。

依据标准是GB50343-2004
（8）检查多级SPD 之间的距离是否符合要求。

(建议)
依据标准GB50057-94（2000年版）和GB50343-2004。

开关型SPD 与限压型SPD 之间的线路长度大于10m ，限压型SPD 之间的线路长度大于5m ，若不满足要求应加装退耦装置。

2.3电涌保护器的测试
2.3.1、为什么要测试 2.3.2、测试的内容 2.3.3、判别的标准 2.3.4、测试的方法
保护 分级
LPZ0区与LPZ1 LPZ1与LPZ2、LPZ2与
直流电源
第一级标称放电电流第二级标
第三级标
第四级标
8/20u
10/350us
8/20us 8/20us 8/20us 8/20us A 级 ≥20 ≥80 ≥40 ≥20 ≥10 ≥10
B 级 ≥15 ≥60 ≥40 ≥20 直流配电
中根据线
度和工作
C 级
≥12.5
≥50
≥20
D 级 ≥12.5 ≥50 ≥10
2.3.1、为什么要测试
电涌保护安装以后为什么要测试？
①电涌保护器大量采用的氧化锌压敏电阻存在着老化问题。

②一些电涌保护器在防劣化的措施方面没有采取措施、措施不全、分离装置（脱扣装置）不可靠或失效。

即使采取了较全的措施也无法知晓电涌保护器中的保护元件以开路模式失效而失去保护作用的情况。

③对一些慢性退化的保护元件可早发现早处理，以进一步提高其供电或保护连续性的可靠性。

2.3.2、测试的内容
SPD的测试是对SPD检查的延伸。

测试的目的是查明SPD是否失效，并不是测试SPD的性能如何，SPD的性能测试是由一些权威部门指定的检验机构来进行。

因此，我们所测试的项目（对于电源SPD来源）就只有启动电压（压敏电压或点火电压）、漏电流两个项目。

①测试的对象：低压电源电涌保护器。

②低压电源电涌保护器的主要参数：
通流容量、限制电压、启动电压（最大交流持续工作电压）、漏电流、响应时间。

③可现场测试的参数：启动电压、漏电流。

现场测试的仪器：防雷元件测试仪。

2.3.3、判别的标准
测试后判断劣化的标准
启动电压的标准：
限压型：标称启动电压的±10％范围内。

开关型：标称启动电压的±20％范围内。

漏电流的标准：≤20µA 注意启动电压与最大持续交流工作电压的换算
2.3.4、测试的方法
对启动电压和漏电流两参数的测试采用静态测试，也就是说必须切断电涌保护器中保护元件的供电，用防雷元件测试仪进行。

对于模块式SPD，可拔出防雷元件进行测试，对于箱式SPD，可断开脱离装置对防雷元件进行测试。

无法断开脱离装置的箱式SPD和无法取出防雷元件的模块式SPD应切断电源，断开连接线进行测试。

测试中应注意的问题：
（1）防雷元件测试仪必须检测校正；
（2）测试时要细心，以防触电，最好配备防电击用品；
（3）正确使用防雷元件测试仪。

敬请批评指正！
谢谢！。