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摘要: 随着我国建筑中现代化电子设备的广泛应用，低压供配电系统中防雷击电磁脉冲的有效应用，也被我们电气设计人员广泛应用。本文叙述了在工程电气设计中电涌保护器的分类、接线方式、安装位置及在智能建筑电气设计中应用等方面内容，从工作原理和性能等方面做出了较为详细的论述。
关键词:电涌保护器；级间配合；后备保护
Abstract: With the construction of modernization the wide application of electronic equipment, low voltage power supply system and lightning electromagnetic impulse effective application, also be we electrical design personnel widely used. This paper describes the design in the engineering electrical surge protector CLP classification, wiring way, installation position and in intelligent building electrical design application content, the work principle and property of made in detail.
Keywords: surge protector; Between level with; Backup protection
中图分类号：U415.6 文献标识码：A文章编号：
1电涌保护器的分类
1.1配电用电涌保护器的分类
按其工作原理和性能划分为：电压开头型、限压型、组合型。
电压开关型SPD：它通流量大，放电能力强。无电涌时，SPD呈高阻状态；当电涌电压达到一定值时，SPD突然变为低阴抗 。
限压型（压敏电阻）：残压较低，在过电压保护中逐渐泄放雷电能能量，可影响雷电过电压的发展过程。当无电涌时，电涌保护器呈高阻抗；随着电涌电压和电流的增大，阻搞连续变小，最终呈低阻抗导通状态。
组合型由开关型组件和限压型组件组合而成。一般在建筑物入口处选用开关型SPD来泄放雷电能量，然后，在后级电路使用限压型SPD来限制因前级雷电能量泻放后，在后级线路产生的高过电压。适用的场所较多，根据所施加的电压特性，可呈现电压开关型，限压型或同时呈现2种SPD特性。
1．2 电涌保护器的分级
电涌保护器的分级是在不同的试验标准下进行的，根据CECS 174—2004及国外相关资料，按照其安装位置和保护要求的不同，对低压配电系统系统中的电涌保护器进行分级。见右表所示：
2 电涌保护系统设计
低压配电点根据建筑物的分布进行设置，各低配系统在建筑内采用电缆连接。
2.1 确定建筑物电涌保护防护等级
根据CECS 174—2004中标准对一般公共建筑物电涌保护系统的可靠性等级的评估，依据防雷等级、建筑物等效受雷面积和雷暴日等3项指标。其重要性由高到低分为甲、乙、丙、丁4个保护等级。在设计中将附属变配电建筑物定为乙类，配电间定为丙类。
2．2电压保护水平、SPD设置位置和保护模式
根据所确定的建筑物电涌保护防护等级，在配电中心每段母排总进线处设人口级SPDI ，Uρ≤2．5 kV；同时，在直流系统和PLC控制系统电源侧设设备级SPD3，Uρ≤1．5 kV。低压配电系统接地制式为TN制，SPD采用接在相线／中性线与地之间的共模保护模式；对于配电系统中的设备级SPD3，则采用全保护接线模式。
2.3 各级SPD的主要技术参数的确定
各级电涌保护器均采用电压限制型。
2.4SPD自身的保护
各级SPD支路均装设用于短路故障的熔断器作为保护器，并由电涌保护器厂家配套提供。
3 电涌保护器的接线方式、安装位置及智能建筑中的应用
电涌保护器安装在各级配电系统的总进线处，采用何种接线方式，装在总进线开关的电源侧还是负荷侧在GB 50057- - 1994中有规定，但没有相应的条文说明。因此，不少电气设计人员在设计选用时颇感困惑。
3.1电涌保护器的接线方式、安装位置
3P接线： 当N线与PE线直接相连时，SPD接在L线与PE线之间。具体位置在TN—S，TN—C系统中的变压器低压侧，以及TN— C—S系统的进户处。
4P接在L线与PE线之间，N线与PE线之间，TN—S，TN—C，TN—C—S系统之外。主要安装于TT系统剩余电流保护器(RCD)的负荷侧。《建筑物防雷设计规范》图6．4．5—3。
3+NPE接线： 二个MOV 或三個间隙SPD接于L与N之间，一个间隙型SPD接于N与PE之间，主要安装于TT系统剩余电流保护器(RCD)的电源侧。将RCD装在SPD的电源侧可检测出这一故障电流，防止这一危险的发生。
3.2 “3十NPE” 模式电涌保护器在智能建筑电气设计中的应用
智能建筑是采用计算机技术对建筑物内的设备进行自动控制和管理并对用户提供信息和通信服务等的一种新型建筑。随着现代化电子设备在智能建筑中的广泛应用，因雷击导致的系统设备损坏数量不断增多，其危害不仅造成直接经济损失，而且由此产生的间接后果更难以估量。 开关型SPD为间隙放电型器件，其雷电能量泻放能力大，在线路上使用的主要作用是泄放雷电能量；限压型SPD为氧化锌压敏电阻器件，其雷电能量泻放能力小，但其过电压抑制能力好，在线路上使用的主要作用是限制过电压。因此，一般在建筑物入口处选用开关型SPD来泄放雷电能量，然后，在后级电路使用限压型SPD来限制因前级雷电能量泻放后，在后级线路产生的高过电压。两种SPD需配合使用，方能保证配电线路中设备的安全。 RCD对接地故障危害的防范有很高的动作灵敏度，能在数十毫秒的时间内有效地切断小至毫安计的故障电流。即使发生直接接触电击，接触电压高达220V，高灵敏度的RCD也只能在人体发生心室纤颤导致死亡以前快速切断电源。但它只能在所保护的回路内发生故障时起作用，不能防止从别处沿PE线或装置外导电部分传导来的故障电压引起的电击事故。因此，在N与PE之间安装电涌保护器（SPD）并做可靠的等电位连接是必要的。 压敏电阻类的SPD即使是新品，在施加正常的相电压后也会有微量的泄漏电流流通。随着时间的推移，此泄漏电流会逐渐增大，最终导致SPD短路失效而寿命终了。维护管理人员发现SPD显示行将失效的标志后若未及时更换备品，则失效的SPD将对地短路成为接地故障，将引发种种电气事故。例如流过SPD的对地短路电流在接地电阻RA和接地引线上的电压降，使PE线带故障电压而引起间接接触电击事故等。 将RCD装在SPD的电源侧可检测出这一故障电流，防止这一危险的发生。这一要求也适用于为防接地电弧火灾而装设在电源进线处的RCD。因此有放电间隙将SPD与PE线隔离，SPD的失效短路不会导致接地故障，故可将RCD装设在SPD的负荷侧，以避免电源进线处大幅值的雷电脉冲电流不必要地通过RCD的零序电流互感器。 因此在采用“3+NPE”模式进行保护时，由于NPE模块是一种放电间隙型模块,不会在线路中导致接地故障，因此其安装位置可安装于RCD电源侧也可安装于RCD负荷侧。而采用“每线对地”模式进行保护时,就需要合理的选择安装位置。
4 SPD的选择
4.1 SPD的保护模式
共模保护：指SPD接在相线，中性线对地线之间，线路与设备内电路和器件对地绝缘。
差模保护：指SPD接在相线对中性线之间与相线与相线之间。保护设备两个输入端之间的电路与器件。
全保护：指既有共模保护又有差模保护。全保护既可以防止相对地、中对地的过电压，又可避免相对中的过电压。
4.2SPD容量选择
Up是标称放电电流In下的残压，又称SPD的最大钳压。Up是指在规定雷电波形下的最大放电电压。
建筑物入户处第一级SPD的保护水平Up不应大于2．5KV。雷击冲击电流Iimp(10／350чs)无法确定时，不应小于12．5KA，若采用3+1的方式则N与PE之间的Iimp应乘以4倍(即12．5X 4=60KA)。
5级间配合和后备保护
5.1级间配合
我们在建筑物上安装有防直击雷的防雷装置的情况，由于必须做防雷等电位连接，必须在低压电源进户处安装SPD，当供电变压器的一次侧系统是不接地系统时，其Up值可选用较低者(例如，0．9kV)，这时，除某些I类设备外，通常可能不需再安装SPD。当供电变压器的一次侧系统是小电阻按地系统，并且发生一次侧的高压对外壳短路时上述安装SPD处的相线和中性线与PE线之间不会出现(1200十Uo)V和1200V电压的情况下，其Up值也可选用较低者(例如，0．9kV)；当会出现(1200+uo)V和1200V电压的情况，其Up值最好选用1．5kV。
电涌作用时，要求在不同位置上安装的各SPD，能承担应该从其位置通过的电流和相应消耗的能量而不损坏或劣化。而同时还能满足各位置上的电压保护水平要求(第一级应释入绝大部分电流和能量，第二级次之，第三级更少)但由于一条线路上装的几个SPD动作是互相影响的，几个SPD都连上以后，各个SPD的通流并不一定设想的那样依次降低，如果配合得不好，可能并非第一级通过大部分电流和能量。第二级能过了大部分能量和电流，第三级通流容量相对较小。这就可能使其损坏或爆炸。
解决SPD级间配合的问题常用方法：
1)级间距离： 当SPDIN有足够的线路距离时，利用线路自然电感的阻滞作用达到要求，当建筑物的规模小，SPDI司没有足够的距离。加长电源线的长度，如为电缆可以盘绕成圈以减少空间，散线则不行。
2)解耦器： 当SPD间没有足够的距离时，中间加解耦器达到级间配合。
3)SPD参數配合：在工程上可以近似地以主要的参数进行分析，但是主要还是要由专业防雷专家、专业防雷厂家提供技术参数和产品。 ．
5.2 后备保护
SPD是保护电气、电子设备的器件，其本身的安全性和可靠性是非常重要的。SPD都应在SPD劣化时有热脱扣装置，在升温到120℃ 时应脱扣从并联线路中断开，保证不发生火灾、爆炸等事故。
熔断器和断路器统称为过电流保护器，是用来防止电涌保护器(SPD)短路的保护，应当根据SPD产品说明书推荐的过电流保护器的最大额定值选择(不要大于该值)。如果保护电气线路的过电流保护器的额定值小于上述的最大额定值，也可省去SPD支路上的过电流保护器。如果为了方便维护，这两个过电流保护器都可以设置，但应将它们的额定值调整到至少相差两级以保证它们具有选择性。选熔断器、断路器都可以，要从安装处的短路电流值和维护方便上综合考虑。
结束语
综上所述，电涌保护器作为低压供配电系统中防雷击电磁脉冲的重要措施，已被电气设计人员所采用。在进行低压配电系统的过电压保护设计时，并非仅是选择SPD这个单一的电气元件问题，首先是要把过电压保护作为一个系统工程来对待，要充分考虑所设计工作的特点、配电系统形式，各级电涌保护器之间的配合等方面的问题。才能得到安全、完整、经济、合理的过电压保护设计方案。
关键词:电涌保护器；级间配合；后备保护
Abstract: With the construction of modernization the wide application of electronic equipment, low voltage power supply system and lightning electromagnetic impulse effective application, also be we electrical design personnel widely used. This paper describes the design in the engineering electrical surge protector CLP classification, wiring way, installation position and in intelligent building electrical design application content, the work principle and property of made in detail.
Keywords: surge protector; Between level with; Backup protection
中图分类号：U415.6 文献标识码：A文章编号：
1电涌保护器的分类
1.1配电用电涌保护器的分类
按其工作原理和性能划分为：电压开头型、限压型、组合型。
电压开关型SPD：它通流量大，放电能力强。无电涌时，SPD呈高阻状态；当电涌电压达到一定值时，SPD突然变为低阴抗 。
限压型（压敏电阻）：残压较低，在过电压保护中逐渐泄放雷电能能量，可影响雷电过电压的发展过程。当无电涌时，电涌保护器呈高阻抗；随着电涌电压和电流的增大，阻搞连续变小，最终呈低阻抗导通状态。
组合型由开关型组件和限压型组件组合而成。一般在建筑物入口处选用开关型SPD来泄放雷电能量，然后，在后级电路使用限压型SPD来限制因前级雷电能量泻放后，在后级线路产生的高过电压。适用的场所较多，根据所施加的电压特性，可呈现电压开关型，限压型或同时呈现2种SPD特性。
1．2 电涌保护器的分级
电涌保护器的分级是在不同的试验标准下进行的，根据CECS 174—2004及国外相关资料，按照其安装位置和保护要求的不同，对低压配电系统系统中的电涌保护器进行分级。见右表所示：
2 电涌保护系统设计
低压配电点根据建筑物的分布进行设置，各低配系统在建筑内采用电缆连接。
2.1 确定建筑物电涌保护防护等级
根据CECS 174—2004中标准对一般公共建筑物电涌保护系统的可靠性等级的评估，依据防雷等级、建筑物等效受雷面积和雷暴日等3项指标。其重要性由高到低分为甲、乙、丙、丁4个保护等级。在设计中将附属变配电建筑物定为乙类，配电间定为丙类。
2．2电压保护水平、SPD设置位置和保护模式
根据所确定的建筑物电涌保护防护等级，在配电中心每段母排总进线处设人口级SPDI ，Uρ≤2．5 kV；同时，在直流系统和PLC控制系统电源侧设设备级SPD3，Uρ≤1．5 kV。低压配电系统接地制式为TN制，SPD采用接在相线／中性线与地之间的共模保护模式；对于配电系统中的设备级SPD3，则采用全保护接线模式。
2.3 各级SPD的主要技术参数的确定
各级电涌保护器均采用电压限制型。
2.4SPD自身的保护
各级SPD支路均装设用于短路故障的熔断器作为保护器，并由电涌保护器厂家配套提供。
3 电涌保护器的接线方式、安装位置及智能建筑中的应用
电涌保护器安装在各级配电系统的总进线处，采用何种接线方式，装在总进线开关的电源侧还是负荷侧在GB 50057- - 1994中有规定，但没有相应的条文说明。因此，不少电气设计人员在设计选用时颇感困惑。
3.1电涌保护器的接线方式、安装位置
3P接线： 当N线与PE线直接相连时，SPD接在L线与PE线之间。具体位置在TN—S，TN—C系统中的变压器低压侧，以及TN— C—S系统的进户处。
4P接在L线与PE线之间，N线与PE线之间，TN—S，TN—C，TN—C—S系统之外。主要安装于TT系统剩余电流保护器(RCD)的负荷侧。《建筑物防雷设计规范》图6．4．5—3。
3+NPE接线： 二个MOV 或三個间隙SPD接于L与N之间，一个间隙型SPD接于N与PE之间，主要安装于TT系统剩余电流保护器(RCD)的电源侧。将RCD装在SPD的电源侧可检测出这一故障电流，防止这一危险的发生。
3.2 “3十NPE” 模式电涌保护器在智能建筑电气设计中的应用
智能建筑是采用计算机技术对建筑物内的设备进行自动控制和管理并对用户提供信息和通信服务等的一种新型建筑。随着现代化电子设备在智能建筑中的广泛应用，因雷击导致的系统设备损坏数量不断增多，其危害不仅造成直接经济损失，而且由此产生的间接后果更难以估量。 开关型SPD为间隙放电型器件，其雷电能量泻放能力大，在线路上使用的主要作用是泄放雷电能量；限压型SPD为氧化锌压敏电阻器件，其雷电能量泻放能力小，但其过电压抑制能力好，在线路上使用的主要作用是限制过电压。因此，一般在建筑物入口处选用开关型SPD来泄放雷电能量，然后，在后级电路使用限压型SPD来限制因前级雷电能量泻放后，在后级线路产生的高过电压。两种SPD需配合使用，方能保证配电线路中设备的安全。 RCD对接地故障危害的防范有很高的动作灵敏度，能在数十毫秒的时间内有效地切断小至毫安计的故障电流。即使发生直接接触电击，接触电压高达220V，高灵敏度的RCD也只能在人体发生心室纤颤导致死亡以前快速切断电源。但它只能在所保护的回路内发生故障时起作用，不能防止从别处沿PE线或装置外导电部分传导来的故障电压引起的电击事故。因此，在N与PE之间安装电涌保护器（SPD）并做可靠的等电位连接是必要的。 压敏电阻类的SPD即使是新品，在施加正常的相电压后也会有微量的泄漏电流流通。随着时间的推移，此泄漏电流会逐渐增大，最终导致SPD短路失效而寿命终了。维护管理人员发现SPD显示行将失效的标志后若未及时更换备品，则失效的SPD将对地短路成为接地故障，将引发种种电气事故。例如流过SPD的对地短路电流在接地电阻RA和接地引线上的电压降，使PE线带故障电压而引起间接接触电击事故等。 将RCD装在SPD的电源侧可检测出这一故障电流，防止这一危险的发生。这一要求也适用于为防接地电弧火灾而装设在电源进线处的RCD。因此有放电间隙将SPD与PE线隔离，SPD的失效短路不会导致接地故障，故可将RCD装设在SPD的负荷侧，以避免电源进线处大幅值的雷电脉冲电流不必要地通过RCD的零序电流互感器。 因此在采用“3+NPE”模式进行保护时，由于NPE模块是一种放电间隙型模块,不会在线路中导致接地故障，因此其安装位置可安装于RCD电源侧也可安装于RCD负荷侧。而采用“每线对地”模式进行保护时,就需要合理的选择安装位置。
4 SPD的选择
4.1 SPD的保护模式
共模保护：指SPD接在相线，中性线对地线之间，线路与设备内电路和器件对地绝缘。
差模保护：指SPD接在相线对中性线之间与相线与相线之间。保护设备两个输入端之间的电路与器件。
全保护：指既有共模保护又有差模保护。全保护既可以防止相对地、中对地的过电压，又可避免相对中的过电压。
4.2SPD容量选择
Up是标称放电电流In下的残压，又称SPD的最大钳压。Up是指在规定雷电波形下的最大放电电压。
建筑物入户处第一级SPD的保护水平Up不应大于2．5KV。雷击冲击电流Iimp(10／350чs)无法确定时，不应小于12．5KA，若采用3+1的方式则N与PE之间的Iimp应乘以4倍(即12．5X 4=60KA)。
5级间配合和后备保护
5.1级间配合
我们在建筑物上安装有防直击雷的防雷装置的情况，由于必须做防雷等电位连接，必须在低压电源进户处安装SPD，当供电变压器的一次侧系统是不接地系统时，其Up值可选用较低者(例如，0．9kV)，这时，除某些I类设备外，通常可能不需再安装SPD。当供电变压器的一次侧系统是小电阻按地系统，并且发生一次侧的高压对外壳短路时上述安装SPD处的相线和中性线与PE线之间不会出现(1200十Uo)V和1200V电压的情况下，其Up值也可选用较低者(例如，0．9kV)；当会出现(1200+uo)V和1200V电压的情况，其Up值最好选用1．5kV。
电涌作用时，要求在不同位置上安装的各SPD，能承担应该从其位置通过的电流和相应消耗的能量而不损坏或劣化。而同时还能满足各位置上的电压保护水平要求(第一级应释入绝大部分电流和能量，第二级次之，第三级更少)但由于一条线路上装的几个SPD动作是互相影响的，几个SPD都连上以后，各个SPD的通流并不一定设想的那样依次降低，如果配合得不好，可能并非第一级通过大部分电流和能量。第二级能过了大部分能量和电流，第三级通流容量相对较小。这就可能使其损坏或爆炸。
解决SPD级间配合的问题常用方法：
1)级间距离： 当SPDIN有足够的线路距离时，利用线路自然电感的阻滞作用达到要求，当建筑物的规模小，SPDI司没有足够的距离。加长电源线的长度，如为电缆可以盘绕成圈以减少空间，散线则不行。
2)解耦器： 当SPD间没有足够的距离时，中间加解耦器达到级间配合。
3)SPD参數配合：在工程上可以近似地以主要的参数进行分析，但是主要还是要由专业防雷专家、专业防雷厂家提供技术参数和产品。 ．
5.2 后备保护
SPD是保护电气、电子设备的器件，其本身的安全性和可靠性是非常重要的。SPD都应在SPD劣化时有热脱扣装置，在升温到120℃ 时应脱扣从并联线路中断开，保证不发生火灾、爆炸等事故。
熔断器和断路器统称为过电流保护器，是用来防止电涌保护器(SPD)短路的保护，应当根据SPD产品说明书推荐的过电流保护器的最大额定值选择(不要大于该值)。如果保护电气线路的过电流保护器的额定值小于上述的最大额定值，也可省去SPD支路上的过电流保护器。如果为了方便维护，这两个过电流保护器都可以设置，但应将它们的额定值调整到至少相差两级以保证它们具有选择性。选熔断器、断路器都可以，要从安装处的短路电流值和维护方便上综合考虑。
结束语
综上所述，电涌保护器作为低压供配电系统中防雷击电磁脉冲的重要措施，已被电气设计人员所采用。在进行低压配电系统的过电压保护设计时，并非仅是选择SPD这个单一的电气元件问题，首先是要把过电压保护作为一个系统工程来对待，要充分考虑所设计工作的特点、配电系统形式，各级电涌保护器之间的配合等方面的问题。才能得到安全、完整、经济、合理的过电压保护设计方案。