近年來，隨著現(xiàn)代化水平的不斷提高，民用建筑物內(nèi)安裝的電子信息設(shè)備和計(jì)算機(jī)設(shè)備越來越多，電子信息設(shè)備一般工作電壓較低，耐壓水平也很低，極易受到雷電電磁脈沖的危害，因此設(shè)有信息系統(tǒng)設(shè)備的民用建筑物，除應(yīng)考慮防直擊雷措施外，還應(yīng)考慮雷電電磁脈沖的防護(hù)措施。建立完善的雷電浪涌過電壓保護(hù)措施是電氣工程設(shè)計(jì)的重要組成部分，為此本文提出了在實(shí)際工程中，如何根據(jù)被保護(hù)建筑物的特點(diǎn)選擇電涌保護(hù)器，如何根據(jù)低壓電源系統(tǒng)的不同形式安裝電涌保護(hù)器及有關(guān)的注意事項(xiàng)。可供工程設(shè)計(jì)人員實(shí)際應(yīng)用中參考。
1．電涌保護(hù)器（英文縮寫為SPD，以下簡稱SPD）的分類
（1）開關(guān)型SPD，又稱雷電流避雷器，這種SPD在沒有電涌時(shí)為高阻抗，但一旦響應(yīng)電壓電涌時(shí)其阻抗就突變?yōu)榈椭担米鬟@種非線性裝置的常見例子有放電間隙，氣體放電管，閘流晶體管（可控硅）及三端雙向可控硅開關(guān)。這類SPD有時(shí)稱為克羅巴型SPD。
（2）限壓型SPD，這種SPD在沒有電涌時(shí)為高阻抗，但隨著電涌電流和電壓的增加其阻抗會不斷減小，用作這類非線性組件的例子是壓敏電阻和抑制二極管，這類SPD有時(shí)稱為箝壓型SPD。
（3）聯(lián)合型SPD，這種SPD由電壓開關(guān)型部件和限壓型部件聯(lián)合組裝在一起，根據(jù)二者的聯(lián)合參數(shù)和應(yīng)用電壓特性可組合裝成具有電壓開關(guān)﹑限壓或這兩種特性兼有的聯(lián)合型SPD。
2、SPD的主要性能、指標(biāo)
（1）最大持續(xù)運(yùn)行電壓Uc：
可以持續(xù)施加于電涌保護(hù)器的最大交流有效值電壓或最大直流電壓，等于電涌保護(hù)器的額定電壓。
（2）沖擊電流Iimp：
用于電源的第一級保護(hù)SPD，反映了SPD的耐直擊雷能力（采用10/350μs波形）。包括幅值電流Ipeak和電荷Q，其值可根據(jù)建筑物防雷等級和進(jìn)入建筑物的各種設(shè)施（導(dǎo)電物、電力線、通訊線等）進(jìn)行分流計(jì)算。
（3）標(biāo)稱放電電流In：
流過SPD的8/20μs電流波的峰值電流，用于對SPD做Ⅱ級分類實(shí)驗(yàn)或做Ⅰ級分類實(shí)驗(yàn)的預(yù)處理。對于Ⅰ級分類實(shí)驗(yàn)In不小于15 KA，對于Ⅱ級分類實(shí)驗(yàn)In不小于5KA。
（4）保護(hù)電壓水平Up:
在標(biāo)稱放電電流（In）下的殘壓，又稱SPD的最大鉗壓，對于電源保護(hù)器而言，可分為一、二、三、四級保護(hù)，保護(hù)級別決定其安裝位置，在信息系統(tǒng)中保護(hù)級別需與被保護(hù)系統(tǒng)和設(shè)備的耐壓能力相匹配。
3、電涌保護(hù)器SPD的主要性能、指標(biāo)的確定
3.1 最大持續(xù)運(yùn)行電壓Uc的選擇：
選擇220/380V三相系統(tǒng)中的電涌保護(hù)器時(shí)，其最大持續(xù)運(yùn)行電壓Uc應(yīng)符合表1規(guī)定：
表1 SPD的持續(xù)運(yùn)行電壓Uc
電涌保護(hù)器接于 配電網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)特征
TT系統(tǒng) TN-C系統(tǒng) TN-S系統(tǒng) 引出中性線的IT系統(tǒng) 不引出中性線的IT系統(tǒng)
每一相線和中性線間。 1.1 Uo NA 1.1 Uo 1.1 Uo NA
每一相線和PE線間。 1.1 Uo NA 1.1 Uo Uoa 線電壓a
中性線和PE線間 Uoa NA Uoa Uoa NA
每一相線和PEN線間。 NA 1.1 Uo NA NA NA
NA：不適用注1.Uo是指低壓系統(tǒng)相線對中性線的標(biāo)稱電壓,在220/380V系統(tǒng)中，Uo=220V。注2.此表基于IEC61634-1修改版1。
a 這些值對應(yīng)于最嚴(yán)重的故障狀況,因而沒有考慮10%的余量。
3.2 SPD的電壓保護(hù)水平Up的選擇：
最大電涌電壓，即SPD的最大箝壓（Up）加上其兩端的引線的感應(yīng)電壓（UL）應(yīng)與所屬系統(tǒng)的基本絕緣水平和設(shè)備允許的最大電涌電壓相一致，即： Up+UL ≤設(shè)備耐沖擊過電壓水平。無論對遠(yuǎn)處雷擊,直接雷擊或操作過電壓,均不應(yīng)大于表2中的Ⅱ類,即對于220/380V電氣裝置Up值不應(yīng)大于2.5kV。采用接線形式2（注：見本文第4部分）時(shí),接于相線與PE線之間的SPD的總保護(hù)水平也應(yīng)符合上述要求。
2 220V/380V三相配電系統(tǒng)的各種設(shè)備絕緣耐沖擊過電壓額定值
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
耐沖擊過電壓類別 Ⅳ類 Ⅲ類 Ⅱ類 Ⅰ類
耐沖擊電壓額定值 6 kV 4kV 2.5 kV 1.5 kV
注：Ⅰ類-需要將瞬態(tài)電壓限制到特定水平的設(shè)備；Ⅱ類-如家用電器、手提工具及類似負(fù)荷；Ⅲ類-如配電盤、斷路器、布線系統(tǒng)（包括電纜、母線、分線盒、開關(guān)、插座）及應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備和一些其他設(shè)備如永久接至固定裝置的固定安裝的電動機(jī)。Ⅳ類-如電氣計(jì)量儀表、一次線過流保護(hù)設(shè)備、波紋控制設(shè)備。
3.3 SPD的雷擊沖擊電流Imp及標(biāo)稱放電電流I n的確定：
（1）在已具備防雷裝置的情況下使用SPD防止直接雷擊或在建筑物臨近處被雷擊引起的瞬態(tài)過電壓時(shí)，應(yīng)根據(jù)雷電防護(hù)區(qū)分區(qū)的原則選用I級試驗(yàn)、Ⅱ級試驗(yàn)、Ⅲ級試驗(yàn)的SPD。
確定SPD的雷擊沖擊電流Imp一般應(yīng)進(jìn)行分流計(jì)算（計(jì)算方法參見防雷規(guī)范條文說明第6.4.7條）。當(dāng)電流值計(jì)算無法確定時(shí)，其雷擊沖擊電流不應(yīng)小于表3中所列指標(biāo)。
表3 SPD的標(biāo)稱放電電流和雷擊沖擊電流
雷電防護(hù)分區(qū)交界面 接在每一保護(hù)模式通路上的SPD 接在中性線和PE線之間的SPD 試驗(yàn)類別
三相系統(tǒng) 單相系統(tǒng)
PZ0A區(qū)或LPZ0B區(qū)與LPZ1區(qū) 雷擊沖擊電流Imp10/350μs,12.5kA 雷擊沖擊電流Imp10/350μs,50kA 雷擊沖擊電流Imp10/350μs,25kA I級分類試驗(yàn)
LPZ1區(qū)與LPZ2區(qū) 標(biāo)稱放電電流In8/20μs,5kA 標(biāo)稱放電電流In8/20μs,20kA 標(biāo)稱放電電流In8/20μs,10kA Ⅱ級分類試驗(yàn)
LPZ2區(qū)與其后續(xù)防雷區(qū) 標(biāo)稱放電電流In8/20μs,3kA 標(biāo)稱放電電流In8/20μs,12kA 標(biāo)稱放電電流In8/20μs,6kA Ⅲ級分類試驗(yàn)
注1：表中的雷擊沖擊電流Imp 值規(guī)定引自IEC60364-5-534：過電壓保護(hù)器注2：表中的分類試驗(yàn)的定義見防雷規(guī)范附錄八。
（2）在建筑物電氣裝置中使用SPD限制從電源系統(tǒng)傳來的大氣瞬態(tài)過電壓（由間接的，遠(yuǎn)處的雷擊引起的）和操作過電壓時(shí)，可選用Ⅱ級分類試驗(yàn)的SPD及必要時(shí)加裝Ⅲ級分類試驗(yàn)的SPD。符合Ⅱ級、Ⅲ級分類試驗(yàn)的SPD的標(biāo)稱放電電流I n不應(yīng)小于表3中所列指標(biāo)。
4、SPD在低壓電源系統(tǒng)中的安裝及接線
4.1 裝置的電源進(jìn)線端或其附近裝設(shè)SPD時(shí)，應(yīng)在下面所列的各點(diǎn)之間裝設(shè)：
（1）當(dāng)在電源進(jìn)線端，中性線與PE（保護(hù)線）直接相連或沒有中性線時(shí)，接在每一線與總接地端子或總保護(hù)線之間，取其路徑最短者。接線參見圖1。
1-裝置的電源；2-配電盤；3-總接地端或總接地連接帶；4-電涌保護(hù)器（SPD）；5-電涌保護(hù)器的接地連接，5a或5b；6-需要保護(hù)的設(shè)備；7-PE線與N線的連接帶；F-保護(hù)電涌保護(hù)器推薦的熔絲、斷路器或剩余電流保護(hù)器；RA-本裝置的接地電阻；RB-供電系統(tǒng)的接地電阻
圖1 TN系統(tǒng)中的SPD安裝
（2）當(dāng)在電源進(jìn)線端，中性線與PE（保護(hù)線）不直接相連時(shí)：
接線形式1：接在每一相線與總接地端子或總保護(hù)線之間，和接在中性線與總接地端子或總保護(hù)線之間，取其路徑最短者。接線參見圖2。
1-裝置的電源；2-配電盤；3-總接地端或總接地連接帶；4-電涌保護(hù)器（SPD）；5-電涌保護(hù)器的接地連接，5a或5b；6-需要保護(hù)的設(shè)備；7-剩余電流保護(hù)器，應(yīng)考慮通雷電流的能力；F-保護(hù)電涌保護(hù)器推薦的熔絲、斷路器或剩余電流保護(hù)器；RA-本裝置的接地電阻；RB-供電系統(tǒng)的接地電阻
圖2 TT系統(tǒng)中SPD安裝在剩余電流保護(hù)器的負(fù)荷側(cè)
接線形式2：接在每一相線與中性線之間和接在中性線與總接地端子或總保護(hù)線之間，取其路徑最短者。
1-裝置的電源；2-配電盤；3-總接地端或總接地連接帶；4-電涌保護(hù)器（SPD）；5-電涌保護(hù)器的接地連接，5a或5b；6-需要保護(hù)的設(shè)備；7-剩余電流保護(hù)器，可位于母線的上方或或下方；
F-保護(hù)電涌保護(hù)器推薦的熔絲、斷路器或剩余電流保護(hù)器；RA-本裝置的接地電阻；RB-供電系統(tǒng)的接地電阻
圖3 系統(tǒng)中電涌保護(hù)器安裝在SPD的電源側(cè)
在低壓配電系統(tǒng)的電源進(jìn)線端或其附近裝設(shè)SPD的安裝要求見表4。
表4 SPD的安裝要求
電涌保護(hù)器接于 電涌保護(hù)器安裝點(diǎn)的系統(tǒng)特點(diǎn)
TT系統(tǒng) TN-C系統(tǒng) TN-S系統(tǒng) 引出中性線的IT系統(tǒng) 不引出中性線的IT系統(tǒng)
裝設(shè)依據(jù) 裝設(shè)依據(jù) 裝設(shè)依據(jù)
接線型式1 接線型式2 接線型式1 接線型式2 接線型式1 接線型式2
每一相線和中性線間。 + · NA + · + · NA
每一相線和PE線間。 · NA NA · NA · NA ·
中性線和PE線間 · · NA · · · · NA
每一相線和PEN線間。 NA NA · NA NA NA NA NA
相線 + + + + + + + +
5、低壓電源系統(tǒng)中SPD的選擇及安裝位置
5.1 信息系統(tǒng)雷擊電磁脈沖的防護(hù)應(yīng)按其所處的建筑物條件、信息設(shè)備的重要程度、發(fā)生雷擊事故嚴(yán)重程度等進(jìn)行雷擊風(fēng)險(xiǎn)評估，將信息系統(tǒng)雷擊電磁脈沖的防護(hù)分為A、B、C、D四級，分別采用相應(yīng)防護(hù)措施：
A級：宜在低壓系統(tǒng)中采取3-4級SPD進(jìn)行保護(hù)。
B級：宜在低壓系統(tǒng)中采取2-3級SPD進(jìn)行保護(hù)。
C級：宜在低壓系統(tǒng)中采取2級SPD進(jìn)行保護(hù)。
D級：宜在低壓系統(tǒng)中采取1級或以上SPD進(jìn)行保護(hù)。
[說明] 風(fēng)險(xiǎn)評估計(jì)算方法參見IEC61662：雷擊損害風(fēng)險(xiǎn)的評估。
5.2 SPD在電源系統(tǒng)中的安裝位置如下：
（1）在LPZ0A區(qū)和 LPZ0B區(qū)與LPZ1區(qū)交界面處連續(xù)穿越的電源線路上應(yīng)安裝符合I級分類試驗(yàn)的SPD，如總電源進(jìn)線配電柜內(nèi)、配電變壓器的低壓側(cè)主配電柜內(nèi)、引出至本建筑物防直擊雷裝置保護(hù)范圍以外的電源線路的配電箱內(nèi)。
（2）在LPZ0B區(qū)與LPZ1區(qū)交界面處穿越的電源線路上應(yīng)安裝符合Ⅱ級分類試驗(yàn)的SPD，如引出至本建筑物防直擊雷裝置的保護(hù)范圍之內(nèi)的屋頂風(fēng)機(jī)、屋頂廣告照明的電源配電箱內(nèi)。
（3）當(dāng)電源進(jìn)線處安裝的電涌保護(hù)器的電壓保護(hù)水平加上其兩端引線的感應(yīng)電壓保護(hù)不了該配電箱供電的設(shè)備時(shí)，應(yīng)在該級配電箱安裝符合Ⅱ級分類試驗(yàn)的SPD，其位置一般設(shè)在LPZ1區(qū)和LPZ2區(qū)交界面處。如：樓層配電箱、計(jì)算機(jī)中心、電信機(jī)房、電梯控制室 、有線電視機(jī)房、樓宇自控室、保安監(jiān)控中心、消防中心、工業(yè)自控室、變頻設(shè)備控制室、醫(yī)院手術(shù)室、監(jiān)護(hù)室及裝有電子醫(yī)療設(shè)備的場所的配電箱內(nèi)。
（4）對于需要將瞬態(tài)過電壓限制到特定水平的設(shè)備（尤其是信息系統(tǒng)設(shè)備），應(yīng)考慮在該設(shè)備前安裝符合Ⅲ級分類試驗(yàn)的SPD，其位置一般設(shè)在LPZ2區(qū)和其后續(xù)防雷區(qū)交界面處。如：計(jì)算機(jī)設(shè)備、信息設(shè)備、電子設(shè)備及控制設(shè)備前或最近的插座箱內(nèi)。
5.3 SPD在住宅中的安裝：
（1）高層住宅應(yīng)在照明、動力總配電箱內(nèi)安裝符合I級分類試驗(yàn)的SPD，并宜在屋頂風(fēng)機(jī)、電梯等設(shè)備的電源配電箱內(nèi)安裝符合Ⅱ級分類試驗(yàn)的SPD。高層住宅在工程檔次較高及造價(jià)允許的情況下宜在住戶配電箱內(nèi)安裝符合Ⅲ級分類試驗(yàn)的SPD。
（2）多層住宅在符合本文第五部分2條1款時(shí)，宜在照明總配電箱內(nèi)安裝符合I級分類試驗(yàn)的SPD。符合本文第五部分2條2款時(shí)，宜在照明總配電箱內(nèi)安裝符合Ⅱ級分類試驗(yàn)的SPD。分散型小別墅宜將SPD安裝在住戶配電箱內(nèi)。
6、電涌保護(hù)器安裝的注意事項(xiàng)：
SPD的安裝應(yīng)注意如下問題：
（1）第一級保護(hù)的SPD應(yīng)靠近建筑物的入戶線的總等電位連接端子處，第二、三級保護(hù)的SPD應(yīng)盡量靠近被保護(hù)設(shè)備安裝。
（2）電涌保護(hù)器接至等電位連接的導(dǎo)線要盡可能短而直。
（3）為滿足信息系統(tǒng)設(shè)備耐受能量要求，SPD的安裝可進(jìn)行多級配合，在進(jìn)行多級配合時(shí)應(yīng)考慮SPD之間的能量配合，當(dāng)有續(xù)流時(shí)應(yīng)在線路中串接退耦裝置。有條件時(shí)，宜采用同一廠家的同類產(chǎn)品，并要求廠家提供其各級產(chǎn)品之間的安裝距離要求。在無法獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)時(shí)，電壓開關(guān)型與限壓型SPD之間的線路長度小于10米時(shí)和限壓型SPD之間線路長度小于5米時(shí)宜串接退耦裝置。
（4）在同一電源系統(tǒng)中，當(dāng)安裝在電源裝置的起點(diǎn)處的SPD的保護(hù)電壓水平Up≤末端被保護(hù)設(shè)備的耐壓水平的50%時(shí)，可僅安裝一級電涌保護(hù)器。
（5）必須考慮退化或壽命終止后可能產(chǎn)生的過電流或接地故障對信息系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的影響，因此在SPD的電源側(cè)應(yīng)安裝過電流保護(hù)裝置（如熔斷器或空氣斷路器），過電流保護(hù)器（設(shè)置于內(nèi)部或外部）與SPD一起承擔(dān)等于和大于安裝處的預(yù)期最大短路電流，選擇時(shí)，應(yīng)考慮SPD制造廠商規(guī)定的其產(chǎn)品應(yīng)具備的最大過電流保護(hù)器。此外,制造廠商所規(guī)定的SPD的額定阻斷蓄流值不應(yīng)小于安裝處的預(yù)期短路電流。在TT系統(tǒng)中還應(yīng)安裝剩余電流保護(hù)裝置，并宜帶有劣化顯示功能。
（6）在爆炸危險(xiǎn)場所使用的SPD應(yīng)具有防爆功能。
（7）在考慮各設(shè)備之間的過電壓保護(hù)水平Up時(shí)，若線路無屏蔽時(shí)尚應(yīng)計(jì)及線路的感應(yīng)電壓，在考慮被保護(hù)設(shè)備的耐沖擊過電壓水平時(shí)宜按其值的80%考慮。
（8）在供電電壓超過所規(guī)定的10%及諧波使電壓幅值加大的場所，應(yīng)根據(jù)具體情況對氧化鋅壓敏電阻SPD提高Uc值。
（9）當(dāng)設(shè)有信息系統(tǒng)的建筑物需加裝SPD保護(hù)時(shí)，若該建筑物沒有裝設(shè)防直擊雷裝置和不處于其他建筑物或物體的保護(hù)范圍內(nèi)時(shí)，宜按第三類防雷建筑采取防直擊雷的措施。在要考慮屏蔽的情況下，防直擊雷接閃器宜采用避雷網(wǎng)。
引用標(biāo)準(zhǔn)和文獻(xiàn)：
GB50057—2010（2010年版）建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范
IEC61024-1：建筑物防雷 第1部分 通則
IEC61312-1：雷擊電磁脈沖的防護(hù) 第1部分 通則
IEC61312-2：雷擊電磁脈沖的防護(hù) 第2部分 建筑物的屏蔽、內(nèi)部等電位連接及接地
IEC61312-3：雷擊電磁脈沖的防護(hù) 第3部分 浪涌保護(hù)器的要求
IEC60364-5-534：建筑物的電氣裝置 第5部分 電氣裝置的選擇與安裝IEC61662： 雷擊損害風(fēng)險(xiǎn)的評估
QX3-2000：中華人民共和國氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 氣象信息系統(tǒng)雷擊電磁脈沖防護(hù)規(guī)范
