防雷知識(shí)講座

雷害源分析及雷電防護(hù)概要

——SPD的選擇薛文安引言雷電是自然界的天氣現(xiàn)象，目前尚沒有辦法能消除和阻止雷擊放電—

危害最大的是對(duì)大地的雷閃。危害源主要是雷電流和雷電電磁脈沖。通信設(shè)備、無線電系統(tǒng)、監(jiān)控和儀表系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、電力電子系統(tǒng)等，其核心組件均為集成電路等微電子器件，對(duì)電磁脈沖（EMP）極為敏感，要求其電磁兼容（EMC）特性要好。EMP：（LEMP——雷電電磁脈沖SEMP——操作電磁脈沖ESD——靜電放電）本文旨在分析雷害源并作針對(duì)性防護(hù)。關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)GB50057-1994建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范（2000.2010年版）GB50343—2004建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范GB/Z217132008低壓交流電源（不高于1000V）中的浪涌特性GB/T21714.1—2008/IEC62305-1雷電防護(hù)第1部分：總則GB/T21714.2—2008/IEC62305-2雷電防護(hù)第2部分：風(fēng)險(xiǎn)管理GB/T21714.3—2008/IEC62305-3雷電防護(hù)第3部分：建筑物的物理損壞和生命危險(xiǎn)GB/T21714.4—2008/IEC62305-4雷電防護(hù)第4部分：建筑物內(nèi)電氣、電子系統(tǒng)DB29-58-2010雷電電磁脈沖建筑防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)（天津市）－修訂版已完成IEC62305-2010/GB/T21714-2008各部分的關(guān)系EC62305-1雷電威脅EC62305-2雷電風(fēng)險(xiǎn)

LPLPSSPM雷電防護(hù)

EC62305-3EC62305-4防護(hù)措施雷擊事件

雷電流脈沖（iimp）雷電電磁脈沖（LEMP）雷電流——前沿非常徒后沿較長能量極高的脈沖電流波

LEMP——伴隨雷電流同時(shí)產(chǎn)生的輻射電磁（脈沖）場。雷電流與LEMP是伴隨的，在一定條件下可以互相轉(zhuǎn)換。雷電流和LEMP是雷擊放電事件的不同表現(xiàn)形式：雷電流是以“路”的形式出現(xiàn)

LEMP是以“場”的形式出現(xiàn)

雷電流和LEMP是產(chǎn)生危害的根本原因。不同雷擊點(diǎn)導(dǎo)致的損害和損失D1：生命體損傷D2：物體損害D3：LEMP導(dǎo)致內(nèi)部系統(tǒng)失效L1：人身生命損失L2：對(duì)公眾服務(wù)的損失L3：文化遺產(chǎn)的損失L4：經(jīng)濟(jì)損失雷電流波形IEC測試波形：雷電流：10/350μS、1/200μS、

0.25/100μS

雷電浪涌：8/20μS雷電流頻譜范圍：低頻電磁場測試?yán)纂娏鲄?shù)1、圣薩瓦托山、（Berger，90次)

平均值：

T1=2-4μST2=10-100μS50%T2：≤75μS21次正閃：T2典型值230μS2、日本（3年間）記錄

T2平均值：50μS3、T2最大值為900μS

與一組雷電流參數(shù)值有關(guān)的序數(shù)，該組參數(shù)值與在自然界發(fā)生雷電時(shí)最大和最小設(shè)計(jì)值不被超出的概率有關(guān)。（注：雷電防護(hù)水平用于根據(jù)雷電流的一組相關(guān)參數(shù)值設(shè)計(jì)防雷措施）下附表3各LPL對(duì)應(yīng)的雷電流參數(shù)最大值表4各LPL雷電流參數(shù)的最小值及其對(duì)應(yīng)的滾球半徑雷電防護(hù)水平-LPL表3各

LPL對(duì)應(yīng)的雷電流參數(shù)最大值首次正極性脈沖LPL電流參數(shù)符號(hào)單位IIIIIIIV峰值電流IkA200150100脈沖電荷C1007550單位能量105.62.5時(shí)間參數(shù)10/350首次負(fù)極性脈沖aLPL峰值電流IkA1007550平均陡度di/dtKA/1007550時(shí)間參數(shù)T1/T21/200表3各LPL對(duì)應(yīng)的雷電流參數(shù)最大值后續(xù)脈沖LPL電流參數(shù)符號(hào)單位IIIIIIIV峰值電流IkA5037.5平均陡度200150100時(shí)間參數(shù)0.25/100長時(shí)間雷擊LPL電流參數(shù)符號(hào)單位IIIIIIIV長時(shí)間雷擊電荷C200150100時(shí)間參數(shù)s0.5雷閃LPL電流參數(shù)符號(hào)單位IIIIIIIV雷閃電荷C300225150a這種電流波形僅用于計(jì)算而非測試。表3續(xù)25參數(shù)符號(hào)單位LPLI

IIIIIIV最小峰值電流IkA351016滾球半徑rm20304560表4各LPL雷電流參數(shù)的最小值及其對(duì)應(yīng)的滾球半徑雷電流參數(shù)在LPLI

IIIIIIV0.990.980.950.950.990.970.910.84下類范列內(nèi)的概率小于表3所示的最大值大于表4所示的最小值表5雷電流參數(shù)上下限值對(duì)應(yīng)的概率LPLⅠ的防護(hù)概率是

98%；LPLⅡ的防護(hù)概率是

95%；LPLⅢ的防護(hù)概率是

86%；LPLⅣ

的防護(hù)概率是

79%；LPL是設(shè)計(jì)防雷措施（LPS、SPM）和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的依據(jù)如：LPS的滾球半徑、接閃網(wǎng)格的尺寸、引下線根數(shù)和隔距、接地極長度和類型；SPM中SPD的通流量、位置、協(xié)調(diào)配合、連接導(dǎo)體等；磁屏蔽SF；等電位連接網(wǎng)絡(luò)的阻抗等都根據(jù)不同LPL要求LPS、SPM而不同LPLLPSSPMⅠⅠⅠⅡⅡⅡⅢⅢⅢⅣⅣⅣLPL與LPS、SPM的關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)防雷分類依據(jù)GB50057-2010標(biāo)準(zhǔn)一建筑物重要性，使用性質(zhì)，發(fā)生雷擊的可能性和后果；

二、三類：預(yù)計(jì)年平均雷擊次數(shù)N=K*0.1Td*Ae二三標(biāo)準(zhǔn)LPL依據(jù)IEC62305標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ根據(jù)LPL定義的一組雷電流參數(shù)和發(fā)生的概率。峰值電流I；電荷量Q；波形T1/T2：平均陡度di/dt；雷電流發(fā)生概率等ⅡⅢⅣIEC62305的LPL(LPS)與GB50057防雷分類的比較GB50057-2010標(biāo)準(zhǔn)的分類是根據(jù)建筑物需求分的，在二、三類建筑物中也引入年平均雷擊次數(shù)；IEC62305標(biāo)準(zhǔn)的分類是依據(jù)客觀的雷電特性、發(fā)生概率和建筑物自身的特性、雷電防護(hù)區(qū)等綜合因素雷電防護(hù)區(qū)LPZ雷電流參數(shù)參數(shù)超過列舉值雷擊的概率95%50%首次短雷擊后續(xù)短雷擊首次短雷擊后續(xù)短雷擊144.630125.5121240參數(shù)超過列舉值雷擊的概率11%4%1%首次短雷擊后續(xù)短雷擊首次短雷擊后續(xù)短雷擊首次短雷擊后續(xù)短雷擊1002515037.520050101001515020200統(tǒng)計(jì)值IEC62305雷電流的危害峰值電流（KA）200150100峰值電流概率1.4%4%11.8%T2概率1%1%1%組合概率≈0.1‰≈0.3‰≈1‰雷電流發(fā)生的概率：雷電流的危害雷擊中建筑物（構(gòu)筑物）S1和服務(wù)設(shè)施S3時(shí)會(huì)產(chǎn)生以下效應(yīng)：——與有關(guān)、與半值時(shí)間T2有關(guān)雷電流的危害20mADZ當(dāng)概率為1%時(shí)（200KA）首次短雷擊時(shí)后續(xù)短雷擊時(shí)地面反擊電壓U仍是一個(gè)脈沖擊電壓，這個(gè)電壓值是很高的。引下線周圍有很強(qiáng)的LEMP。LEMP的危害

雷電流通道周圍形成輻射電磁場（產(chǎn)生了LEMP），近場的影響主要是磁場。雷擊中建筑物（構(gòu)筑物）S2和服務(wù)設(shè)施S4鄰近區(qū)域時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生LEMP。

LEMP通過耦合對(duì)敏感設(shè)備產(chǎn)生危害：LEMP的危害LEMP的危害主要為傳導(dǎo)耦合和輻射耦合：傳導(dǎo)耦合：

a）阻抗耦合b）靜電感應(yīng)耦合c）電磁感應(yīng)耦合d）電容耦合

輻射耦合：近場、遠(yuǎn)場

雷電電磁脈沖的能量通過空間并以電磁場的形式耦合到潛在敏感設(shè)備。LEMP的危害近場：在回路中的感應(yīng)電壓舉例：當(dāng)概率為1%時(shí)首次后續(xù)首次后續(xù)首次后續(xù)LEMP的危害T1、T2區(qū)間的di/dt的比值LEMP的危害

在沒有任何屏蔽和浪涌保護(hù)的情況下，有95%概率發(fā)生雷擊電流值對(duì)供電回路或控制回路產(chǎn)生高達(dá)26.4KV（57.1KV）的感應(yīng)浪涌電壓，足夠損壞電氣設(shè)備。而對(duì)信號(hào)、數(shù)據(jù)線路，7.92V（17.8V）和33V（72V）的感應(yīng)浪涌電壓也足以干擾其設(shè)備的正常工作，使微電子設(shè)備永久損壞。LEMP的危害對(duì)元器件損壞門限電平退化電平運(yùn)行紊亂（瞬時(shí)過電壓、能量）LEMP的危害磁場強(qiáng)度對(duì)計(jì)算機(jī)（微電子系統(tǒng)）的危害判據(jù)永久損壞：2.4高斯→191A/m誤動(dòng)作：0.03高斯→2.39A/m磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝μH

其中：μ0

＝4π×10－7H/mH—磁場強(qiáng)度A/m

14KA雷電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大于2.4高斯的距離≤12米，大于0.03高斯的距離≤1000米。

200KA雷電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大于2.4高斯的距離≤180米，大于0.03高斯的距離≤14000米。

LEMP的危害遠(yuǎn)場：

不同損害類型產(chǎn)生的損失類型和風(fēng)險(xiǎn)雷電綜合防護(hù)措施LPZ雷電防護(hù)系統(tǒng)（LPS）接閃器（針、網(wǎng)、帶）引下線共用接地裝置雷電防護(hù)LEMP防護(hù)系統(tǒng)（SPM）外部LPS內(nèi)部LPS電氣絕緣雷電等電位連接SPD合理布線隔離界面三維屏蔽體線纜屏蔽搭接網(wǎng)絡(luò)-接地母排雷電綜合防護(hù)——LPS雷電防護(hù)系統(tǒng)（LPS）——防止或減少實(shí)體損害

LPS主要的作用是針對(duì)極高能量的雷電流產(chǎn)生的損害，防止或減少實(shí)體的損害和生命損害。

LPS由外部LPS和內(nèi)部LPS組成。外部LPS——LPS截獲擊向建筑物的直擊雷（包括側(cè)擊雷）把雷電流從雷擊點(diǎn)引導(dǎo)到地并泄放入大地，要求不引起熱和機(jī)械損害，不產(chǎn)生危險(xiǎn)火花觸發(fā)火災(zāi)和爆炸。內(nèi)部LPS——避免由于雷電流在外部LPS或建筑物內(nèi)其他導(dǎo)電部件流動(dòng)時(shí)，導(dǎo)致建筑物內(nèi)產(chǎn)生危險(xiǎn)火花觸發(fā)火災(zāi)和爆炸。外部LPS增加了被雷擊的概率增強(qiáng)了LEMP的強(qiáng)度。內(nèi)部LPS的防護(hù)措施說明：

1、部件之間的電氣絕緣：隔距S=(Ki/Km)*Kc*L

Ki與LPS類別有關(guān)

Km與絕緣材料有關(guān)

Kc

與引下線數(shù)目有關(guān)

2、雷電等電位連接：連接導(dǎo)體（在電氣不連續(xù)時(shí)）加裝SPD（在直接連接不可行時(shí)）

ISGs(SPD)（在直接連接不允許時(shí)）注：SPD用于內(nèi)部系統(tǒng)和線路中；ISGs的SPD用在煤氣管、水管橋接等處。結(jié)論：當(dāng)電氣絕緣達(dá)不到要求時(shí)，再進(jìn)行等電位連接。雷電綜合防護(hù)——SPMLEMP的提出：微電子技術(shù)的發(fā)展（電氣、電子系統(tǒng)）LEMP防護(hù)系統(tǒng)就是要對(duì)剩余的雷電流和感應(yīng)產(chǎn)生的雷電流形成的浪涌和輻射的電磁場進(jìn)行防護(hù)。LPMS通常稱為感應(yīng)雷防護(hù)或內(nèi)部防雷。對(duì)建筑物和公共設(shè)施的理想防護(hù)應(yīng)將受保護(hù)目標(biāo)封閉在一個(gè)完善導(dǎo)電的適當(dāng)厚度的接地的連續(xù)的屏蔽體內(nèi)。加裝SPD。設(shè)備之間等電位連接和接地。公共設(shè)施進(jìn)入建筑物的進(jìn)入點(diǎn)處和屏蔽體之間應(yīng)提供足夠的等電位連接。以上措施組成LPZ合理布線。設(shè)備放置在電磁場強(qiáng)度最弱的地方。拆除冗余的任何金屬管線。防護(hù)只能達(dá)到接近理想狀態(tài)，因?yàn)樵趯?shí)踐中，建筑物和公共設(shè)施不可能完全封閉在連續(xù)的和/或足夠厚度的屏蔽體內(nèi)。具體問題具體分析。d僅采用協(xié)調(diào)配合好的浪涌保護(hù)器保護(hù)注：設(shè)備得到防線路導(dǎo)入電涌的保護(hù)，U2<<U0和I2<<I0，但不需防H0輻射磁場的保護(hù)）GB50057的圖6.2.2:防雷擊電磁脈沖就引用了此系列圖SPM完全的SPM僅采用“協(xié)調(diào)配合的SPD防護(hù)”的SPM從上圖可說明部分雷電流是來自于線路即S3（供電線或信號(hào)線）GB50057－2010中6.3.4、2引用的雷電流參量估算的公式是4.2.4－6式即S1，說明4.2.4－6式是由雷擊建筑物引起的。以上兩點(diǎn)是互相矛盾的。部分雷電流的來源（S1，S3？）屏蔽體的衰減系數(shù)曲線

可對(duì)線路采取措施：采用屏蔽線，穿鐵管，等電位連接等。屏蔽體內(nèi)部不同位置磁場強(qiáng)度SPM與LPS的關(guān)系LPS結(jié)構(gòu)確定了雷擊點(diǎn)、主泄流通道與被保護(hù)對(duì)象的關(guān)系雷擊概率P與雷擊點(diǎn)的高度（外部LPS－避雷針）平方成正比，即避雷針越高，遭受雷擊的概率越大。P=0.015TK1K2h2×10－4（次/年）

式中，

T

－

年雷暴次數(shù)（天/年）

K1

－落雷不均勻次數(shù)，易受雷擊建筑物

K1＝2.0K2

－建筑物材料影響系數(shù)，含金屬材料

K1＝1.5

h

－

避雷針的高度（m）被保護(hù)對(duì)象與雷電流泄放通道的關(guān)系：

被保護(hù)回路感應(yīng)的電壓與主泄流通道（引下線）和被保護(hù)回路之間距

離成反比，即距離越近感應(yīng)電壓越高。

被保護(hù)對(duì)象處的磁場強(qiáng)度與泄放通道之間的距離成反比，即距離越近磁場強(qiáng)度越強(qiáng)。SPM與LPS的關(guān)系LPS與LPMS共用自然構(gòu)件影響LPMS的功效

雷擊中建筑物的接閃器，作為共用自然構(gòu)件的引下線成為主泄放雷電流的通道，這會(huì)在引下線上產(chǎn)生很高的壓降并在引下線四周即在屏蔽體內(nèi)空間產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場，越靠近引下線磁場越強(qiáng)。磁場在屏蔽內(nèi)傳播，反射條件滿足時(shí)也會(huì)產(chǎn)生振蕩和諧振。這樣屏蔽體內(nèi)電磁環(huán)境將會(huì)變惡劣，LPMS的屏蔽效能失去了作用。SPM與LPS的關(guān)系

LPMS對(duì)LPS結(jié)構(gòu)的要求要求外部LPS接閃器的高度越低越好，盡量降低建筑物、構(gòu)筑物遭雷擊的概率。LPS的主放電導(dǎo)體（引下線）不應(yīng)穿透或埋入建筑物，LPS的屏蔽層與LPS的部件在公用接地裝置之上不應(yīng)相連。如果LPS和LPMS共用自然構(gòu)件就應(yīng)采用多根對(duì)稱的鋼筋作為引下線，以減小通過每根引下線雷電流的峰值，達(dá)到減少引下線的壓降并減小屏蔽體內(nèi)的磁場強(qiáng)度或?yàn)楸槐Ｗo(hù)對(duì)象建立第二層屏蔽層。減少等電位連接網(wǎng)的阻抗和共用接地裝置的阻抗，使雷電流和浪涌電流盡快的耗散。主泄放導(dǎo)體（引下線）接地點(diǎn)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離等電位連接接地點(diǎn)接入公共接地裝置。SPD的定義SPD：Surgeprotectivedevice為限制瞬態(tài)過壓并轉(zhuǎn)移浪涌電流所用的器件，它至少含有一個(gè)非線性元件SPD的功用：SPD分流浪涌電流抑制浪涌電壓SPD的作用是將電氣、電子系統(tǒng)中的不能直接用導(dǎo)體進(jìn)行等電位連接的帶電導(dǎo)體通過SPD進(jìn)行瞬態(tài)準(zhǔn)等電位連接SPD與屏蔽體和等電位連接構(gòu)筑雷電防護(hù)區(qū)（LPZ）

把進(jìn)出屏蔽體的帶電導(dǎo)體（電源線、信號(hào)線）用SPD進(jìn)行瞬態(tài)等電位連接。SPD與三維屏蔽體和等電位連接共同構(gòu)筑了LPZ，SPD是LPZ劃界的重要部件。SPD的比較SG——間隙放電型MOV——金屬氧化可變電阻TVS——瞬態(tài)抑制二極管SGMOVTVS通流量（KA）大中（0.1-100）小(0.5-5)泄電流無小很小續(xù)流有無無響應(yīng)時(shí)間100ns25ns10ns寄生電容小大大電壓保護(hù)水平高，離散性大(2-4KV)中，（1.2-2.8KV）低，(0.6KV)老化現(xiàn)象有有漸進(jìn)劣化無安全性電離時(shí)產(chǎn)生火花，有氣體有熱脫扣裝置安全遙控監(jiān)測接口無有有可靠性差（不穩(wěn)定）中高SPD的比較：SPD的選擇SPD的選擇（一）SPD的電壓保護(hù)水平

Up

Up—規(guī)定標(biāo)稱放電電流（In）時(shí)的SPD兩端的殘壓相應(yīng)的優(yōu)選值。Up必須小于或等于被保護(hù)設(shè)備的定額沖擊耐受電壓Uw.通常為

1.2Up≤UwSPD的有效保護(hù)電壓Upf＝Up+ΔU，ΔU為線路壓降。

低壓供電系統(tǒng)：Uw表征了系統(tǒng)耐受沖擊過電壓的絕緣性能。

通信線路和微電子器件：Up為工作電壓的2.5～3倍。

表1集成電路的沖擊耐受電壓集成電路沖擊位置沖擊耐受電壓（V)MC14880輸出端60MC14891輸入端22－24J274輸出～地22－24J275輸入～地31SPD有效電壓保護(hù)水平的選擇

IEC62305標(biāo)準(zhǔn)UP/F=Up+△UUD/F=max(Up,△U)UP/F≤UW(長度忽略)UP/F≤0.8UW

（l<10m)UP/F=(UW-Ui)/2（l>10m)

GB50057-2010標(biāo)準(zhǔn)UP/f=Up+△UUp/f=Up或Up/f=△UUP/f≤UW(有屏蔽l<5m,無屏蔽l<10m）UP/f≤(UW-Ui)/2（l>10m)UP/f≤UW/2（有屏蔽)設(shè)備位置電源處的設(shè)備配電線路和最后分支線路的設(shè)備用電設(shè)備特殊需要保護(hù)的設(shè)備耐沖擊電壓類別Ⅳ類Ⅲ類Ⅱ類Ⅰ類耐沖擊電壓額定值UW(KV)642.51.5Ⅰ類——含有電子電路的設(shè)備，如計(jì)算機(jī)、有電子程序控制的設(shè)備Ⅱ類——含家用電器和類似負(fù)荷Ⅲ類——如配電盤、斷路器，包括線路、母線、分線盒、開關(guān)、插座等固定裝置的布線系統(tǒng)，以及應(yīng)用于工業(yè)的設(shè)備和永久接至固定裝置的固定安裝的電動(dòng)機(jī)等的一些其他設(shè)備Ⅳ類——如電氣計(jì)量儀表、一次性過流保護(hù)設(shè)備、慮波器。建筑物內(nèi)220/320V配電系統(tǒng)中設(shè)備絕緣耐沖擊電壓額定值SPD的選擇SPD的選擇（二）SPD的放電電流當(dāng)直擊雷擊中實(shí)體和線路（低壓系統(tǒng)、通信線路）應(yīng)選Iimp(10/350μS)測試的SPD。在LPZ0B(LPZ1或更高的防護(hù)區(qū)）之內(nèi)的各種線路浪涌主要來自LEMP感應(yīng)產(chǎn)生的，就應(yīng)選用In（8/20μS）測試的SPD或用組合波（1.2/50μS，

8/20μS）測試的SPD。不同條件下低壓系統(tǒng)和通信線纜雷電流浪涌預(yù)計(jì)值（見下頁表格）

雷擊線路（低壓供電線路）S3雷電流的預(yù)期值

雷電流雙向分配，絕緣擊穿，50%泄入大地。假設(shè)供電線路為TN-C系統(tǒng):三相加中線。例如：每相的沖擊雷電流如下式：Iimp=0.5I/2mTN-C:m＝4;I＝200KAIimp=12.5KATN-S:m＝5;I＝200KAIimp=10KA

見62305－1表E.2和50057條文中的表5:預(yù)期雷擊的電涌電流.第一類防雷建筑雷電流為10KA.這就是4.2.3:2;可能還有4.2.4:8；4.3.7:4、5雷擊建筑物S1在引下線、接地裝置會(huì)產(chǎn)生高壓。采取內(nèi)部雷電防護(hù)系統(tǒng)（內(nèi)部LPS）來防護(hù)。內(nèi)部LPS的作用：防止由于雷電流流過外部LPS或建筑物的其他導(dǎo)電部件時(shí)在建筑物內(nèi)產(chǎn)生危險(xiǎn)火花；外部LPS與內(nèi)部系統(tǒng)、外部導(dǎo)電部件和與建筑物連接的線路之間產(chǎn)生火花；防護(hù)措施：部件之間電氣絕緣（隔距S）；雷電等電位連接

1、第一類建筑物SPD，I類試驗(yàn)（Iimp)的每一保護(hù)模式的沖擊電流值

Iimp=0.5I/nm（4.2.4－6）例：此時(shí)I取200KA，n＝3，m＝4，Iimp=8.33kA4.2.4的9、(11)

、

13和14條；2、第二類建筑物如標(biāo)準(zhǔn)中4.3.8的6、(7)、9；此時(shí)I取150KA3、第三類建筑物如標(biāo)準(zhǔn)中4.4.7的2、(3)、5

；此時(shí)I取100KA以上條文中都用到了4.2.4－6式雷擊建筑物S1雷電流的預(yù)期值（GB50057-2010標(biāo)準(zhǔn)）幾個(gè)關(guān)注的問題：因?yàn)?0057要求Up<2.5kv,Iimp>12.5(10)KA給SPD的選擇提出了挑戰(zhàn)：12.5KA10/350us波形的雷電流是否具有比80KA8/20uS的波形的雷電流更大的破壞力？8081020200t(μs)I(kA)12.50

U1/U2=6.4～8（倍）而造成設(shè)備損壞的最終原因是高電壓擊穿，所以一般而言80KA8/20us的雷電流更容易擊穿電子設(shè)備，造成破壞和損失。

——比如用于摧毀敵方電子通信系統(tǒng)的電磁炸彈，其總的能量小于雷電，但其波形卻具有更加陡峭的上升沿，對(duì)設(shè)備破壞力極大，就是基于同樣的原理。uRLi

I級(jí)試驗(yàn)的電涌保護(hù)器，是否等同于電壓開關(guān)型電涌保護(hù)器？

前者是試驗(yàn)方法，后者是放電元件的結(jié)構(gòu)。雖然某些開關(guān)型電涌保護(hù)器可以承受I級(jí)試驗(yàn)，但I(xiàn)級(jí)試驗(yàn)的電涌保護(hù)器＝開關(guān)型電涌保護(hù)器不等同于也就是說，通過I級(jí)試驗(yàn)（10/350us波形，雷電流峰值12.5KA）的SPD強(qiáng)調(diào)的是通過SPD的電荷量，即SPD本身承受大電流而不損壞的能力，而并非保護(hù)設(shè)備的能力而以前通常用于總配電的II級(jí)試驗(yàn)（8/20us波形，雷電流峰值80～100KA）的SPD，則具有更加快速的響應(yīng)。電壓開關(guān)型電涌保護(hù)器在使用中存在的隱患電壓開關(guān)型SPD通常采用氣體間隙作為雷電流的放電通道，采用可控硅的開關(guān)型器件承受功率很小，一般不能用于電源SPD。所以現(xiàn)在的電源類開關(guān)型SPD就是氣體間隙型SPD。使用氣體間隙作為放電通道存在如下問題：a、響應(yīng)時(shí)間慢由于要電離空氣或其它氣體，需要更長的響應(yīng)和導(dǎo)通時(shí)間，這時(shí)，入侵的雷電流早就越過SPD并可能到達(dá)和損壞后面的設(shè)備了。

——根據(jù)某些產(chǎn)品樣本顯示，其電壓開關(guān)型SPD的響應(yīng)時(shí)間是1uS，以雷電波150m/uS的傳輸速度，將損壞后續(xù)設(shè)備，并使第一級(jí)SPD旁路了。b、有電弧產(chǎn)生

對(duì)于空氣間隙型的產(chǎn)品而言，將不可避免地出現(xiàn)電弧溢出，這對(duì)于附近的其它電氣設(shè)備而言是危險(xiǎn)的。

c、沒有損壞指示間隙型SPD沒有損壞指示，這就造成今后維護(hù)不便，安裝后沒有專門設(shè)備無法檢測是否還可以起到作用。d.存在續(xù)流問題

所謂開關(guān)型就是相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)，當(dāng)其導(dǎo)通時(shí)具有很低的電阻，相當(dāng)于瞬時(shí)短路，見下圖

由于工頻電壓時(shí)刻作用于線路和SPD之上，可能造成續(xù)流不能斷開，引起跳閘甚至引發(fā)火災(zāi)。由于續(xù)流和保護(hù)電壓是一對(duì)矛盾，為避免續(xù)流間隙型SPD一般Up就非常大。為降低Up增加一些附屬裝置，可降低Up至2.5kV以下。但是仍然無法解決a、b、c、d所述問題，而且附屬裝置本身容易損壞。結(jié)論In值(8/20)的選擇——在實(shí)際使用中，用等于預(yù)期雷電流值選擇SPD是不合理的，實(shí)際安裝后，由于浪涌反復(fù)、長期出現(xiàn)，SPD將很快損壞。系統(tǒng)將很快處于沒有SPD保護(hù)的狀態(tài)；——SPD的通流量是對(duì)抗其劣化的儲(chǔ)備所以SPD，特別是II級(jí)試驗(yàn)的SPD，其選擇值不能等同于預(yù)期雷電流的大小，應(yīng)超過預(yù)期雷電流一定的量值，否則不僅不安全，而且后期維護(hù)成本太高。In值的選擇（例如In=20KA

的SPD，經(jīng)受20KA的沖擊電流20次損壞；若In=80KA的SPD，經(jīng)受20KA沖擊可能為3000次）作為后備保護(hù)的斷路器和熔斷器等器件，由于基本不存在劣化問題，只要能夠通過預(yù)期雷電流就可以了。（參見IEC62305－4附錄D）按照50057－2010版新規(guī)范選擇SPD的難點(diǎn)

從上所述可以看出，由于規(guī)范強(qiáng)調(diào)了對(duì)雷電流的直接侵入的防范，處于總電源的SPD應(yīng)能夠通過I級(jí)試驗(yàn)是強(qiáng)條，但在實(shí)際使用通過I級(jí)試驗(yàn)的開關(guān)型SPD時(shí)，如上所述，存在很大的使用風(fēng)險(xiǎn)，并且，由于氣體間隙型的SPD響應(yīng)速度慢的缺陷，使其難以保護(hù)設(shè)備承受來自空間的雷擊電磁場的沖擊。這是規(guī)范給我們防雷實(shí)踐者提出的新課題。解決之道：1.可通過I級(jí)和II級(jí)實(shí)驗(yàn)的MOV產(chǎn)品通過試驗(yàn)和國家雷電實(shí)驗(yàn)室的測試，證明CPM-R100T可以滿足上述要求，限壓型，響應(yīng)速度可達(dá)到25ns，快于開關(guān)型4－10倍可以同時(shí)通過II級(jí)實(shí)驗(yàn)In＝100kA8/20us和I級(jí)實(shí)驗(yàn)Iimp＝15kA10/350usUp小于2.4KV的測試。沒有續(xù)流沒有電弧產(chǎn)生具有損壞指示解決之道：2.可通過I級(jí)和II級(jí)實(shí)驗(yàn)的組合型產(chǎn)品為取得更高的通流量（10/350us）和更低的Up值，同時(shí)能夠避免開關(guān)型SPD響應(yīng)速度慢，電弧溢出等問題，開發(fā)了開關(guān)型與限壓型組合的新型SPD：CPM-K100,其特點(diǎn)為：響應(yīng)速度與限壓型相同，達(dá)25ns;

沖擊電流Iimp可達(dá)40KA（10/350us）限制電壓Up可達(dá)1.5kV

限壓器件具有損壞指示沒有電弧溢出無續(xù)流解決之道：3.可通過I級(jí)實(shí)驗(yàn)的電子觸發(fā)的氣體間歇開關(guān)型產(chǎn)品響應(yīng)速度：1μs，I級(jí)實(shí)驗(yàn)Iimp＞15kA10/350usUp小于1KV的測試。解決之道：4.可通過I級(jí)實(shí)驗(yàn)的雙端口組合型產(chǎn)品可以同時(shí)通過II級(jí)實(shí)驗(yàn)In＝100kA8/20us和I級(jí)實(shí)驗(yàn)Iimp＝15kA10/350us。Up小于800V的測試。響應(yīng)速度可達(dá)到10ns，SPD的選擇SPD的選擇（四）

SPD的響應(yīng)時(shí)間tA

tA是SPD選擇時(shí)的一個(gè)重要參數(shù)，特別是在信號(hào)線路中更為關(guān)鍵。

常用的SPD響應(yīng)時(shí)間開關(guān)型（SG）的為100ns，限壓型（MOV）為25ns，TVS為10ns。通常SG、MOV的SPD只用于低壓供電線路中。貼近電子設(shè)備在信號(hào)線路中的SPD應(yīng)選取tA更小的TVS或其他半導(dǎo)體抑制器件，（例如雪崩二極管SAS）。SPD的響應(yīng)時(shí)間在級(jí)間配合中也很重要，現(xiàn)有很多標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定第一級(jí)開關(guān)型SPD與第二級(jí)限壓型SPD的間距大于10m來保證在浪涌傳到第二級(jí)之前第一級(jí)必須導(dǎo)通放電，否則第二級(jí)將承受全部的浪涌。

信號(hào)SPD的選擇SPD的選擇（五）信號(hào)SPD的選擇根據(jù)：防護(hù)等級(jí)、工作頻率范圍、接口形式、傳輸速率、功率選用原則：插入損耗小、電壓駐波比小、頻率特性采用通流量適配SPD，必要時(shí)選擇SPD組。

信號(hào)SPD一般安裝于設(shè)備前端?？稍诰€檢測型信號(hào)SPD——CPI。SPD的安裝SPD的安裝（一）SPD的安裝位置

MB、SB、SA——浪涌來源于外部貼近被保護(hù)設(shè)備前——最有效在總電源輸入端——最經(jīng)濟(jì)在LPZ的分界處——最可靠

GB50057-2010標(biāo)準(zhǔn)：SPD的選擇類型按標(biāo)準(zhǔn)6.4.5（第4章的規(guī)定）

后附：圖D1

J1.2-5（p92）的注解5－Ⅰ級(jí)實(shí)驗(yàn)的浪涌保護(hù)器。而62305－4的圖D.1的注解5－Ⅰ或Ⅱ類實(shí)驗(yàn)的浪涌保護(hù)器IEC62305標(biāo)準(zhǔn)：1）在建筑物入口處（LPZ1邊界，MB上）LPZ0A-LPZ1邊界用(Iimp)一類測試的SPDLPZ0B-LPZ1邊界用(In)二類測試的SPD2)靠近被保護(hù)設(shè)備（LPZ2，SB,SA上）用(In)二類測試的SPD用三類組合型Uoc測試的SPD注：SPD靠近建筑物外線入口，SPD保護(hù)的設(shè)備數(shù)量多（經(jīng)濟(jì)效益）

SPD靠近被保護(hù)設(shè)備，則保護(hù)設(shè)備效果好（技術(shù)得益）

SPD的協(xié)調(diào)配合（上、下游、設(shè)備之間）

SPD的安裝SPD的安裝(二）振蕩保護(hù)距離lpo

當(dāng)SPD與被保護(hù)設(shè)備間線路太長，傳播中浪涌會(huì)產(chǎn)生振蕩。最嚴(yán)酷時(shí)設(shè)備終端過電壓為2Up。2Up可能會(huì)大于Uw。

為了使設(shè)備終端過電壓仍小于Uw就要限制SPD到設(shè)備間線路最大的長度，這個(gè)長度就是振蕩保護(hù)距離lpo。

當(dāng)Upf＜Uw/2時(shí),lpo可以無限長；

當(dāng)Upf＞Uw/2時(shí)，lpo＝〔Uw-Upf〕/K(m)；其中K=25(V/m)SPD的安裝SPD的安裝(三）感應(yīng)保護(hù)距離lpi

感應(yīng)保護(hù)距離lpi是SPD與被保護(hù)設(shè)備間的最大長度，保證其感應(yīng)過電壓加上Up小于設(shè)備的Uw。

lpi的估算公式：

lpi＝〔Uw-Upf〕/h(m)h=300K1×K2×K3（V/m）

雷擊建筑物附近；

h=30000K0×K2×K3（V/m）雷擊中建筑物；K1：LPZ0-LPZ1界面LPS或其他空間屏蔽；K2：LPZ1-LPZ2或更高界面的空間屏蔽；K3：內(nèi)部布線的特性；K0：

LPZ0-LPZ1界面LPS屏蔽；K0：＝0.5×W0.5W為柵格寬度；K0=KC

無柵格時(shí)：KC分流系數(shù)。電源第一級(jí)SPD選擇SPD的安裝(四）有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求：GB50057-94（2010年版）：LPZ0-LPZ1，選用≥12.5KA（10/350μS）或按計(jì)算值選擇。GB50343-2004：20KA（10/350μS）或80KA（8/20μS）IEC62305:在LPZ0B區(qū)之內(nèi)考慮感應(yīng)浪涌用8/20μS；在MB，可選10/350μS或8/20μS（根據(jù)能量）；YD1235.1-2（2002）：在相線與PE線間不準(zhǔn)選用開關(guān)型SPD（SG）（10/350μS）。FAA-STD-19D：空管中心、MB選用≥80KA（8/20μS）AS1768-1991、NZS1768-1999：架空線引入，低阻抗負(fù)載20KA（8/20μS），高暴露環(huán)境70KA（8/20μS）我國電力、鐵路：選用8/20μS。日本、法國、英國、韓國：選用8/20μS。10/350μS用于：防直擊雷——等電位連接、架空線路LPZ0A-LPZ1區(qū)的界面。電源第一級(jí)SPD選擇10/350μS與8/20μS的等效換算能量相等：4.18倍近似線性計(jì)算：