浪涌保护器，防雷器，电涌保护器 详细说明

基本信息

浪涌保护器

　　原始的浪涌保护器羊角形间隙，出现于19世纪末期，用于架空输电线路，防止雷击损坏设备绝缘而造成停电，故称“浪涌保护器”。20世纪20年代,出现了铝浪涌保护器,氧化膜浪涌保护器和丸式浪涌保护器。30年代出现了管式浪涌保护器。50年代出现了碳化硅防雷器。70年代又出现了金属氧化物浪涌保护器。现代高压浪涌保护器，不仅用于限制电力系统中因雷电引起的过电压，也用于限制因系统操作产生的过电压。

浪涌保护器图集(15张)

突波

　　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。而含有浪涌阻绝装置的产品可以有效地吸收突发的巨大能量，以保护连接设备免于受损。

防雷器

　　浪涌保护器，也叫防雷器，是一种为各种电子设备、仪器仪表、通讯线路提供安全防护的电子装置。当电气回路或者通信线路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时，浪涌保护器能在极短的时间内导通分流，从而避免浪涌对回路中其他设备的损害。

　　基本与特点

　　保护通流量大，残压极低，响应时间快；

　　· 采用新灭弧技术，彻底避免火灾；；

　　· 采用温控保护电路，内置热保护；

　　· 带有电源状态指示，指示浪涌保护器工作状态；

　　· 结构严谨，工作稳定可靠。

分析浪涌保护器

　　雷电灾害是严重的自然灾害之一,全世界每年因雷电灾害造成的人员伤亡、财产损失不计其数。随着电子、微电子集成化设备的大量应用,雷电过电压和雷击电磁脉冲所造成的系统和设备的损坏越来越多。因此,尽快解决建筑物和电子信息系统雷电灾害防护问题显得十分重要。

　　随着相关设备对防雷要求的日益严格,安装浪涌保护器(SurgeProtection Device, SPD)抑制线路上的浪涌和瞬时过电压、泄放线路上的过电流成为现代防雷技术的重要环节之一。

　　1　雷电的特性

　　防雷包括外部防雷和内部防雷。外部防雷以接闪器(避雷针、避雷网、避雷带、避雷线)、引下线、接地装置为主,其主要的功能是为了确保建筑物本体免受直击雷的侵袭,将可能击中建筑物的雷电通过避雷针(带、网、线)、引下线等泄放入大地。内部防雷包括防雷电感应、线路浪涌、地电位反击、雷电波入侵以及电磁与静电感应的措施。其基本方法是采用等电位联结,包括直接连接和通过SPD间接连接,使金属体、设备线路与大地形成一个有条件的等电位体,将因雷击和其他浪涌引起的内部设施分流和感应的雷电流或浪涌电流泄放入大地,从而保护建筑物内人员和设备的安全。

　　雷电的特点是电压上升非常快(10μs以内),峰值电压高(数万至数百万伏),电流大(几十至几百千安),维持时间较短(几十至几百微秒),传输速度快(以光速传播),能量非常巨大,是浪涌电压中具破坏力的一种。

　　2　浪涌保护器的分类

　　SPD是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装置,其作用是把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内,或将强大的雷电流泄流入地,保护被保护的设备或系统不受冲击。

　　2. 1　按工作原理分类

　　按其工作原理分类, SPD可以分为电压开关型、限压型及组合型。

　　(1)电压开关型SPD。在没有瞬时过电压时呈现高阻抗,一旦响应雷电瞬时过电压,其阻抗就突变为低阻抗,允许雷电流通过,也被称为“短路开关型SPD”。

　　(2)限压型SPD。当没有瞬时过电压时,为高阻抗,但随电涌电流和电压的增加,其阻抗会不断减小,其电流电压特性为强烈非线性,有时被称为“钳压型SPD”。

　　(3)组合型SPD。由电压开关型组件和限压型组件组合而成,可以显示为电压开关型或限压型或两者兼有的特性,这决定于所加电压的特性。

　　2. 2　按用途分类

　　按其用途分类, SPD可以分为电源线路SPD和信号线路SPD两种。

　　2. 2. 1　电源线路SPD

　　由于雷击的能量是非常巨大的,需要通过分级泄放的方法,将雷击能量逐步泄放到大地。在直击雷非防护区(LPZ0A)或在直击雷防护区(LPZ0B)与防护区(LPZ1)交界处,安装通过Ⅰ级分类试验的浪涌保护器或限压型浪涌保护器作为级保护,对直击雷电流进行泄放,或者当电源传输线路遭受直接雷击时,将传导的巨大能量进行泄放。在防护区之后的各分区(包含LPZ1区)交界处安装限压型浪涌保护器,作为二、三级或更高等级保护。第二级保护器是针对前级保护器的残余电压以及区内感应雷击的防护设备,在前级发生较大雷击能量吸收时,仍有一部分对设备或第三级保护器而言是相当巨大的能量,会传导过来,需要第二级保护器进一步吸收。同时,经过级防雷器的传输线路也会感应雷击电磁脉冲辐射。当线路足够长时,感应雷的能量就变得足够大,需要第二级保护器进一步对雷击能量实施泄放。第三级保护器对通过第二级保护器的残余雷击能量进行保护。根据被保护设备的耐压等级,假如两级防雷就可以做到限制电压低于设备的耐压水平,就只需要做两级保护;假如设备的耐压水平较低,可能需要四级甚至更多级的保护。

　　选择SPD,首先需要了解一些参数及其工作原理。

　　(1) 10/350μs波是模拟直击雷的波形,波形能量大; 8/20μs波是模拟雷电感应和雷电传导的波形。

　　(2)标称放电电流In是指流过SPD、8/20μs电流波的峰值电流。

　　(3)放电电流Imax又称为通流量,指使用8/20μs电流波冲击SPD能承受的放电电流。

　　(4)持续耐压Uc(rms)指可连续施加在SPD上的交流电压有效值或直流电压。

　　(5)残压Ur指在额定放电电流In下的残压值。

　　(6)保护电压Up表征SPD限制接线端子间的电压特性参数,其值可从优选值的列表中选取,应大于限制电压的值。

　　(7)电压开关型SPD主要泄放的是10/350μs电流波,限压型SPD主要泄放的是8/20μs电流波。

编辑本段一、浪涌保护器（SPD）工作原理

　　浪涌保护器（Surge protection Device）是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装置，过去常称为

??

浪涌保护器工作原理图

　　“避雷器”或“过电压保护器”英文简写为SPD.浪涌保护器的作用是把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内，或将强大的雷电流泄流入地，保护被保护的设备或系统不受冲击而损坏。

　　浪涌保护器的类型和结构按不同的用途有所不同，但它至少应包含一个非线性电压限制元件。用于浪涌保护器的基本元器件有：放电间隙、充气放电管、压敏电阻、抑制二极管和扼流线圈等。

浪涌保护器的基本元器件

　　1.放电间隙（又称保护间隙）：

　　它一般由暴露在空气中的两根相隔一定间隙的金属棒组成，其中一根金属棒与所需保护设备的电源相线L1或零线（N）相连，另一根金属棒与接地线（PE）相连接，当瞬时过电压袭来时，间隙被击穿，把一部分过电压的电荷引入大地，避免了被保护设备上的电压升高。这种放电间隙的两金属棒之间的距离可按需要调整，结构较简单，其缺点是灭弧性能差。改进型的放电间隙为角型间隙，它的灭弧功能较前者为好，它是靠回路的电动力F作用以及热气流的上升作用而使电弧熄灭的。

　　2.气体放电管：

　　它是由相互离开的一对冷阴板封装在充有一定的惰性气体（Ar）的玻璃管或陶瓷管内组成的。为了提高放电管的触发概率，在放电管内还有助触发剂。这种充气放电管有二极型的，也有三极型的，

　　气体放电管的技术参数主要有：直流放电电压Udc；冲击放电电压Up（一般情况下Up≈（2～3）Udc；工频耐受电流In；冲击耐受电流Ip；绝缘电阻R（>109Ω）；极间电容（1-5PF）

　　气体放电管可在直流和交流条件下使用，其所选用的直流放电电压Udc分别如下：在直流条件下使用：Udc≥1.8U0（U0为线路正常工作的直流电压）

　　在交流条件下使用：U dc≥1.44Un（Un为线路正常工作的交流电压有效值）

　　3.压敏电阻：

　　它是以ZnO为主要成分的金属氧化物半导体非线性电阻，当作用在其两端的电压达到一定数值后，电阻对电压十分敏感。它的工作原理相当于多个半导体P-N的串并联。压敏电阻的特点是非线性特性好（I=CUα中的非线性系数α），通流容量大（～2KA/cm2），常态泄漏电流小（10-7～10-6A），残压低（取决于压敏电阻的工作电压和通流容量），对瞬时过电压响应时间快（～10-8s），无续流。

　　压敏电阻的技术参数主要有：压敏电压（即开关电压）UN，参考电压Ulma；残压Ures；残压比K（K=Ures/UN）；通流容量Imax；泄漏电流；响应时间。

　　压敏电阻的使用条件有：压敏电压：UN≥[（√2×1.2）/0.7]U0（U0为工频电源额定电压）

　　小参考电压：Ulma≥（1.8～2）Uac （直流条件下使用）

　　Ulma≥（2.2～2.5）Uac（在交流条件下使用，Uac为交流工作电压）

　　压敏电阻的参考电压应由被保护电子设备的耐受电压来确定，应使压敏电阻的残压低于被保护电子设备的而损电压水平，即（Ulma）max≤Ub/K，上式中K为残压比，Ub为被保护设备的而损电压。

　　4.抑制二极管：

　　抑制二极管具有箝位限压功能，它是工作在反向击穿区，由于它具有箝位电压低和动作响应快的优点，特别适合用作多级保护电路中的末几级保护元件。抑制二极管在击穿区内的伏安特性可用下式表示：I=CUα，上式中α为非线性系数，对于齐纳二极管α=7～9，在雪崩二极管α=5～7.

抑制二极管的技术参数主要有

　　（1）额定击穿电压，它是指在指定反向击穿电流（常为lma）下的击穿电压，这于齐纳二极管额定击穿电压一般在2.9V～4.7V范围内，而雪崩二极管的额定击穿电压常在5.6V～200V范围内。

　　（2）箝位电压：它是指管子在通过规定波形的大电流时，其两端出现的电压。

　　（3）脉冲功率：它是指在规定的电流波形（如10/1000μs）下，管子两端的箝位电压与管子中电流等值之积。

　　（4）反向变位电压：它是指管子在反向泄漏区，其两端所能施加的电压，在此电压下管子不应击穿。此反向变位电压应明显高于被保护电子系统的运行电压峰值，也即不能在系统正常运行时处于弱导通状态。

　　（5）泄漏电流：它是指在反向变位电压作用下，管子中流过的反向电流。

　　（6）响应时间：10-11s

　　5.扼流线圈：扼流线圈是一个以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件，它由两个尺寸相同，匝数相同的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上，形成一个四端器件，要对于共模信号呈现出大电感具有抑制作用，而对于差模信号呈现出很小的漏电感几乎不起作用。扼流线圈使用在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号（如雷电干扰），而对线路正常传输的差模信号无影响。

扼流线圈在制作时应满足以下要求：

　　1）绕制在线圈磁芯上的导线要相互绝缘，以保证在瞬时过电压作用下线圈的匝间不发生击穿短路。

　　2）当线圈流过瞬时大电流时，磁芯不要出现饱和。

　　3）线圈中的磁芯应与线圈绝缘，以防止在瞬时过电压作用下两者之间发生击穿。

　　4）线圈应尽可能绕制单层，这样做可减小线圈的寄生电容，增强线圈对瞬时过电压的而授能力。

　　6. 1/4波长短路器

　　1/4波长短路器是根据雷电波的频谱分析和天馈线的驻波理论所制作的微波信号浪涌保护器，这种保护器中的金属短路棒长度是根据工作信号频率（如900MHZ或1800MHZ）的1/4波长的大小来确定的。此并联的短路棒长度对于该工作信号频率来说，其阻抗无穷大，相当于开路，不影响该信号的传输，但对于雷电波来说，由于雷电能量主要分布在n+KHZ以下，此短路棒对于雷电波阻抗很小，相当于短路，雷电能量级被泄放入地。

　　由于1/4波长短路棒的直径一般为几毫米，因此耐冲击电流性能好，可达到30KA（8/20μs）以上，而且残压很小，此残压主要是由短路棒的自身电感所引起的，其不足之处是工频带较窄，带宽约为2%～20%左右，另一个缺点是不能对天馈设施加直流偏置，使某些应用受到限制。

SPD的基本电路

　　浪涌保护器的电路根据不同需要，有不同的形式，其基本元器件就是上面介绍的几种，一个技术精通的防雷产品研究工作者，可设计出五花八门的电路，好似一盒积木可搭出不同的结构图案。研制出既有效又性能价格比好的产品，是防雷工作者的重任。

编辑本段二、浪涌保护器（也称防雷器）的分级防护

　　由于雷击的能量是非常巨大的，需要通过分级泄放的方法，将雷击能量逐步泄放到大地。级防雷器可以对于直接雷击电流进行泄放，或者当电源传输线路遭受直接雷击时传导的巨大能量进行泄放，对于有可能发生直接雷击的地方，必须进行CLASS—I的防雷。第二级防雷器是针对前级防雷器的残余电压以及区内感应雷击的防护设备，对于前级发生较大雷击能量吸收时，仍有一部分对设备或第三级防雷器而言是相当巨大的能量会传导过来，需要第二级防雷器进一步吸收。同时，经过级防雷器的传输线路也会感应雷击电磁脉冲辐射LEMP，当线路足够长感应雷的能量就变得足够大，需要第二级防雷器进一步对雷击能量实施泄放。第三级防雷器是对LEMP和通过第二级防雷器的残余雷击能量进行保护。

1、级保护

　　目的是防止浪涌电压直接从LPZ0区传导进入LPZ1区，将数万至数十万伏的浪涌电压限制到2500—3000V。

　　入户电力变压器低压侧安装的电源防雷器作为级保护时应为三相电压开关型电源防雷器，其雷电通流量不应低于60KA。该级电源防雷器应是连接在用户供电系统入口进线各相和大地之间的大容量电源防雷器。一般要求该级电源防雷器具备每相100KA以上的冲击容量，要求的限制电压小于1500V，称之为CLASS I级电源防雷器。这些电磁防雷器是专为承受雷电和感应雷击的大电流以及吸引高能量浪涌而设计的，可将大量的浪涌电流分流到大地。它们仅提供限制电压（冲击电流流过电源防雷器时，线路上出现的电压称为限制电压）为中等级别的保护，因为CLASS I级保护器主要是对大浪涌电流进行吸收，仅靠它们是不能完全保护供电系统内部的敏感用电设备的。

　　级电源防雷器可防范10/350μs、100KA的雷电波，达到IEC规定的防护标准。其技术参考为：雷电通流量大于或等于100KA（10/350μs）；残压值不大于2.5KV；响应时间小于或等于100ns。

2、第二级防护

　　目的是进一步将通过级防雷器的残余浪涌电压的值限制到1500—2000V，对LPZ1—LPZ2实施等电位连接。

　　分配电柜线路输出的电源防雷器作为第二级保护时应为限压型电源防雷器，其雷电流容量不应低于20KA，应安装在向重要或敏感用电设备供电的分路配电处。这些电源防雷器对于通过了用户供电入口处浪涌放电器的剩余浪涌能量进行更完善的吸收，对于瞬态过电压具有极好的抑制作用。该处使用的电源防雷器要求的冲击容量为每相45kA以上，要求的限制电压应小于1200V，称之为CLASS II级电源防雷器。一般用户供电系统做到第二级保护就可以达到用电设备运行的要求了

　　第二级电源防雷器采用C类保护器进行相—中、相—地以及中—地的全模式保护，主要技术参数为：雷电通流容量大于或等于40KA(8/20μs)；残压峰值不大于1000V；响应时间不大于25ns。

3、第三级保护

　　目的是终保护设备的手段，将残余浪涌电压的值降低到1000V以内，使浪涌的能量不致损坏设备。

　　在电子信息设备交流电源进线端安装的电源防雷器作为第三级保护时应为串联式限压型电源防雷器，其雷电通流容量不应低于10KA。

　　后的防线可在用电设备内部电源部分采用一个内置式的电源防雷器，以达到完全消除微小的瞬态过电压的目的。该处使用的电源防雷器要求的冲击容量为每相20KA或更低一些，要求的限制电压应小于1000V。对于一些特别重要或特别敏感的电子设备具备第三级保护是必要的，同时也可以保护用电设备免受系统内部产生的瞬态过电压影响。

　　对于微波通信设备、移动机站通信设备及雷达设备等使用的整流电源，宜视其工作电压的保护需要分别选用工作电压适配的直流电源防雷器作为末级保护。

4、第四级及四级以上保护

　　根据被保护设备的耐压等级，假如两级防雷就可以做到限制电压低于设备的耐压水平，就只需要做两级保护，假如设备的耐压水平较低，可能需要四级甚至更多级的保护。第四级保护其雷电通流容量不应低于5KA。

编辑本段三、浪涌保护器的分类：

1、按工作原理分：

　　1．开关型：其工作原理是当没有瞬时过电压时呈现为高阻抗，但一旦响应雷电瞬时过电压时，其阻抗就突变为低值，允许雷电流通过。用作此类装置时器件有：放电间隙、气体放电管、闸流晶体管等。

　　2．限压型：其工作原理是当没有瞬时过电压时为高阻扰，但随电涌电流和电压的增加其阻抗会不断减小，其电流电压特性为强烈非线性。用作此类装置的器件有：氧化锌、压敏电阻、抑制二极管、雪崩二极管等。

　　3．分流型或扼流型

　　分流型：与被保护的设备并联，对雷电脉冲呈现为低阻抗，而对正常工作频率呈现为高阻抗。

　　扼流型：与被保护的设备串联，对雷电脉冲呈现为高阻抗，而对正常的工作频率呈现为低阻抗。

　　用作此类装置的器件有：扼流线圈、高通滤波器、低通滤波器、1/4波长短路器等。

2、按用途分：

　　(1)电源保护器：交流电源保护器、直流电源保护器、开关电源保护器等。

　　· 交流电源防雷模块适用于配电室、配电柜、开关柜、交直流配电屏等系统的电源保护；

　　· 建筑物内有室外输入的配电箱、建筑物层配电箱；

电源型浪涌保护器

· 用于低压( 220/380VAC)工业电网和民用电网；

　　· 在电力系统中， 主要用于自动化机房、变电站主控制室电源屏内三相电源输入或输出端。

　　适用于各种直流电源系统，如：

　　· 直流配电屏；

　　· 直流供电设备；

　　· 直流配电箱；

　　· 电子信息系统柜；

　　· 二次电源设备的输出端。

　　(2)信号保护器：低频信号保护器、高频信号保护器、天馈保护器等。

　　网络信号防雷器适用范围

　　·用于10/100Mbps SWITCH、HUB、ROUTER等网络设备的雷击和雷电电磁脉冲造成的感应过电压保护； ·网络机房网络交换机防护； ·网络机房服务器防护； ·网络机房其它带网络接口设备防护；·24口集成防雷箱主要应用于综合网络柜、分交换机柜内多信号通道的集中防护

信号类电涌保护器

视频信号防雷器适用范围

　　主要用于视频信号设备点对点的协击保护，可保护各种视频传输设备免受来自信号传输线的感应雷击和电涌电压带来的危害，对相同工作电压下的RF传输同样适用。 集成式多口视频防雷箱主要应用于综合控制柜内硬盘录像机、视频切割器等控制设备的集中防护。

编辑本段安装方法

1。SPD常规安装要求

　　浪涌保护器采用35MM标准导轨安装

　　对于固定式SPD，常规安装应遵循下述步骤：

　　1）确定放电电流路径

　　2）标记在设备终端引起的额外电压降的导线，。

　　3）为避免不必要的感应回路，应标记每一设备的 PE导体，

　　4）设备与SPD之间建立等电位连接。

　　5）要进行多级SPD的能量协调

　　为了限制安装后的保护部分和不受保护的设备部分之间感应耦合，需进行一定测量。通过感应源与牺牲电路的分离、回路角度的选择和闭合回路区域的限制能降低互感，

　　当载流分量导线是闭合回路的一部分时，由于此导线接近电路而使回路和感应电压而减少。

　　一般来说，将被保护导线和没被保护的导线分开比较好，而且，应该与接地线分开。同时，为了避免动力电缆和通信电缆之间的瞬态正交耦合，应该进行必要的测量。

2。SDP接地线径选择

　　数据线：要求大于2.5mm2 ；当长度超过0.5米时要求大于4mm2。YD/T5098-1998。

　　电源线：相线截面积S≤16mm2 时，地线用S ；相线截面积16mm2≤S≤35mm2 时，地线用16mm2 ；相线截面积S≥35mm2时，地线要求S/2 ；GB 50054第2.2.9条

　　浪涌保护器的主要参数　

　　1、标称电压Un：被保护系统的额定电压相符，在信息技术系统中此参数表明了应该选用的保护

浪涌保证器

[1]

器的类型，它标出交流或直流电压的有效值。

　　2、额定电压Uc：能长久施加在保护器的指定端，而不引起保护器特性变化和激活保护元件的电压有效值。

　　3、额定放电电流Isn：给保护器施加波形为8/20μs的标准雷电波冲击10次时，保护器所耐受的冲击电流峰值。

　　4、放电电流Imax：给保护器施加波形为8/20μs的标准雷电波冲击1次时，保护器所耐受的冲击电流峰值。

　　5、电压保护级别Up：保护器在下列测试中的值：1KV/μs斜率的跳火电压；额定放电电流的残压。

　　6、响应时间tA：主要反应在保护器里的特殊保护元件的动作灵敏度、击穿时间，在一定时间内变化取决于du/dt或di/dt的斜率。

　　7、数据传输速率Vs：表示在一秒内传输多少比特值，单位：bps；是数据传输系统中正确选用防雷器的参考值，防雷保护器的数据传输速率取决于系统的传输方式。

　　8、插入损耗Ae：在给定频率下保护器插入前和插入后的电压比率。

　　9、回波损耗Ar：表示前沿波在保护设备（反射点）被反射的比例，是直接衡量保护设备同系统阻抗是否兼容的参数。

　　10、纵向放电电流：指每线对地施加波形为8/20μs的标准雷电波冲击1次时，保护器所耐受的冲击电流峰值。

　　11、横向放电电流：指线与线之间施加波形为8/20μs的标准雷电波冲击1次时，保护器所耐受的冲击电流峰值。

　　12、在线阻抗：指在标称电压Un下流经保护器的回路阻抗和感抗的和。通常称为“系统阻抗”。

　　13、峰值放电电流：分两种：额定放电电流Isn和放电电流Imax。

　　14、漏电流：指在75或80标称电压Un下流经保护器的直流电流

浪涌保护器像电力海绵一样，能够吸收危险的额外电压，防止大多数这样的电压进入您的敏感设备。电涌保护器(Surgeprotection Device)是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装置，过去常称为“避雷器”或“过电压保护器”英文简写为SPD。电涌保护器的作用是把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内，或将强大的雷电流泄流入地，保护被保护的设备或系统不受冲击而损坏。

  电涌保护器的类型和结构按不同的用途有所不同，但它至少应包含一个非线性电压限制元件。用于电涌保护器的基本元器件有：放电间隙、充气放电管、压敏电阻、抑制二极管和扼流线圈等。

  一、SPD的分类：

  1、按工作原理分：

  1．开关型：其工作原理是当没有瞬时过电压时呈现为高阻抗，但一旦响应雷电瞬时过电压时，其阻抗就突变为低值，允许雷电流通过。用作此类装置时器件有：放电间隙、气体放电管、闸流晶体管等。

  2．限压型：其工作原理是当没有瞬时过电压时为高阻扰，但随电涌电流和电压的增加其阻抗会不断减小，其电流电压特性为强烈非线性。用作此类装置的器件有：氧化锌、压敏电阻、抑制二极管、雪崩二极管等。

  3．分流型或扼流型

  分流型：与被保护的设备并联，对雷电脉冲呈现为低阻抗，而对正常工作频率呈现为高阻抗。

  扼流型：与被保护的设备串联，对雷电脉冲呈现为高阻抗，而对正常的工作频率呈现为低阻抗。

  用作此类装置的器件有：扼流线圈、高通滤波器、低通滤波器、1/4波长短路器等。

  按用途分：(1)电源保护器：交流电源保护器、直流电源保护器、开关电源保护器等。

  (2)信号保护器：低频信号保护器、高频信号保护器、天馈保护器等。

  二、SPD的基本元器件及其工作原理：

  1．放电间隙(又称保护间隙)：

  它一般由暴露在空气中的两根相隔一定间隙的金属棒组成(如图15a)，其中一根金属棒与所需保护设备的电源相线L1或零线（N）相连，另一根金属棒与接地线(PE)相连接，当瞬时过电压袭来时，间隙被击穿，把一部分过电压的电荷引入大地，避免了被保护设备上的电压升高。这种放电间隙的两金属棒之间的距离可按需要调整，结构较简单，其缺点时灭弧性能差。改进型的放电间隙为角型间隙，它的灭弧功能较前者为好，它是*回路的电动力F作用以及热气流的上升作用而使电弧熄灭的。

  2．气体放电管：

  它是由相互离开的一对冷阴板封装在充有一定的惰性气体(Ar)的玻璃管或陶瓷管内组成的。为了提高放电管的触发概率，在放电管内还有助触发剂。这种充气放电管有二极型的，也有三极型的，

  气体放电管的技术参数主要有：直流放电电压Udc;冲击放电电压Up(一般情况下Up≈(2～3)Udc;工频而授电流In;冲击而授电流Ip；绝缘电阻R(>109Ω)；极间电容(1-5PF)

  气体放电管可在直流和交流条件下使用，其所选用的直流放电电压Udc分别如下：在直流条件下使用：Udc≥1.8U0（U0为线路正常工作的直流电压）

  在交流条件下使用：U dc≥1.44Un(Un为线路正常工作的交流电压有效值)

  3．压敏电阻：

  它是以ZnO为主要成分的金属氧化物半导体非线性电阻，当作用在其两端的电压达到一定数值后，电阻对电压十分敏感。它的工作原理相当于多个半导体P-N的串并联。压敏电阻的特点是非线性特性好（I=CUα中的非线性系数α），通流容量大（～2KA/cm2），常态泄漏电流小（10-7～10-6A），残压低（取决于压敏电阻的工作电压和通流容量），对瞬时过电压响应时间快（～10-8s），无续流。

  压敏电阻的技术参数主要有：压敏电压（即开关电压）UN，参考电压Ulma；残压Ures；残压比K(K=Ures/UN)；通流容量Imax；泄漏电流；响应时间。

  压敏电阻的使用条件有：压敏电压：UN≥[（√2×1.2）/0.7]U0（U0为工频电源额定电压）

  小参考电压：Ulma≥（1.8～2）Uac (直流条件下使用)

  Ulma≥（2.2～2.5）Uac（在交流条件下使用，Uac为交流工作电压）

  压敏电阻的参考电压应由被保护电子设备的耐受电压来确定，应使压敏电阻的残压低于被保护电子设备的而损电压水平，即(Ulma)max≤Ub/K，上式中K为残压比，Ub为被保护设备的而损电压。

  4．抑制二极管：

  抑制二极管具有箝位限压功能，它是工作在反向击穿区（图19），由于它具有箝位电压低和动作响应快的优点，特别适合用作多级保护电路中的末几级保护元件。抑制二极管在击穿区内的伏安特性可用下式表示：I=CUα，上式中α为非线性系数，对于齐纳二极管α=7～9，在雪崩二极管α=5～7。

  抑制二极管的技术参数主要有

  （1）额定击穿电压，它是指在指定反向击穿电流（常为lma）下的击穿电压，这于齐纳二极管额定击穿电压一般在2.9V～4.7V范围内，而雪崩二极管的额定击穿电压常在5.6V～200V范围内。

  （2）箝位电压：它是指管子在通过规定波形的大电流时，其两端出现的电压。

  （3）脉冲功率：它是指在规定的电流波形（如10/1000μs）下，管子两端的箝位电压与管子中电流等值之积。

  （4）反向变位电压：它是指管子在反向泄漏区，其两端所能施加的电压，在此电压下管子不应击穿。此反向变位电压应明显高于被保护电子系统的运行电压峰值，也即不能在系统正常运行时处于弱导通状态。

  （5）泄漏电流：它是指在反向变位电压作用下，管子中流过的反向电流。

  （6）响应时间：10-11s

  5．扼流线圈：扼流线圈是一个以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件，它由两个尺寸相同，匝数相同的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上，形成一个四端器件，如图15e所示，要对于共模信号呈现出大电感具有抑制作用，而对于差模信号呈现出很小的漏电感几乎不起作用。扼流线圈使用在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号（如雷电干扰），而对线路正常传输的差模信号无影响。

  这种扼流线圈在制作时应满足以下要求：

  1）绕制在线圈磁芯上的导线要相互绝缘，以保证在瞬时过电压作用下线圈的匝间不发生击穿短路。

  2）当线圈流过瞬时大电流时，磁芯不要出现饱和。

  3）线圈中的磁芯应与线圈绝缘，以防止在瞬时过电压作用下两者之间发生击穿。

  4）线圈应尽可能绕制单层，这样做可减小线圈的寄生电容，增强线圈对瞬时过电压的而授能力。

  6． 1/4波长短路器

  1/4波长短路器是根据雷电波的频谱分析和天馈线的驻波理论所制作的微波信号电涌保护器，其结构如图21所示。这种保护器中的金属短路棒长度是根据工作信号频率（如900MHZ或1800MHZ）的1/4波长的大小来确定的。此并联的短路棒长度对于该工作信号频率来说，其阻抗无穷大，相当于开路，不影响该信号的传输，但对于雷电波来说，由于雷电能量主要分布在n+KHZ以下（如图22所示），此短路棒对于雷电波阻抗很小，相当于短路，雷电能量级被泄放入地。

  由于1/4波长短路棒的直径一般为几毫米，因此耐冲击电流性能好，可达到30KA（8/20μs）以上，而且残压很小，此残压主要是由短路棒的自身电感所引起的，其不足之处是工频带较窄，带宽约为2％～20％左右，另一个缺点是不能对天馈设施加直流偏置，使某些应用受到限制。

  三、SPD的基本电路

  电涌保护器的电路根据不同需要，有不同的形式，其基本元器件就是上面介绍的几种，一个技术精通的防雷产品研究工作者，可设计出五花八门的电路，好似一盒积木可搭出不同的结构图案。研制出既有效又性能价格比好的产品，是防雷工作者的重任。

  四、电涌保护器的主要参数

  1、标称电压Un：被保护系统的额定电压相符，在信息技术系统中此参数表明了应该选用的保护器的类型，它标出交流或直流电压的有效值。

  2、额定电压Uc：能长久施加在保护器的指定端，而不引起保护器特性变化和激活保护元件的电压有效值。

  3、额定放电电流Isn：给保护器施加波形为8/20μs的标准雷电波冲击10次时，保护器所耐受的冲击电流峰值。

  4、放电电流Imax：给保护器施加波形为8/20μs的标准雷电波冲击1次时，保护器所耐受的冲击电流峰值。

  5、电压保护级别Up：保护器在下列测试中的值：1KV/μs斜率的跳火电压；额定放电电流的残压。

  6、响应时间tA：主要反应在保护器里的特殊保护元件的动作灵敏度、击穿时间，在一定时间内变化取决于du/dt或di/dt的斜率。

  7、数据传输速率Vs：表示在一秒内传输多少比特值，单位：bps；是数据传输系统中正确选用防雷器的参考值，防雷保护器的数据传输速率取决于系统的传输方式。

  8、插入损耗Ae：在给定频率下保护器插入前和插入后的电压比率。

  9、回波损耗Ar：表示前沿波在保护设备（反射点）被反射的比例，是直接衡量保护设备同系统阻抗是否兼容的参数。

  10、纵向放电电流：指每线对地施加波形为8/20μs的标准雷电波冲击1次时，保护器所耐受的冲击电流峰值。

  11、横向放电电流：指线与线之间施加波形为8/20μs的标准雷电波冲击1次时，保护器所耐受的冲击电流峰值。

  12、在线阻抗：指在标称电压Un下流经保护器的回路阻抗和感抗的和。通常称为“系统阻抗”。

  13、峰值放电电流：分两种：额定放电电流Isn和放电电流Imax。

  14、漏电流：指在75或80标称电压Un下流经保护器的直流电流

                  浪涌保护器选型

　　随着国际信息潮流的冲击、微电子科技的沸腾和通讯、计算机及自动控制技术的日新月异，建筑开始走向高品质、高功能领域，形成了一种新的建筑形式——智能建筑。由于在智能建筑中存在众多信息系统，《建筑物防雷设计规范》GB50057-94（2002年版）（以下简称《防雷规范》）提出了安装电涌保护器的相关要求，以保证信息系统的安全稳定运行，这里仅对其中使用的电涌保护器的产品选型提几点个人的看法。

　　电涌保护器从本质上看就是一种等电位连接用的材料而已，其选型就是指在不同的防雷区内，按照不同雷击电磁脉冲的严重程度和等电位连接点的位置，决定位于该区域内的电子设备采用何种电涌保护器，实现与共用接地体等电位联结。这里将从电涌保护器的放电电流Imax、持续工作电压Uc、保护电压Up、漏电流Ip、告警方式等方面进行论述。

　　按照《防雷规范》第6.4.4条规定“电涌保护器必须能承受预期通过它们的雷电流，并应符合以下两个附加要求：通过电涌时的钳位电压，有能力熄灭在雷电流通过后产生的工频续流。”即电涌保护器的钳位电压加上其两端的感应电压应与所属系统的基本绝缘水平和设备允许的电涌电压协调一致。

　　放电电流按照《防雷规范》第6.4.6条规定，在LPZOA、LPZOB与LPZ1区的交界处安装电涌保护器其放电电流计算如下：根据《防雷规范》规定的“全部雷电流的50%流入建筑物的防雷装置。另50%流入引入建筑物的各种外来导电物、电力线缆、通信线缆等设施”。

　　附录六摘要如表一：

　　首次雷击的雷电流参量、 雷电流参数 、一类防雷建筑物、二类防雷建筑物 、三类防雷建筑物 I幅值（KA）00 T1波头时间（ s）50 雷电波经建筑物引入的电力线缆、信息线缆、金属管道等分解，总配电间的低配供电线缆雷电流的分流值计算表如表二，线路屏蔽时，通过的雷电流降低到原来的30%，根据《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》YD/T5098-2001中规定的脉冲为10/350 s波形的电荷量约为8/20 s模拟雷电波波形电荷量的20陪，具体计算如下：

　　表二：供电线缆雷电流分流值表、 雷电流参数、 一类防雷建筑 、二类防雷建筑 、三类防雷建筑 I幅值（KA）00 供电线缆总分流值（kA） 33.33 25 16.67 每根电缆分流值（kA） 11.11 8.33 5.56 穿管屏蔽分流值（kA） 3.33 2.49 1.67 8/20 s波型转换值（kA） 66.6 49.8 33.4 电涌保护器放电电流（kA） 保护（建议）﹡ (kA) 二级保护（建议）﹡(kA) 40 40 40 ﹡均为放电电流电涌保护器的放电电流如表二.《防雷规范》第6.4.8条、第6.4.9条规定，在LPZ1区与LPZ2区（机房配电箱）安装的电涌保护器，其标称放电电流（额定放电电流）大于5kA，选用放电电流为40kA、标称放电电流为10kA的电涌保护器作为二级保护器。

　　2、保护电压选择保护器合适的残压固然很重要，但当电源保护器安装在低压电网中时，我们更应该考虑系统的残压，即在考虑保护器残压的同时也要考虑到电涌保护器的安装方式对系统残压的影响，设保护器如图（一）安装，因雷电波在系统中的电流平均梯度不是在首次雷击，而是在后续雷击中，如按照《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》YD/T5098-2001中规定的模块式保护器的接线端子与相线和零线之间的连接线长度应小于0.5米，其接地线的长度应小于1米的要求，在低压柜中选择合适位置，使总连接线长度小于1.0米是有可能的，因此其平均梯度、系统残压、保护器保护电压等的计算如表三（保护器保护电压选择表）。

　　表三：保护器保护电压选择表 后续雷击雷电流参数 一类防雷建筑物 二类防雷建筑 三类防雷建筑 I幅值（kA） 50 37.5 25 穿管屏蔽分流值（kA） 0.83 0.625 0.42 波头时间（ s） 3.32 2.5 1.68 1.0-1.5米连接线压降 L*di/dt（V）-2520 电源设备绝缘耐压（V） 6000 电涌保护器 保护电压（V） 2680-1020（17kA）3500-2250（12.5kA） 4320-3480（8.4kA）????由表三可以看出，电涌保护器的保护电压Up为4000V是不允许的，选择保护电压为2000V左右是合适的。电源供电到各个机房配电箱、重要用电设备、楼层配电箱时，已经经过了线缆的多次延时、解藕作用，其波头时间将远大于10微秒，雷电流能量也经过多次分流衰减，能量将小于5000A，因此每根线路的电流平均梯度=5kA/2*30%/10 s=0.075kA/ s，当电涌保护器如上图一安装时：A、B的电涌电压= UL1+Ur+UL2=0.1kV+ Ur，（设L1+L2=1.5m），因机房设备如服务器、计算机、交换矩阵等属于特殊保护设备，其耐冲击电压额定值为1500伏，此时，选择的电涌保护器的保护电压应小于1400伏，因此，二级电涌保护器的保护电压（在3-5kA下）小于1200伏是合适的。

　　3、连续工作电压Uc根据《防雷规范》第6.4.5条规定，在TN供电系统中其Uc大于1.15*220V=253伏，同时在第6.4.6条规定“在供电电压偏差超过10%以及谐波使电压幅值加大的场所，应根据具体情况对SPD提高持续耐压”，有些配电箱制造厂家只选择275V，我们认为TN供电系统持续工作电压选择275V是不合适的，其理由如下：

　　1）我们知道GB50057-94是按照IEC标准制定的，而IEC标准主要吸收的是欧美发达等国家的标准，其防雷依据主要是发达国家的电网的高质量，而我国电网质量与发达国家还存在比较大差距，尤其在故障电压、电压偏差、电压波动、电压畸变、谐波影响、三相不平衡系数等方面存在更大的差距，在某些地方供电电压超过+15%，也是正常的；

　　2）GA173-98《计算机信息系统防雷保安器》产品标准规定：电涌保护器的标称导通电压大于2.2倍的系统工作电压，即在220V工作系统中应大于484V；我们知道限压型SPD的主要元器件是压敏电阻，根据压敏电阻的分类标准中持续耐压与压敏电压（标称导通电压）关系表可以看出：压敏电压不是某一固定值，而是个范围，对比484V，我们可以得出持续耐压应大于350V。 表四：持续耐压与压敏电压（标称导通电压）关系表持续耐压UC 压敏电压（V） 压敏电压范围（V）0 0 0 0 5 0675-825 持续耐压与残压是一对矛盾体，持续耐压高，保护器的寿命高，而残压也高；持续耐压低，保护器的寿命低，而残压也低；但在5-10kA雷电流冲击下，持续耐压为350V的保护器与持续耐压为440V的保护器比较，其残压低不到100V，不会很快提高系统残压，因此我们认为选择持续耐压（如440V）比较高的保护器，以提高保护器使用寿命是合理的。

　　4、漏电流根据GA173-98《计算机信息系统防雷保护器》中第6.1.1条规定，并联型电源避雷器的漏电流应小于20A，漏电流I0越大，电涌保护器将聚集能量而发热的可能性增大，而漏电流又是随着压敏电阻的温度升高而增大的，因此，此时该压敏电阻就处于恶性循环状态，这也表明了漏电流随时间的变化率（增加率）越大，电涌保护器聚集能量将越快，从而性能会越差，保护器使用寿命下降，一般情况下，保护器的漏电流小于10A为宜。

　　5、告警方式目前能提供的告警方式共有三类，一类是遥信、遥测告警，适用于无人值守的工作场合；另一类是可视告警，通过机械设计实现告警功能，该告警方式应在雷雨过后对设施进行检查或定期检查，适用于所有的场合，也是目前使用多的告警方式；还有是声光告警，此告警方式需增加一个告警模块，目前许多建议谨慎使用。因为雷击时，有可能是声光告警模块首先被击坏而失去声光告警功能，如此时产品也正好被击坏，人们因依赖声光告警而未察觉，等第二次雷击时，雷电将会乘虚而入击坏后续保护设备。

　　6、结构形式电涌保护器的结构形式是非常重要，主要存在两种结构形式：整体式模块化设计和插拔式模块化设计。插拔式结构因存在插拔间隙而存在间隙放电，尤其在空气湿度比较大的地方，此现象将会更严重，使保护器的使用寿命降低。整体式模块化设计不存在任何间隙，同时因采用35mm导轨式安装，也方便更换。