引言。瞬态過電壓（電流）的(de)來源是：雷擊事件(jiàn)、靜電放(fàng)電、操作過電壓等産生的(de)電磁脈沖引起的(de)；其中雷電電磁脈沖的(de)能(néng)量最大(dà)，危害性最爲嚴重。在雷電防護中通常用(yòng)浪湧保護器(qì)（SPD）來抑制(zhì)瞬态過電壓（電流）。

　　1 SPD的(de)功用(yòng)在雷電防護中浪湧保護器(qì)（SPD）廣泛應用(yòng)于保護電氣電子設備。通常這些設備都(dōu)置于雷電防護區（LPZ）之内(高(gāo)于LPZ1)，少(shǎo)數設備在LPZ0B區。SPD的(de)功用(yòng)是限制(zhì)線路(lù)中的(de)浪湧和(hé)與屏蔽體配合構築低電磁場(chǎng)的(de)防護空間。

　　1.1 SPD分(fēn)流浪湧電流抑制(zhì)浪湧電壓SPD的(de)作用(yòng)是将電氣、電子系統中的(de)不能(néng)直接用(yòng)導體進行(xíng)等電位連接的(de)帶電導體通過SPD進行(xíng)瞬态等電位連接，利用(yòng)SPD的(de)非線性特性限制(zhì)瞬态浪湧過電壓并分(fēn)流浪湧電流，達到(dào)保護電氣、電子系統的(de)目的(de)。

　　1.2 SPD與屏蔽體構築雷電防護區（LPZ）把進出屏蔽體的(de)帶電導體（電源線、信号線）用(yòng)SPD進行(xíng)瞬态等電位連接。SPD與三維屏蔽體共同構築了LPZ，SPD是LPZ劃界的(de)重要部件(jiàn)。LPZ的(de)導體中的(de)浪湧在邊界得到(dào)分(fēn)流，LPZ空間中的(de)電磁場(chǎng)得到(dào)衰減。

　　2 SPD的(de)選擇2.1 SPD的(de)電壓保護水(shuǐ)平UpSPD的(de)保護水(shuǐ)平Up是規定标稱放(fàng)電電流（In）時的(de)SPD兩端的(de)殘壓。

　　要求SPD的(de)Up必須小(xiǎo)于或等于被保護設備的(de)定額沖擊耐受電壓Uw.通常爲1.2Up≤Uw.

　　實際上(shàng)SPD的(de)有(yǒu)效保護電壓Upf＝Up+ΔU，ΔU爲線路(lù)壓降。

　　UW适用(yòng)于低壓供電系統，表征了設備耐受沖擊過電壓的(de)絕緣性能(néng)。但(dàn)不适合于通信線路(lù)及其他(tā)微電子器(qì)件(jiàn)。

　　對通信線路(lù)和(hé)微電子器(qì)件(jiàn)，沖擊耐受電壓與低壓線路(lù)的(de)Uw不同，而是與電子電路(lù)的(de)抗擾度和(hé)工(gōng)作電壓相(xiàng)關聯，實驗證明(míng)沖擊耐受電壓通常爲工(gōng)作電壓Uo的(de)3倍左右。一般對通信線路(lù)和(hé)微電子電路(lù)Up爲工(gōng)作電壓Uo的(de)2.5～3倍。表1所示爲某些集成電路(lù)的(de)沖擊耐受電壓值。

　　集成電路(lù) 沖擊位置 沖擊耐受電壓值（V)MC14880 輸出端 60MC1489i 輸入端 22－24J274 輸出～地(dì) 32J275 輸入～地(dì) 31表1 集成電路(lù)的(de)沖擊耐受電壓2.2 SPD的(de)放(fàng)電電流（Iimp、In）當直擊雷擊中實體和(hé)線路(lù)（低壓系統、通信線路(lù)）都(dōu)應選用(yòng)Iimp(10/350μS)測試的(de)SPD，例如(rú)LPS中的(de)雷電等電位連接的(de)SPD和(hé)在LPZ0A區的(de)架空線路(lù)使用(yòng)的(de)SPD。

　　在LPZ0B（LPZ1或更高(gāo)的(de)防護區）之内的(de)各種線路(lù)浪湧主要來自LEMP感應産生的(de)，就應選用(yòng)In（8/20μS）測試的(de)SPD或用(yòng)組合波（1.2/50μS, 8/20μS）測試的(de)SPD。

　　不同條件(jiàn)下低壓系統和(hé)通信線纜雷電流浪湧預計(jì)值如(rú)表2、表3所示（來源于IEC62305-1.表E.2）。LPL爲雷電防護等級。

　　LPL 低壓系統雷擊低壓系統 雷擊低壓系統附近區域 雷擊建築物(wù)或其臨近區域損害源S3(直接雷擊）波形10/350μs(KA) 損害源S4（間接雷擊）波形：8/20μs (KA) 損害源S1或S2（感應電流隻針對S1）波形： 8/20μs(KA)Ⅲ-Ⅳ 5 2.5 0.1Ⅰ-Ⅱ 10 5 0.2表2 低壓系統雷電流浪湧的(de)預計(jì)值LPL 通信系統雷擊通信系統 雷擊通信系統附近區域 雷擊建築物(wù)或其臨近區域損害源S3(直接雷擊）波形：10/350μs (KA) 損害源S4（間接雷擊）時測波形：5/300μs（估算波形：8/20μs(KA)）損害源S2（感應電流）波形：8/20μs (KA)Ⅲ-Ⅳ 1 0.01（0.05） 0.05Ⅰ-Ⅱ 2 0.02（0.1） 0.1表3 通信系統雷電流浪湧的(de)預計(jì)值對屏蔽線路(lù)，假設屏蔽層的(de)阻抗與線纜導體并聯阻抗近似相(xiàng)等，那麽，表中給出的(de)浪湧值減小(xiǎo)一半。如(rú)線路(lù)穿入鐵(tiě)管，在線路(lù)中引起的(de)過電流會(huì)更小(xiǎo)。

　　從表2可(kě)見，當LPL－Ⅰ峰值電流200KA（10/350μS）時，在低壓系統中的(de)架空線上(shàng)最大(dà)的(de)浪湧電流爲10KA（10/350μS）。如(rú)有(yǒu)架空地(dì)線保護或铠裝線埋地(dì)其浪湧電流還要小(xiǎo)。

　　爲了構築LPZ，在建築物(wù)的(de)低壓系統進線入口 (LPZ0A/LPZ1邊界，供電線主配電盤MB上(shàng))應安裝用(yòng)Iimp測試的(de)SPD（10/350μS）。當線路(lù)完全在LPZ0B進入建築物(wù)入口處（LPZ0B/LPZ1邊界MB上(shàng)）則應安裝用(yòng)In測試的(de)SPD（8/20μS）。

　　也(yě)就是說根據電磁環境不同在LPZ1的(de)邊界主配盤（MB）上(shàng)可(kě)安裝開(kāi)關型（10/350μS）SPD，也(yě)可(kě)安裝限壓型（8/20μS）的(de)SPD。

　　現有(yǒu)标準中低壓系統對SPD沖擊放(fàng)電電流（Iimp）要求高(gāo)的(de)不合理(lǐ)，例如(rú)對第一級（MB上(shàng)）的(de)SPD要求不管進線所在的(de)LPZ(LPZ0A還是LPZ0B)、進線類型（架空還是埋地(dì)屏蔽線）都(dōu)要求采用(yòng)I級分(fēn)類試驗（10/350μS）的(de)SPD其值爲20KA，比表2中的(de)10KA高(gāo)一倍，高(gāo)于國際上(shàng)所有(yǒu)标準的(de)要求。這種高(gāo)标準的(de)過防護将會(huì)帶來兩個(gè)問題，一是防護成本提高(gāo)，二是起不到(dào)防護功能(néng)，當雷電浪湧較小(xiǎo)時，可(kě)能(néng)啓動不了第一級SPD放(fàng)電，那麽第二級SPD要承受所有(yǒu)的(de)浪湧或加到(dào)後邊的(de)設備上(shàng)，以緻第二級SPD或設備損壞。在我國昆明(míng)、武漢空管雷達站就發生過此類故障。國際上(shàng)許多标準中第一級SPD都(dōu)選用(yòng)Ⅱ級分(fēn)類的(de)試驗8/20μS波形的(de)SPD。例如(rú)：澳大(dà)利亞AS1768-1991，選70KA（8/20μS）。美(měi)國FAA-STD-19d-2002，選80 KA（8/20μS）等。在我國實踐也(yě)證明(míng)了限壓型SPD（8/20μS）器(qì)件(jiàn)廣泛用(yòng)于通信局站、中南地(dì)區空管中心效果很好。因此，在放(fàng)電電流選擇上(shàng)要防止過防護。

　　2.3 SPD的(de)響應時間tA常用(yòng)的(de)SPD響應時間開(kāi)關型（SG）的(de)爲100nS，限壓型（MOV）爲25nS。低壓系統的(de)第一級SPD要保護的(de)大(dà)多是電磁型設備，這些設備對浪湧不敏感，因此無論是SG、MOV的(de)響應時間是可(kě)以達到(dào)保護的(de)目的(de)。

　　如(rú)貼近設備安裝的(de)SPD，被保護的(de)設備是電子設備或通信系統。例如(rú)設備的(de)半導體組件(jiàn)對浪湧的(de)響應時間爲10nS或更小(xiǎo)，對浪湧非常敏感，雖然SPD的(de)Up滿足要求，而tA太長，SPD還來不急放(fàng)電，被保護的(de)設備已被損壞。所以保護電子設備和(hé)通信線路(lù)SPD的(de)響應時間tA要小(xiǎo)于或等于被保護設備的(de)響應時間。通常SG、MOV的(de)SPD隻用(yòng)于低壓供電線路(lù)中。貼近電子設備在信号線路(lù)中的(de)SPD應選取tA更小(xiǎo)的(de)TVS或其他(tā)半導體抑制(zhì)器(qì)件(jiàn)（例如(rú)雪(xuě)崩二極管SAS）.

　　SPD的(de)響應時間在級間配合中也(yě)很重要，現有(yǒu)很多标準規定第一級開(kāi)關型SPD與第二級限壓型SPD的(de)間距大(dà)于10m（其原因取決于浪湧在低壓線路(lù)的(de)傳播速度1.5×108m/s兩級tA的(de)時間差75ns）來保證在浪湧傳到(dào)第二級之前第一級必須導通放(fàng)電，否則第二級将承受全部的(de)浪湧。

　　目前廠(chǎng)商爲了降低Up值，生産了電子點火(huǒ)的(de)開(kāi)關型SPD，Up可(kě)小(xiǎo)于1KV，但(dàn)tA爲1μS。也(yě)就是說浪湧加至SPD點到(dào)SPD響應浪湧而開(kāi)啓的(de)1μS的(de)時間内，浪湧已在線路(lù)中向下遊傳了150m。150m之内的(de)第二級SPD等和(hé)被保護設備就要承受這個(gè)浪湧。因此，tA是SPD選擇時的(de)一個(gè)重要參數，特别是在信号線路(lù)中更爲關鍵。

　　通信線路(lù)中SPD的(de)選擇還應考慮工(gōng)作電壓，最大(dà)持續工(gōng)作電壓，傳輸速率、插入損耗、駐波比、相(xiàng)移和(hé)接口形式等因素。

　　3 SPD的(de)安裝爲了保護被保護設備，不但(dàn)要選擇适當的(de)SPD還取決于合理(lǐ)的(de)安裝。

　　3.1 SPD的(de)安裝位置第一級SPD應安裝在外線進入建築物(wù)的(de)入口處（LPZ的(de)界面）将浪湧電流在界面處洩放(fàng)入大(dà)地(dì)，該SPD能(néng)保護建築物(wù)内的(de)所有(yǒu)設備，會(huì)降低成本。

　　SPD貼近被保護設備安裝，這樣保護效果好，每個(gè)設備都(dōu)裝SPD成本會(huì)提高(gāo)。

　　在第一級SPD與貼近設備安裝的(de)SPD之間是否安裝SPD取決于能(néng)量配合、線路(lù)長度和(hé)電磁環境。

　　3.2 振蕩保護距離(lí)lpo當SPD與被保護設備間線路(lù)太長，傳播中浪湧會(huì)産生振蕩。最嚴酷時設備終端過電壓爲2Up。2Up可(kě)能(néng)會(huì)大(dà)于Uw。爲了使設備終端過電壓仍小(xiǎo)于Uw就要限制(zhì)SPD到(dào)設備間線路(lù)最大(dà)的(de)長度，這個(gè)長度就是振蕩保護距離(lí)lpo.

　　當Upf＜Uw/2時,lpo可(kě)以無限長；當Upf＞Uw/2時，lpo＝〔Uw-Upf〕/ K(m)；其中K=25(V/m)3.3 感應保護距離(lí)lpi在雷擊時LEMP的(de)磁場(chǎng)會(huì)在SPD與被保護設備構成的(de)回路(lù)内感應過電壓，感應的(de)過電壓和(hé)Up之和(hé)可(kě)能(néng)會(huì)大(dà)于Uw。感應保護距離(lí)lpi是SPD與被保護設備間的(de)最大(dà)長度，保證其感應過電壓加上(shàng)Up小(xiǎo)于設備的(de)Uw。

　　當建築物(wù)的(de)第一層屏蔽即做LPS的(de)引下線又(yòu)做LEMP防護的(de)栅格時，建築物(wù)電磁環境極爲嚴酷，必須考慮lpi.

　　lpi可(kě)以用(yòng)下列公式估算：

　　lpi＝〔Uw-Upf〕/ h(m)h=300 K1×K2×K3（V/m）雷擊建築物(wù)附近（S2）；h=30000 K0×K2×K3（V/m）雷擊中建築物(wù)（S1）；K1：LPZ0-LPZ1界面LPS或其他(tā)空間屏蔽；K2：LPZ1-LPZ2或更高(gāo)界面的(de)空間屏蔽；K3：内部布線的(de)特性；K0：LPZ0-LPZ1界面LPS屏蔽；K0＝0.5×W0.5，W爲栅格寬度；K0=Kc無栅格時：Kc分(fēn)流系統。

　　從上(shàng)式可(kě)知，雷擊建築物(wù)附近時lpi要比雷擊建築物(wù)長的(de)多。因此，建築物(wù)采用(yòng)分(fēn)離(lí)的(de)外部LPS要比建築物(wù)的(de)LPS與屏蔽栅格共用(yòng)自然構件(jiàn)（如(rú)鋼筋）在雷擊時建築物(wù)内的(de)電磁環境要好的(de)多。當建築物(wù)和(hé)線路(lù)有(yǒu)很好的(de)屏蔽就可(kě)以不考慮感應保護距離(lí)lpi.

　　4 SPD的(de)協調配合在一條線路(lù)上(shàng)級聯安裝兩個(gè)以上(shàng)的(de)SPD時，應根據各個(gè)SPD的(de)能(néng)量吸收能(néng)力共同分(fēn)擔施加在它們上(shàng)面的(de)能(néng)量。

　　通常每一級用(yòng)的(de)SPD都(dōu)是單端口的(de)，即SPD與被保護設備并聯，一個(gè)端口将輸入與輸出分(fēn)開(kāi)。單端口SPD又(yòu)稱無串聯阻抗的(de)SPD。使用(yòng)單端口SPD系統便于維修。

　　級聯安裝時級間配合必須根據各個(gè)SPD特性，承受的(de)電荷和(hé)位置來确定，這些工(gōng)作大(dà)多基于實際經驗、軟件(jiàn)和(hé)實驗分(fēn)析，目前缺乏明(míng)了的(de)現場(chǎng)分(fēn)析和(hé)量化估算公式。

　　采用(yòng)兩端口多級集成的(de)SPD（IMP）――即SPD有(yǒu)兩組輸入和(hé)輸出端子，在這些端子之間有(yǒu)特殊的(de)串聯阻抗。

　　多級集成的(de)SPD是級聯的(de)SPD與串聯阻抗在内部協調配合好的(de)，可(kě)以保證輸出到(dào)被保護設備的(de)能(néng)量最小(xiǎo)并且響應速度快。多級集成的(de)兩端口SPD緊貼被保護設備安裝特别适用(yòng)于重要設備的(de)保護和(hé)信号線路(lù)。使兩端口SPD因與負載串聯連接，所以SPD需要承受滿負荷電流。。

　　5 SPD的(de)自保護和(hé)後保護爲了保護設備，SPD與設備并聯組成一個(gè)系統，系統中增加了SPD就增加了一個(gè)單元。如(rú)SPD是開(kāi)路(lù)故障則對系統無影響，如(rú)SPD是短路(lù)故障，那麽，從功能(néng)邏輯上(shàng)SPD是系統中的(de)一個(gè)串聯單元，在串連系統中SPD單元故障系統就故障。所以應盡量避免SPD發生短路(lù)故障。

　　SPD自保護：在低壓系統中爲了防止SPD發生短路(lù)故障，SPD器(qì)件(jiàn)本身應具有(yǒu)熱(rè)脫扣裝置。當電壓波動或SPD劣化時，SPD電流增大(dà)而發熱(rè)，當達到(dào)1200C時，熱(rè)脫扣裝置動作，使SPD器(qì)件(jiàn)開(kāi)路(lù)保護系統正常運行(xíng)，這就是自保護。

　　SPD後保護：在SPD通道串連後保護器(qì)件(jiàn)，後保護器(qì)件(jiàn)可(kě)用(yòng)熔斷器(qì)或斷路(lù)器(qì)。這些後保護器(qì)件(jiàn)在低于SPD标稱放(fàng)電電流（In）時不動作，隻有(yǒu)當通過的(de)浪湧大(dà)于Imax或SPD短路(lù)後工(gōng)頻電流通過時才啓動。

　　後保護器(qì)件(jiàn)熔斷器(qì)和(hé)斷路(lù)器(qì)不同點是兩端實際限制(zhì)電壓Upf相(xiàng)差很大(dà)。

　　例如(rú)：當In＝20KA，Imax＝40KA時——串聯RT14-63熔斷器(qì)，在19.8KA電流（8/20μS）沖擊時，測得Upf爲2674V；串聯DZ47-63熔斷器(qì)，在18.29KA（8/20μS）電流沖擊時，測得Upf爲5014V。串聯斷路(lù)器(qì)之所以限制(zhì)電壓高(gāo)是因爲斷路(lù)器(qì)的(de)電感線圈産生的(de)壓降所緻。串聯斷路(lù)器(qì)限制(zhì)電壓高(gāo)于串聯熔斷器(qì)的(de)電壓，這樣就影響了SPD的(de)限壓效果，甚至會(huì)損壞被保護設備。

　　使用(yòng)斷路(lù)器(qì)操作方便，斷路(lù)器(qì)适用(yòng)于對瞬态過電壓不敏感被保護設備，否則應用(yòng)熔斷器(qì)做後保護。

　　6 SPD的(de)引線爲了進一步減小(xiǎo)熔斷器(qì)與SPD串聯的(de)引線感抗的(de)壓降，可(kě)将熔斷器(qì)與SPD二合一，減少(shǎo)安裝時線路(lù)盤繞，使電感量下降，輸出的(de)限制(zhì)電壓Upf也(yě)會(huì)下降。例如(rú)：設引線長度減少(shǎo)50cm，di/dt爲1KA/μS，導線電感爲1μH/m，則壓降就會(huì)降低500伏。

　　爲了減小(xiǎo)引線産生的(de)壓降，一般要求連接SPD引線總長度小(xiǎo)于50cm，減小(xiǎo)壓降的(de)辦法可(kě)采用(yòng)凱文(wén)(Kelvin)接線法即V字形接線。

　　SPD輸入端前和(hé)SPD接地(dì)的(de)導線是通過浪湧電流的(de)線稱爲“髒”線，SPD輸出端後的(de)導線稱爲“淨”線。安裝時應盡量使“淨”線與“髒”線遠離(lí)，将“髒”線穿鐵(tiě)管屏蔽也(yě)是很好的(de)辦法。

　　在雷電防護中，SPD的(de)應用(yòng)是最受關注的(de)，SPD的(de)選擇和(hé)安裝應由被保護設備的(de)使用(yòng)技術(shù)人(rén)員綜合考慮，應把SPD當作被保護設備的(de)一個(gè)組件(jiàn)。