浪涌保护器(SPD)的选型

SPD在设计中的应用石家庄德实防雷技术有限公司王铁山目

录

第一部分：常用防雷元件及工作原理

第二部分：常用SPD简介

第三部分：SPD设计

第四部分：公司介绍

第一部分、常用防雷元件及工作原理1.压敏电阻

2.放电管

3.放电间隙

4.抑制二极管

5.退耦器

1.1

压敏电阻（方形包封片）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。

压敏电阻的最大特点是当加在它上面的电压低于它的阀值“UN”时，流过它的电流极小，相当于一只关死的阀门，当电压超过UN时，流过它的电流激增，相当于阀门打开。利用这一功能，可以抑制电路中经常出现的异常过电压，保护电路免受过电压的损害。

1.2

压敏电阻2.1

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。气体放电管具有载流能力大、响应时间快、电容小、体积小、成本低、性能稳定及寿命长等特点;缺点是点燃电压高，在直流电压下不能恢复截止状态，不能用于保护低压电路，每次经瞬变电压作用后，性能还会下降。

2.2

放电管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。

3.

放电间隙4.1

抑制二极管（TransientVoltageSuppressor）简称TVS，是一种二极管形式的高效能保护器件。当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10的负12次方秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。由于它具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点。

4.2

抑制二极管

5.

退耦器

适用范围：本产品

适用于下列情况：1.前级防雷器为开关型，后级为限压型，两级之间线缆长度小于10米时；2.前级、后级防雷器都为限压型，两级之间线缆长度小于5米时。本产品串接于两极之间，起到能量配合的作用（即为了保证响应速度快但通流能力小的后级防雷器在工作时通过的能量不超过自身最大承受能量，并把余下的更大的能量及时交换到反应慢但通流能力大的前级防雷器上），主要用在小型机房、野外基站、单台设备等等。

产品特点：

◆以电感代替所需的导线长度，协调前后两级防雷器动作◆减少电磁感应干扰，令级间防雷器动作相响应更紧凑◆标准模块化设计，35MM导轨安装，使用方便6.几种SPD元器件原理和对比第二部分、常用SPD简介1>

模块型交流电源SPD2>电源防雷箱

3>终端型电源SPD4>

模块型直流电源SPD5>双绞线信号SPD6>控制线信号SPD7>监控系统SPD8>天馈SPD1.1.1开关型电源防雷器

------MG-50B产品特点：◆主材采用多层石墨间隙和高耐热的特氟纶隔环◆无漏流、无续流，可安装在电表前端◆无需额外加装电路熔断保护装置◆泄放能量大◆使用寿命长1.1.2开关型电源防雷器

------MG-15产品特点：◆标准模块化设计，标准35MM导轨安装，使用方便◆核心器件采用压敏电阻（MOV），通流容量大，输出残压低，响应速度快◆每只模块都设置两至三组脱扣装置，其中一组芯片老化时，其他正常的芯片可继续使用

◆外壳采用高阻燃性材料，符合电气安全要求◆可附加声光报警遥信模块1.1.3参数对比参数MG-50BMG-15额定电压Un（AC）220220最大持续工作电压Uc（AC）275385漏电流无有续流无无雷电冲击电流（10/350μs）Iimp51KA15KA响应时间tA≤100ns≤25ns电压保护水平Up≤2.0KV≤1.5KV1.2.1复合型电源防雷器

----MGBC-30产品特点：◆主材采用多层放电管，用压敏点火，通流容量大，输出残压低◆解决B级、C级之间安装空间达不到规范要求的问题，适合小机房、基站等◆并联安装，无工作瓶颈1.2.2MGBC-30技术参数

最大持续工作电压Uc（AC）385V保护水平Up≤1500V续流遮断能力Ifi100KArms雷电冲击电流（10/350μs）Iimp30KA响应时间tA≤25ns接线方式并联工作温度范围Tu-40℃…+80℃安装导线截面（多股电缆）mm2≥16（L、N）/

≥35（PE）外壳材料红色热塑玻纤材料安装尺寸（长*宽*高）mm144*90*654P1.2.3德国DEHN同类产品

---CSP1001.3.1限压型电源防雷器

.产品特点：

◆标准模块化设计，标准35MM导轨安装，使用方便◆核心器件采用高质量压敏电阻（MOV），通流容量大，输出残压低，响应速度快◆每只模块都设置两至三组脱扣装置，其中一组芯片老化时，其他正常的芯片可继续使用

◆外壳采用高阻燃性材料，符合电气安全要求◆可附加声光报警遥信模块-----B级（M-100\M-80)

1.3.2限压型电源防雷器产品特点：

◆插拔式设计，更换方便◆核心器件采用高质量压敏电阻（MOV），通流容量大，输出残压低，响应速度快◆脱扣装置隔仓式设计，确保保护器因过热过流、击穿失效时，自动脱离电网◆外壳采用高阻燃性材料，符合电气安全要求◆可附加声光报警遥信模块

-----C\D级(M-40/M-20)1.3.3参数对比参数/型号M-100M-80M-40M-20额定电压Un（AC）220220220220最大持续工作电压Uc（AC）420~385385385~320320~275标称放电电流In（8/20μs）60KA40KA20KA10KA最大放电电流Imax（8/20μs）100KA80KA40KA20KA响应时间tA≤25ns≤25ns≤25ns≤25ns保护水平Up≤2500V≤2000V≤1800V≤1500V保护空开80A63A32A16A产品特点：

◆采用多路分流技术设计，防护电平低，使用寿命长◆每片氧化锌压敏阀片都带有独立机械脱扣装置，当部分阀片损坏时，其他部分可正常使用◆设计有特殊保护电路，具有在非雷击情况下，承受较大线路电压波动的能力，解决了防雷箱自身非雷击损坏的问题，最适合日常线路电压不稳的场所使用◆通流容量大，无漏流◆3+1式结构，适用多种电路2.电源防雷箱

------耐波动、免维护、防爆、防水

产品特点：

◆同时保护电源和信号，使用方便◆核心器件采用高质量压敏电阻（MOV）和气体放电管，通流容量大，输出残压低，响应速度快◆全保护模式（共模、差模），保护精细，安全可靠◆万用输出端口，通用性强◆独立接地端子，保证接地效果◆具备接地指示，可监控保护器接地状态◆铝合金外壳，坚固、美观3.电源防雷插座

4.直流电源防雷器适用范围：

本系列产品适用于防雷区域LPZ2区至LPZ3区（D级或III级）直流电源线路的雷电及电涌防护。可用于直流5V、12V、24V、48V、110V设备的防护，如通信机房、电力调度、铁路信号、医疗精密设备、工厂自动化控制的低压配电系统.

产品特点：◆主材采用高质量气体放电管和进口半导体器件，质量稳定◆集成式设计，可同时保护8-24路信号，方便使用◆采用全保护模式（共模、差模），保护全面◆采用两级防护，保护精细，安全可靠◆通流容量大，输出残压低，插入损耗小，响应速度快◆独立接地端子，保证接地效果◆铝合金外壳，坚固、美观5.1

计算机防雷器产品特点：

◆主材采用高质量气体放电管和进口半导体器件，质量稳定◆采用全保护模式（共模、差模），保护全面◆采用两级防护，保护精细，安全可靠◆通流容量大，输出残压低，插入损耗小，响应速度快◆独立接地端子，保证接地效果◆附装专用轨道卡后，可安装于35mm轨道◆铝合金外壳，坚固、美观5.2

电话线防雷器产品特点：

◆主材采用气体放电管和进口半导体器件，质量稳定◆集成式设计，可同时保护12路信号，方便使用◆全保护模式（共模、差模），保护全面◆两级防护，保护精细，安全可靠◆通流容量大，输出残压低，插入损耗小，响应速度快◆标准19”机架式安装◆独立接地端子，保证接地效果◆铝合金外壳，坚固、美观6.1

控制线防雷器6.2控制线防雷器

适用范围：本系列产品用途广泛，适用于多种信号线路的雷电及电涌防护，如4~20mA电流环，RS485，RS422，V.24/RS232C，令牌环，工业总线，SDLC，V.11，X.27等等。产品特点：◆主材采用气体放电管和进口半导体器件，质量稳定◆全保护模式（共模、差模），保护全面◆两级防护，保护精细，安全可靠◆通流容量大，输出残压低，插入损耗小，响应速度快◆可安装于35mm轨道◆设置有线缆屏蔽层接入端口◆背面设有接地条，不需单独接地，安装简便◆环保PBT外壳，安全、美观产品特点：

◆主材采用高质量气体放电管和进口半导体器件，质量稳定◆集成式设计，可同时保护4路信号，方便使用◆采用全保护模式（共模、差模），保护全面◆采用两级防护，保护精细，安全可靠◆通流容量大，输出残压低，插入损耗小，响应速度快◆独立接地端子，保证接地效果◆铝合金外壳，坚固、美观7.1监控机房用视频防雷器

产品特点：◆主材采用高质量压敏电阻（MOV）、气体放电管和进口半导体器件，质量稳定◆集成式设计，便于安装◆电源、信号均采用全保护模式（共模、差模），保护全面◆信号部分采用两级防护，保护精细，安全可靠◆通流容量大，输出残压低，插入损耗小，响应速度快◆独立接地端子，保证接地效果◆铝合金外壳，坚固、美观7.2

摄像机防雷器7.3网络监控二合一防雷器

适用范围：本产品专门用于采用网线传输的闭路监视系统的固定式摄象机的雷电及电涌防护。可对摄象机等前端设备的电源、信号同时进行保护。产品特点：◆主材采用高质量压敏电阻（MOV）、气体放电管和进口半导体器件，质量稳定◆集成式设计，便于安装◆电源、信号均采用全保护模式（共模、差模），保护全面◆信号部分采用两级防护，保护精细，安全可靠◆通流容量大，输出残压低，插入损耗小，响应速度快◆独立接地端子，保证接地效果◆铝合金外壳，坚固、美观产品特点：

◆防雷器件采用优质气体放电管，质量稳定◆适用信号频率宽◆通流容量大，输出残压低，插入损耗小◆独立接地端子，保证接地效果◆铜制外壳，屏蔽效果好

8.

天馈防雷器第三部分：SPD设计

Standard

IEC61024ProtectionofstructuresagainstlightningStandard

IEC61312ProtectionagainstLEMPStandard

IEC61663Lightningprotection-TelecommunicationlinesTechnicalReportIEC61662AssessmentofriskofdamageduetolightningPublished:1995-04Amendment1toIEC61662Published:1996-05TechnicalReport

IEC61819/Ed.1TestparameterssimulatingtheeffectsofLPScomponentsIEC81/145/CDVForecast:2001TRPart1:GeneralprinciplesIEC61024-1Published:1990-03Section1:GuideASelectionofprotectionlevelsforlightningprotectionsystemsIEC61024-1-1Published:1993-08Section2:GuideBDesign,installation,maintenanceandinspectionoflightningprotectionsystemsPublished:1998-05Part1:GeneralprinciplesIEC61312-1Published:1995-02Part2(technicalspecification):Shieldingofstructure,bondinginsidestructureandearthingIEC61312-2TSPublished:1999-08Part3(technicalspecification):Requirementsofsurgeprotectivedevices(SPDs)IEC61312-3TSPublished:2000-07Amendment1:AnnexDCoordinationofSPDwithinexistingstructuresIEC81/150/CDForecast:2001Part4(TechnicalReport):ProtectionofequipmentinexistingstructuresPublished:1998-09Part1:FibreopticinstallationsIEC61663-1Published:1999-07Part2:LinesusingmetallicconductorsIEC81/164/FDISForecast2001Part5:ApplicationGuideIEC81/165/CDForecast:2000IEC61024-1/Ed.2Protectionofstructureagainstfire,explosionandlifehazardsIEC81/151/CDVStatus:MCRcirculatedForecast:2001IEC61662/Ed.2TSRiskduetolightningIEC81/156/CDForecast:20011.1.防雷规范-

IECTC81雷电防护国际标准体系1.2

国家及行业规范GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》

GB18802-2002《低电压配电系统的电涌保护器（SPD)》GB50174-93《电子计算机机房设计规范》GB50198-94《民用闭路监视电视系统工程技术规范》GB50348-2004《安全防范工程技术规范》GA/T670-2006《安全防范系统雷电浪涌防护技术要求》2电源SPD设计GB50343-2004[P15]3.0.1建筑物应根据建筑物重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，按防雷要求分为三类。3.0.2在可能发生对地闪击的地区，遇下列情况之一时，应划为第一类防雷建筑物：1凡制造、使用或贮存火炸药及其制品的危险建筑物，因电火花而引起爆炸、爆轰，会造成巨大破坏和人身伤亡者。......3.0.3在可能发生对地闪击的地区，遇下列情况之一时，应划为第二类防雷建筑物：1国家级重点文物保护的建筑物。......3.0.4在可能发生对地闪击的地区，遇下列情况之一时，应划为第三类防雷建筑物： 1省级重点文物保护的建筑物及省级档案馆。......2.150057-2010中的部分相关条款一类防雷建筑物（4.2.3-8）

在电源引入的总配电箱处应装设Ⅰ级试验的电涌保护器。电涌保护器的电压保护水平值应小于或等于2.5kV。每一保护模式的冲击电流值，当无法确定时，冲击电流应取等于或大于12.5kA。二类防雷建筑物（4.3.8-4）

在电气接地装置与防雷接地装置共用或相连的情况下，应在低压电源线路引入的总配电箱、配电柜处装设Ⅰ级试验的电涌保护器。电涌保护器的电压保护水平值应小于或等于2.5kV。每一保护模式的冲击电流值，当无法确定时应取等于或大于12.5kA。2.250057-2010中的部分相关条款

三类防雷建筑物（4.4.7-2）

低压电源线路引入的总配电箱、配电柜处装设I级实验的电涌保护器，以及配电变压器设在本建筑物内或附设于外墙处，并在低压侧配电屏的母线上装设I级实验的电涌保护器时，电涌保护器每一保护模式的冲击电流值，当电源线路无屏蔽层时可按本规范式（4.2.4-6）计算，当有屏蔽层时可按本规范式（4.2.4-7）计算，式中的雷电流应取等于100kA。2.350057-2010中的部分相关条款2.4

预期雷击的电涌电流GB50057-2010建筑物防雷级别闪电直接和非直接击在线路上闪电击于建筑物附近闪电击于建筑物损害源S3（直接闪击）损害源S4（非直接闪击）损害源S2（所感应的电流）损害源S1（所感应的电流）10/350μS波形（KA）8/20μS波形（KA）8/20μS波形（KA）8/20μS波形（KA）第三类52.50.15第二类7.53.750.157.5第一类1050.2102.5

50343-2004中相关条款

GB50343-2004[P9]表4.3.1建筑物电子信息系统雷电防护等级的选择表雷电防护等级电子信息系统Ａ

级1、大型计算中心、通信枢纽、国家金融中心、银行、机场、大型港口、火车枢纽站等。2、甲级安全防范系统，如国家文物、档案库的闭路电视监控和报警系统。3、大型电子医疗设备、五星级宾馆。B级1、中型计算中心、通信枢纽、移动通信基站、大型体育场（馆）监控系统、证券中心。2、乙级安全防范系统，如省级文物、档案库的闭路电视监控和报警系统。3、雷达站、微波站、高速公路监控和收费系统。4、中型电子医疗设备。四星级宾馆。Ｃ

级1、小型通信枢纽、电信局。2、大中型有线电视系统。3、三星级以下宾馆。Ｄ

级除上述Ａ、Ｂ、Ｃ级以外一般用途的电子信息系统设备。2.6

50343-2004中相关条款GB50343-2004[P17]表5.4.1-2电源线路浪涌保护器标称放电电流参数值

保护等级LPZ0区与LPZ1区交界处LPZ1与LPZ2、LPZ2与LPZ3区交界处直流电源标称放电电流（KA）第一级标称放电电流＊（KA）第二级标称放电电流第三级标称放电电流第四级标称放电电流8/20μs10/350μs8/20μs8/20μs8/20μs8/20μsA级≥20≥80≥40≥20≥10≥10B级≥15≥60≥40≥20

直流配电系统中根据线路长度和工作电压选用标称放电电≥10KA适配的SPDC级≥12.5≥50≥20

D级≥12.5≥50≥10

注：＊第一级防护使用两种波形的说明见条文说明。2.7目前市场普遍采用的设计方法

保护等级LPZ0区与LPZ1区交界处LPZ1与LPZ2、LPZ2与LPZ3区交界处直流电源标称放电电流（KA）第一级标称放电电流＊（KA）第二级标称放电电流第三级标称放电电流第四级标称放电电流8/20μs10/350μs8/20μs8/20μs8/20μs8/20μsA级≥20≥40≥20≥10≥10B级≥15≥40≥20

直流配电系统中根据线路长度和工作电压选用标称放电电≥10KA适配的SPDC级≥12.5≥50≥20

D级≥12.5≥50≥10

2.8对应设计型号

保护等级LPZ0区与LPZ1区交界处LPZ1与LPZ2、LPZ2与LPZ3区交界处直流电源标称放电电流（KA）第一级标称放电电流＊（KA）第二级标称放电电流第三级标称放电电流第四级标称放电电流8/20μs10/350μs8/20μs8/20μs8/20μs8/20μsA级MG-50BM-80M-40M-2024DP20AMB级MG-50BM-80M-40

直流配电系统中根据线路长度和工作电压选用标称放电电≥10KA适配的SPDC级MG-15M-100M-40

D级M-100M-20

2.9波形比较--10/350uS最大冲击电流Iimp（直击雷波形）2.108/20uS

标称放电电流In2.1110/350usVS8/20us10/350us8/20us

Q

10／350μs≌20Q

8／20μs3、常见信号系统防雷设计GB50343-2004[P18]表5.4.2-1信号线路（有线）浪涌保护器参数缆线类型参数要求参数名称非屏蔽双绞线屏蔽双绞线同轴电缆标称导通电压≥1.2Un≥1.2Un≥1.2Un测试波形1.2/50μs、８/20μs混合波1.2/50μs、８/20μs混合波1.2/50μs、８/20μs混合波标称放电电流（KA）≥1≥0.5≥3注：Un——最大工作电压。3.1.1计算机网络系统的SPD配置

---GB50343中第5.4.5条1进、出建筑物的传输线路上浪涌保护器的设置：1)A级防护系统宜采用2级或3级信号浪涌保护器；2)B级防护系统宜采用2级信号浪涌保护器；3)C、D级防护系统宜采用1级或2级信号浪涌保护器。各级浪涌保护器宜分别安装在直击雷非防护区（LPZ0A）或直击雷防护区（LPZOB）与第一防护区（LPZ1）、及第一防护区（LPZ1）与第二防护区（LPZ2）的交界处。2计算机设备的输入/输出端口处，应安装适配的计算机信号浪涌保护器。3.1.2计算机系统常用SPD3.2.1程控数字交换机的SPD配置

---GB50343中第5.4.4条1程控数字用户交换机及其它通信设备信号线路，应根据总配线架所连接的中继线及用户线性质选用适配的信号线路浪涌保护器。……3.2.2程控电话系统常用SPD3.3.1天馈线路的SPD配置

---GB50343中第5.4.3条……3天馈线路浪涌保护器，宜安装在收、通信设备的射频出、入端口处。4具有多付天线的天馈传输系统，每付天线应安装适配的天馈浪涌保护器。当天馈传输系统采用波导管传输时，波导管的金属外壁应与天线架、波导管支撑架及天线反射器作电气连通。并宜在中频信号输入端口处安装适配的中频信号线路浪涌保护器，其接地端应就近接地。……3.3.2天馈线路常用SPD.3.4.1火灾自动报警及消防联动

控制系统的SPD配置

---GB50343中第5.4.7条1火灾报警控制系统的报警主机、联动控制盘、火警广播、对讲通信等系统的信号传输线缆宜在进出建筑物直击雷非防护区（LPZ0A）或直击雷防护区（LPZOB）与第一防护区（LPZ1）交界处装设适配的信号浪涌保护器。2消防控制中心与本地区或城市“119”报警指挥中心之间联网的进出线路端口应装设适配的信号浪涌保护器。……3.4.2火灾