SPD选择与安装的原则

国内SPD近十年来的市场规模中国SPD行业2001-2004年市场整体年平均增长速度达不到25%；2005-2006两年市场整体增长速度均超过40%的水平；可见在近两年的整体市场增长速度相比前几年显著加快，并且增长速度也较为稳定，2006年，中国电涌保护器市场规模在14亿元左右；2007-2010年国内SPD产品市场年均增长速度已达到45%左右；预计到2011年，中国SPD市场规模将可能达到六十多亿元。SPD市场地理分布差异较大主要集中于东部经济发达雷击较频繁的南方地区，尤其是广东省、广西省、福建省、贵州省等省份，南方SPD厂商众多，竞争较为激烈，现在一些南方发达地区的二三级城市SPD的应用都已经比较普及；北方很多城市尚未开发，众多厂商在北方市场只重点开发了北京、天津、河北等北京周边地区，而东北、山西、内蒙，以及西部的大部分地区的SPD市场基本没有被开发出来。SPD主要应用领域电信、石油石化、铁路、建筑、自动化、交通、环境工程（如水处理）等领域；不同应用领域市场特点迥异，矿山、铁路、军队等应用领域对产品安全性要求高，而价格敏感度相对较弱，尽管单是铁路领域占SPD应用市场份额就接近10%，但目前没有那家厂商在中国铁路应用领域占据明显优势；国外SPD品牌厂商近几年也试图对这几大领域将会持续关注，都在寻求市场介入。目前国产SPD主要应用于电信和建筑电气两大领域，也是国内大部分SPD厂商参与瓜分的领域；在建筑电气领域，由于地方关系的影响因素较大，相对国外品牌企业来说客户开发会有一定难度；在自动化领域由于市场门槛要求较高，目前只有少数国外主流品牌。未来几年国内SPD市场发展前景分析国内市场将进一步被瓜分，各企业的市场份额会更加分散，几大品牌所占份额也将降低。目前国内SPD市场主要由中光、思博、DEHN、雷安等十多家企业占领。国外品牌将加大进入中国力度，国内企业的生产规模将进一步加大。目前，国内SPD技术进一步向世界水平靠近，出口额也将进一步增多。近几年，国内中光、雷讯等企业陆续推出新型产品，经过检测已经达到国际领先水平，并且由于成本价格相比于国际品牌有明显优势，这些企业也加强了国际市场的开发，越来越多的传统SPD强国的终端客户也主动来中国与他们洽谈合作。由于SPD市场竞争的加剧，各厂家的市场推广及营销模式都有了一定的变化，大致分为三类：第一类：由于具备很强的资源优势及集团背景，依靠防雷工程及技术，采取以技术服务为主导，渠道为辅的营销模式，如中光等；第二类：主要以新产品开发，加大产品规模，借助配套企业及行业，来拓展品牌影响力，从而增加市场份额，比如雷讯、雷安等；第三类:以集中精力于自身熟悉和有关系的领域，其它领域为辅的原则来开发市场，比如ABB、施耐德等。随着SPD市场竞争的加剧，这一行业洗牌将再所难免，单从2005到2008年来看，国内厂商几乎增加了一倍，大批民营企业，甚至一些生产开关、断路器厂商也转行投身于SPD行业，这些厂家以低价进入市场，同时伴随着参差不齐的产品。这不仅冲击了市场，其质量也难以保障，对整个行业的发展带来了不利影响，市场在不久将会洗牌清理。第一部分：

电涌保护器SPD在低压电气系统中选择和使用原则一定义：1.电压开关型SPD无电涌出现时在线SPD呈高阻状态，当线路上出现电涌且电压达到一定的值时，SPD的阻抗突然下降变为低阻的SPD。电压开关型SPD常用的元件有：放电间隙、气体放电管、晶体闸流管和三端双向可控硅元件等。有时也称这类SPD为“短路型”SPD。

2.限压型SPD无电涌出现时在线SPD呈高阻状态，随着线路上的电涌电流及电压的增加，达到一定值时SPD的阻抗跟着连续变小的SPD。限压型SPD常用的元件有金属氧化物压敏电阻、雪崩二极管等。有时也称这类SPD为“箝压型”SPD。

3.混合型SPD由开关型元件和限压型元件组合而成的SPD。随着施加的电压特性不同，SPD时而呈现开关型SPD特性，时而呈现限压型SPD特性，时而同时呈现开关型和限压型特性。

二SPD的冲击试验分类Ⅰ级分类试验：对试品进行8／20μs标称放电电流In，1.2／50μs冲击电压和最大冲击电流Iimp的试验。10/350μs波形是可能实现Iimp波形三个参数要求的波形之一。

Ⅱ级分类试验:对试品进行标称放电电流In，1.2／50μs冲击电压和最大放电电流Imax试验。Ⅰn和Imax的波形为8／20μs。

Ⅲ级分类试验:对试品进行混合波（1.2／50μs，8／20μs）试验。三SPD的主要技术数据及要求可以持续加在SPD上而不导致SPD动作的最大交流电压有效值或直流电压，等于SPD的额定电压(按表1的规定）。

2.残余电压Ur当电涌保护器导通时，其两端的电压峰值。该电压大小决定于电涌保护器电阻下降时，在其上通过的电流的大小。

3.电压保护水平UP一个表征SPD限制电压的性能参数，它指的是在标称放电电流In作用下，电涌保护器两端呈现的最大残压。它可从一系列的优选值的列表中选取，一般有：2.5；2；1.8；1.5；1.2；1.0六个等级，单位为千伏。

4.标称放电电流In流过SPD8／20μs电流波的峰值电流，主要用于II级分类试验，也用于对SPD做I级和II级分类的预试验。

5.II级分类试验的最大标称放电电流Imax流过SPD的8／20μs电流波的峰值电流，主要用于II级分类试验，Imax大于In。6.最大冲击电流Iimp由幅值电流Ipeak，电荷量Q两个参数来决定，主要用于低压电气系统的SPD的I级分类试验。冲击电流Iimp应在50μs内达到幅值Ipeak，并且在10ms内输送电荷量Q(AS)等于幅值Ipeak的二分之一，10/350μs波形是可能实现上述要求的波形之一。7.工频续流If冲击放电电流结束瞬间，流过SPD的由供电电源提供的电流。8.泄漏电流Ic指SPD在未导通下的泄漏电流。，一般都小于1mA9.导通时间（响应时间）t该时间是SPD是一个很重要的参数，它决定于所释放的雷电流能量。10.劣化现象任何设备的工作性能偏离其预定性能的非期望偏差。在SPD性能中指当SPD长时间工作或处于恶劣工作环境时，或直接承受雷击电涌而引起其性能下降、原始性能参数的改变，也称退化或老化。11.热崩溃当SPD承受的持续功率损耗超过SPD外壳和连接件的散热能力，引起内部元件温度逐渐升高，性能下降，最终导致损坏的过程。12.SPD脱离器当SPD发生故障时，一个能把SPD同电路脱开的装置。注：这种断开装置不需要具有隔离能力，它应能防止低压电气系统持续故障并可用于显示SPD故障状态。除了具有脱离器功能外，还可以具有过流保护或过热保护功能等。这些功能可由单一的或多个装置组合在一起实现。13.保护模式SPD的保护元件可以连接在低压配电系统线路的相线——相线、相线——中性线、相线——保护线、中性线——保护线之间及多种方式同时连接。这些连接方式称为保护模式。在交流配电系统中，一般将相线——相线之间的保护称为横向（差模）保护；相线（或中性线）——保护线之间的保护称为纵向（共模）保护。在直流配电系统中可分为正负极之间称为横向（差模）保护，正负极与保护线之间称为纵向（共模）保护。四SPD的选择建筑物防雷区的划分和等电位连接位置示意图(1)Iimp：每一相线及中性线或PE线之间的SPD的冲击电流值，可按GB5007中第6.3.4条“进入建筑物的各种设施之间雷电流分配”方法计算。在难于计算的情况下，则每一保护模式的Iimp值不应小于12.5kA。按照“3+1”或“1+1”接线形式安装SPD时:在三相系统中，接在中性线与PE线间的SPD的Iimp值应为接在相线与中性线间的SPD的Iimp值的四倍，即Iimp值不应小于50kA；在单相系统中，接在中性线与PE线间的SPD的Iimp值应为接在相线与中性间的SPD的Iimp值的二倍，即Iimp值不应小于25kA。 (2)UC：在低压交流配电系统中，UC的选择应符合表1的要求：(3)UP：在220/380V电气装置内SPD1的电压保护水平UPyi不应超过下游被保护设备的绝缘耐冲击过电压额定值，否则，应采用配合协调的SPD2，以确保达到要求的电压保护水平。2.SPD2的选择假如选择SPD1的UP不超过4kV，能对配电线路下游和末端电气设备进行有效箝压保护时，可仅在建筑物入口处配电柜（箱）上安装一组SPD1。如果存在如下因素之一，应考虑SPD2乃至SPD3的选择： ——SPD1的U­P（4kV）大于下游和末端设备的UW； ——SPD1与受保护设备之间距离过长（一般指线缆长度大于10m）； ——建筑物内部存在其它的干扰源产生的电磁场干扰。SPD2应安装在LPZ1区与LPZ2区交界处。 SPD2应选择Ⅱ级或Ⅲ级分类试验的产品，其主要技术参数应符合以下要求：（1）In：选用Ⅱ级分类试验的SPD时，每一相线及中性线与PE线间的SPD的标称放电电流值应符合表2的要求。当采用“3+1”或“1+1”接线形式安装SPD时，在三相系统中，接在中性线与PE线间的SPD的In值应为接在相线与中性线间的SPD的In值的四倍。在单相系统中，接在中性线与PE线间的SPD的In值应为接在相线与中性线间的SPD的In值的二倍。（2）Uc：选用Ⅱ级或Ⅲ分类试验的SPD，其最大持续运行电压值均不应低于表1中的要求。 （3)Up：SPD的UP必须低于受保护线路和设备的UW值，并应有20%的裕度，即： UP＜0.8UW 图1给出了需要增加SPD进行保护的示例。需要说明的是增加的SPD2的UP2也应小于0.8UW。图1需要增加SPD进行保护的示例五SPD的安装1.使用安装SPD的基本要求SPD的使用安装应对低压电气线路和设备起到电涌保护作用，同时不应因SPD的安装造成低压电气系统的故障和事故。因此，应分别符合如下要求： a.安装SPD之后，在无电涌发生的情况下，SPD不应对低压电气系统正常运行产生影响。 b.安装SPD之后，在有电涌发生的情况下，SPD应能承受预期通过它们的雷电流而不损坏并能箝制电涌电压和导走部分电涌电流。 c.在电涌电流通过后，SPD应迅速恢复到高阻状态，切断在工频电流作用下可能经SPD流到PE线的工频续流。d.不同交界面上各级电涌保护器，还应与其对相应的能量承受能力相一致；若线路无屏蔽时，尚应考虑环路的最大感应电压，在考虑被保护设备的绝缘耐冲击过电压时，宜其值0.8来考虑。避雷器在电源技术网络中的应用 f.SPD1安装在MEB处，SPD2与SPD3应尽量靠近被保护设备。 g.安装多级SPD时，应分别符合10m和5m的原则，否则应串接退耦装置，还应符合0.5m和30m的原则。 h.在爆炸危险场所使用的SPD,应考虑相对应的防暴等级。i.不同交界面上各级电涌保护器的响应时间:SPD1要求不大于100ns,SPD2要求不大于30ns,SPD3要求不大于10ns。j.必须考虑由于劣化现象可能产生的过电流对配电系统正常运行的影响，因此在SPD的电源侧应安装过电流保护装置（如熔断器，空气断路器，并宜带有劣化的显示功能和报警功能）。注1：如果SPD的UC值选低了，在某些地区因工频电压波动较大，可能出现SPD误动作并导致剩余电流动作保护器（RCD）误动作而造成断电事故。如将UC值选高，相应的UP值也会偏高，对设备保护不利。 注2：SPD如不能承受预期通过的雷电流（即Iimp、In），则可能发生热崩溃，不能起保护作用，还可能引发火灾事故。 注3：SPD两端连接导线过长时，导线感应电压将使有效的电压保护水平UP提高，一般，当Up超过0.8Uw时起不到保护作用。注4：使用两组（或以上）SPD时，如达不到能量配合，其中一组SPD会产生盲点，致使另一组SPD承受大部分的雷电流而损坏，同样不能达到有效的保护目的。 注5：当电涌电流通过后，SPD如不能迅速恢复高阻状态，热脱扣装置不能立即动作时，如SPD的前端没有后备过电流保护装置时，可能会造成低压电气系统运行中断及电气火灾。 注6：在TT系统中10kV经小电阻接地供电网中，如不采用“3+1”的安装模式，SPD可能因通过长时间的暂时过电压而烧毁，也会引起间接接触电击危险。2.SPD的安装模式表3给出了SPD在低压交流配电系统中的安装（或连接）模式：3.失效保护(过电流保护)模式由于组成SPD的非线性元件特征和生产厂工艺不同，主要可分为开路和短路两种形式。——开路：SPD与并联的被保护线路脱离。如果不能及时发现SPD已失效并及时更换SPD，则受保护线路和设备不能由其保护，因此SPD应带状态指示器。——短路：SPD由高阻状态变为低阻。如果不能及时切断工频续流，工频电流会流入PE线，造成间接接触电击事故，同时也可能致使供电中断，因此需要有RCD或后备过电流保护装置（如熔丝、断路器等）进行保护。六SPD与其他设备的配合SPD应与其他设备（含SPD本身的辅助装置）达到配合。1.与RCD的配合Ic是在SPD上加上UC电压时流过的电流，称持续工作电流。它不应导致人身安全事故（间接接触电击）以及对RCD正常工作的干扰。在安装RCD的时候，IC值应低于RCD上标注的额定动作电流值（I△n）的33%。RCD应能承受3kA（8/20μs）的电涌而不动作。当RCD与SPD配合使用时，RCD应能承受SPDIn值的电涌而不动作。GB16916.1中不带过电流保护的剩余电流动作断路器（RCCB）的S型和GB16917.1中带过电流保护的剩余电流动作断路器（RCBO）的S型能满足以上要求。注：RCD可根据出现剩余电流时延时分为一般用途型（没有延时）和具有选择性的S型（有延时）。 当SPD为开关型时（如放电间隙或具有自动灭弧功能的），其前端一般不需要安装RCD，否则，其上游应有RCD或过电流保护装置配合。在TT系统中，RCD的位置与SPD的安装方法见GB50057-94图6.4.5-1和图6.4.5-3。2.与过电流保护装置(PD)的配合为防止SPD失效故障，SPD前端应安装熔丝或断路器等过电流保护装置。其前端过电流保护装置的保险电流值与主电路上过电流保护装置的保险电流值不宜小于1:1.6。SPD前端安装的熔丝或断路器等过电流保护装置，必须确保实现优先保证供电连续性。SPD和PD的组合SPD和PD的组合SPD和PD的组合3. 脱离器(防老化措施）一个单独的脱离器可以具备三种基本脱离功能（过热保护、短路保护和间接接触防护），或者有必要选择1~3个脱离器。它们可以安装于SPD内部或外部。4. 状态指示器状态指示器与脱离器相连接，为用户提供有关SPD劣化的信息，显示其是否依照设计运行或失效。可以用它给出更换SPD的警报，它们可以提供遥测信号、光或声音警报。第二部分

电涌保护器在各类信息系统中的选择和使用原则一.相关的电子信息系统系统和设备由于电子信息系统和设备的多样性，在使用和选择SPD对电子系统和设备进行保护时，应首先了解受保护电子设备工作时所使用的传输介质、信号类型、传输速率和带宽、工作频率和工作电压等。以下仅列举部分常用的系统和设备的接口形式及受保护电子设备的冲击耐受性。1.电子系统1.1模拟信号系统：1.1.1公众电话交换网（PSTN）：用户线上传送的电信号是随着用户声音大小的变化而变化的，这个变化的电信号无论在时间上或是在幅度上都是连续的，其中振铃电压为110V，接口元件为RJ11连接器，工作频率为4kHz以下。可以通过加装数据终端控制设备调制解调器来实现在电话线上传递数字信号，最高速率为56kbps。电话RJ11水晶头1.1.2全模拟式仪表将传感器信号进行调理放大后，经过V/I电路转换，输出4~20mA的模拟信号，多采用ASP连接器。ASP连接器1.2数字信号系统1.2.1综合业务数字网ISDN：综合业务数字网（IntegratedServiceDigital），现有窄带ISDN和宽带ISDN。窄带ISDN仍然是基于公共电话网，使用电话线路通过RJ11连接器连接来传输数字信号，工作电压最高为40V，最高速率为2048kbps。宽带ISDN使用光纤传输，速率为150Kbps到几Gbps。1.2.2数字用户线路DSL：数字用户线路（DigitalSubscriberLine）的统称。ADSL即异步数字用户环路（AsynchronousDigitalSubscriberLoop），一种非对称数字用户线。ADSL最高独占带宽理论上可达：下行8Mbps，上行1Mbps。信号电压小于6V，频率为138～1104KHz。1.2.3以太网（100BaseT）：广泛使用的局域网系统，网络采用双绞线对按D级（5类）布线。主要使用的有两种布线类型：10BaseT10M以太网和100BaseTX100M以太网。10base-T：是1990年通过的以太网物理层标准，10base-T使用两对非屏蔽双绞线，一对线发送数据，另一对线接收数据，用RJ-45模块作为端接器，星形拓扑结构，信号频率为10MHz，必须使用3类或更好的UTP电缆；布线按照EIA568标准，站点—中继器和中继器—中继器的最大距离为100m。信号电压小于5V，接口元件为RJ45连接器。电脑RJ45连接器100Base-TX：使用两对5类非屏蔽双绞线或1类屏蔽双绞线，一对用于发送数据，另一对用于接收数据，最大网段长度为100m，布线符合EIA568标准；采用4B/5B编码法，使其可以125MHz的串行数据流来传送数据，使用最广的物理层规范。1.2..4令牌环网：令牌环网络的布线，系统布局是环形连接的，使用可控制的环分配器对不同的终端设备来进行网络控制和信号放大。这种网络允许用长电缆连接最高数据传输速率为16Mbps，信号工作电压小于5V,公母同体的插头当连接器用，也称为IVS连接器，它既当插头又当插座用.IVS连接器1.2.5现场基金会总线FF：现场基金会总线（FoundationFieldbus），是指以工厂内的测量和控制机器间的数字通讯为主的网络，也称现场网络。也就是将传感器、各种操作终端和控制器间的通讯及控制器之间的通讯进行特化的网络。原来这些机器间的主体配线是ON/OFF、接点信号和模拟信号，通过通讯的数字化，使时间分割、多重化、多点化成为可能，从而实现配线的共享数据。主要应用于石油化工、连续工业过程控制中的仪表。该系统可使用双绞线、光纤等介质连接，通讯速率2.5Mbps。1.2.6控制局域网络（CAN）：应用于汽车监控、开关量控制、制造业等，适用于实时性要求很高的小型网络。该系统可使用双绞线和光纤连接，通讯速率1Mbps。1.2.7局部操作系统（LOS）：主要应用于楼宇自动化、工业自动化和电力行业等。LonTalk的全部7层协议，介质访问方式为P-PCSMA（预测P-坚持载波监听多路复用），采用网络逻辑地址寻址方式，优先权机制保证了通讯的实时性，安全机制采用证实方式，因此能构建大型网络控制系统。该系统可使用双绞线、光纤、电力线、电缆，通讯速率1.25Mbps。2.视频系统2.1有线电视系统：现代有线电视网络主要由前端、干线和分配系统三大部分组成。前端包括卫星和本地的广播电视节目及自办节目的接收、播控及用户管理系统三个部分。小型城市网或局域网，干线采用树枝型结构的同轴电缆布局；大型城市网则采用MMDS或环状、星型布局的光缆干线；分配系统采用同轴电缆分配入户方式，分配网带宽我国现在有47~500MHz和47~750MHz两种。2.2视频监控系统：目前全模拟式视频监控系统，即将淘汰。数字式监控设备则是编解码器通过网络来实现的虚拟矩阵切换。它采用MPEG-2压缩方式，提供DVD画质（720×576像素）的实时图像，支持CVBS或网络播放，2Mbits带宽就可以顺利传输，网络传输实时误差小于0.2s，需大容量硬盘支持。1.信息设备耐冲击过电压额定值UW各类电源设备和信息设备均由生产厂给出的设备或设备主要部件耐受冲击过电压的最大值，其值主要与设备的绝缘水平有关，可参考如下各表：2.标称导通电压Uc（或称最大持续运行电压）对试品进行混合波（1.2／50μs，8／20μs）试验，SPD两端8／20μs电压波形的峰值电压。常用信息系统的工作电压与SPD标称导通电压的对应关系2.插入损耗由于在传输系统中插入了一个SPD所引起的损耗。它是在SPD插入前后，出现的功率之比，插入损耗的单位用dB（分贝）表示。3.电压驻波比SWR在信号传输中，由于传输线的阻抗不匹配，高频能量就会产生反射折回，并与前进的部分干扰汇合发生驻波。为了表征系统中的驻波特性，建立了“驻波比”这一概念。SWR=R/r=(1+K)/(1-K)反射系数K=(R-r)/(R+r)(K为负值时表明相位相反)式中R和r分别是输出阻抗和输入阻抗。当两个阻抗数值一样时，即达到完全匹配，反射系数K等于0，驻波比为1。这是一种理想的状况，实际上总存在反射，所以驻波比总是大于1的。4.SPD的频率范围fG电子系统的SPD在接入线路后，会产生能量损耗，规定在3dB的插入损耗下，起始频率至截止频率为该SPD的频率范围。注：对于数字传输系统中的应用，用一个特定的数据传输速率VS代替工作频率范围。SPD的可能数据传输速率与系统所用的传输过程有关。该过程在具有低通特性的系统中决定了必要的截止频率。在电信工程中，VS=2fG；在实际工程中可取VS=1.2fG。5.数据传输速率bps数据传输速率（DataTransferRate）,是描述数据传输系统的重要技术指标之一。数据传输速率在数值上等于每秒钟传输构成数据代码的比特数，即bps。电子系统中所使用的SPD在接入系统后，不应影响系统的上限数据传输速率。6.保护模式modesofprotectionSPD的保护元件可以连接在电子系统线路的信号线——信号线、信号线——地线、信号线——屏蔽层之间及多种方式同时连接。一般将信号线——信号线之间的保护称为横向（差模）保护，信号线——地线（或屏蔽层）之间的保护称为纵向（共模）保护。四.各级SPD的选择原则（一）总的原则在各类系统中选择SPD时，首先应分析系统可能产生过电压和过电流来源以及能量，及这些冲击源耦合进信号网络的过程。（二）防雷区在电子系统中，SPD应安装在如图2所示的防雷区交界处。其中SPD1安装在LPZ0/1区交界处（j），SPD2安装在LPZ1/2区交界处（k），SPD3安装在LPZ2/3区交界处（i）。是否需要安装多级SPD，应根据SPD1的Up能否满足受保护电子设备的冲击耐受性和电子设备的通信线缆布置情况而定。SPD安装在防雷区交界处的配置示例图说明：图3安装在各防雷区交界处的多级SPD示例（三）SPD1的选择通常SPD应安装在各防雷区交界处；由于工艺要求或其他原因，受保护设备的安装位置不会正好设在界面处而是设在其附近，在这种情况下，当线路能承受所发生的电涌电压时，SPD可安装在受保护设备处；但线路的金属保护层或屏蔽层宜首先于防雷区界面处做一次等电位连接。1.雷击类型为S1型时对SPD1保护特性的选择雷击类型为S1时，应在电子设备信号线的建筑物入口处选择如下表格中D1类的SPD，其主要技术参数应符合以下要求：雷击类型、损害和损失类型（1）Iimp：电子系统信号线与地或信号线与屏蔽层间所连接的SPD的冲击电流值（Iimp）应选择在0.5~2.5kA（10/350μs）之间。具体值可按GB50057中第6.3.4条“进入建筑物的各种设施之间雷电流分配”方法，再根据信号线缆中芯线的数量决定。（2）Uc:（电信和信号中SPD）（3）UP：UP不应大于电子设备耐冲击过电压额定值（参见表1）的0.8倍；当使用一组SPD1达不到要求时，应采用配合协调的SPD2，以确保达到要求的