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摘要：电涌保护器（Surge protection Device）是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装置，过去常称为“避雷器”或“过电压保护器”英文简写为SPD.电涌保护器的作用是把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内，或将强大的雷电流泄流入地，保护被保护的设备或系统不受冲击而损坏。本文主要概述了雷电的产生、雷电的危害及形式；防护区的分类；电气线路三级防雷；SPD的选择以及SPD后备保护元器件的选择等内容。
关键词：雷电，防护，SPD
Abstract: the surge protector electronic equipment is indispensable to the lightning protection, a device used to be called "lightning arrester" or "over-voltage protector" English abbreviations for SPD. The role of the surge protector is put into power lines, signal transmission lines in the instantaneous limit over-voltage equipment or system to withstand voltage range, or will be powerful lightning current defined relief, protection of the protected equipment or system intact and damage. This paper mainly summarizes the generation of lightning, thunder of harm and form; Protection of the classification; The electrical wiring level 3 lightning protection; SPD choice, and the choice of backup protection SPD components, etc.
Keywords: lightning, protection, the SPD
中图分类号：S761.5文献标识码：A 文章编号：
一、前言
正雷电直击情况下,由于雷电流有极大峰值和陡度,在它周围的空间有强大的变化的电磁场,处在这电磁场中的导体会感应出较大的电动势。当雷电流通过引下线入地时,在小金属环开口处可感应出高达数千伏的高电压,足以击坏附近的电子元器件。而当SPD安装于界面附近的被保护设备处时,至该设备的线路应能承受所发生的电涌电压及电流,且线路的金属保护层或屏蔽层宜首先在界面处做一次等电位联结,由于弱电系统大量采用了COMS电路，工作电平TTL，极易受到雷击电磁脉冲的冲击。轻则造成软件故障、当机，停工停产。重则造成设备损坏、生产瘫痪。因此应引起各行各业的高度重视。
二、雷电基本知识
1.雷电产生
雷电的产生：大气中的强对流会伴随着电荷分布的变化，大气电场也会随之发生变化，从而形成雷雨云(专业称"积雨云")，雷雨云团之间或雷雨云团与大地之间就可能发生剧烈的放电现象，这种强烈的放电就是闪电，又称雷电或雷击。
一个地区的雷电发生频率一般用年雷暴日来表示。我国东部地区大部分属多雷区、高雷区和强雷区，广东、海南有些地区年平均雷暴日为100天以上。
我国平均每年因雷击灾害所造成的损失为几十亿元，广东2002年已统计的发生雷害2263起，造成损失3亿多元。 针对雷电灾害我国近年来先后出台了多部防雷标准和规范，为减少和防止雷电灾害的发生，各级政府部门，施工单位应严格按照标准、规范的要求监督实施。
2. 雷电的危害和雷电防护区
2.1雷电危害
直击雷：直击雷是雷雨云对大地或建筑物的放电现象。它产生强大的脉冲电流、炽热的高温、猛烈的电动力损坏放电通道上的建筑物、輸电线、室外电气、电子设备，击死击伤人员，同时产生的强烈的电磁感应和电磁辐射，对周围的电气、电子设备造成损坏或干扰。
雷击电磁脉冲(LEMP)：雷击电磁脉冲是由于雷雨云之间和雷雨云与大地之间放电时，产生的电磁感应、电磁辐射以及雷雨云与输电线静电感应电荷在雷击放电瞬间泄放,产生的过电压、过电流通过连接建筑物内外的各种金属管道、电源线、信号线、电视天线等进入室内设备，使用电设备损害。
对直击雷的防护主要采用避雷针、避雷带、引下线及接地体等传统的外部避雷装置。对雷击电磁脉冲的防护主要采用SPD。
2.2雷电防护区
直击雷非防护区(LPZOA区)：本区内的各类物体完全暴露在外部防雷装置的保护范围之外，都可能遭到直接雷击；本区内的电磁场未得到任何屏蔽衰减，属完全暴露的不设防区。
直击雷防护区(LPZOB区)：本区的各类物体处在外部防雷装置保护范围之内，应很少能遭到大于所选滚球半径的直接雷击；但本区内电磁场未得到任何屏蔽衰减，属充分暴露的直击雷防护区。
第一屏蔽保护区(LPz1，区)：本区内的各类物体不可能遭受直接雷击，流经各类导体的雷电流已经分流，比LPZOB区进一步减小；且由于屏蔽措施，本区的电磁场强度也已得到了初步的衰减。为了进一步减小雷击电磁脉冲的影响，可设第二屏蔽保护区LPZ2：和第三屏蔽保护区LPZ3。
三、典型雷电描述：
1、雷电波形
a）10/350uS是时间与电流的曲线，是典型雷电击穿大地的雷电流曲线，是雷电直接袭击电力线和避雷针的雷电流曲线。我们一般称直击雷波形。
b）8/20uS是时间与电流的曲线，是典型雷电击穿大地（避雷针或临近接闪物）引起的电磁脉冲感应过电压，这个感应过电压击穿、烧毁设备时的电流曲线。我们一般称感应雷波形。
2、直击雷波形和感应雷波形的区别：
a）标准与规定的差异性：IEC国际电工委员会标准IEC1024《建筑设计防雷规范》、IEC1312《雷电电磁脉冲防护》均执行10/350uS和8/20uS雷电波形。国家标准GB11032-2000《交流避雷器》、GB3482-3483-83《电子设备雷击实验、导则》均执行8/20uS雷电波形。
b）根据理论计算，同等雷击电流作用下，10/350uS和8/20uS雷电焦耳能量之比为17.5(比如：一个8/20uS雷电流10KA其雷电焦耳为1000J，那么，一个10/350uS雷电流10KA其雷电焦耳近似为17500J)，10/350uS和8/20uS雷电焦耳能量是有本质上的区别。
c）2000年10月1日，国家颁布了GB50057-2000《建筑设计防雷规范》标准，第一次强制要求必须执行10/350uS雷电波形，这是我国与国际接轨的第一个雷电防护标准
四、电源线路SPD的选择要求
1、SPD的选择
1.1保护系统中安装SPD的数量，依据雷电防护区概念的要求，被保护设备的抗扰能力和雷电防护分级而定。
1.2 在LPZ0区与LPZ1区交界处应安装Ⅰ级分类实验的SPD或限压型SPD作为第一级保护；在LPZ1区与LPZ2区交界处应安装限压型SPD作为第二级保护；在住宅配电箱输出端应安装限压型SPD作为第三级保护。
1.3 SPD连接导线应短而直，其长度不宜大于0.5m。如果电网中有几个浪涌保护器，它们将会互相影响，并联的保护器之间必须达到能量的配合才能确保被保护线路的安全。配合的效果是：当由雷电形成一个浪涌过电压时，电涌保护器（B级）将可靠地响应，带走高能量的电流，以保护由于过载而损坏其它浪涌保护器（C级或D级）。当SPD具有能量自动配合功能时，线路长度不受上述规定限制。为防止SPD老化造成短路，SPD安装线路上应有过电流保护装置，宜选用有劣化显示功能的SPD。
1.4 在电源总配电柜输出端应安装标称放电电流In≥15KA（10/350μs波形）的开关型浪涌保护器；也可安装标称放电电流In≥80KA（8/20μs波形）的限压型SPD作为一级防护。
1.5 在分配电柜输出端应安装标称放电电流In≥40KA（8/20μs波形）的限压型SPD作为二级防护。
1.6 在住宅终端配电箱输出端应安装标称放电电流In≥20KA（8/20μs波形）限压型SPD作为三级防护。
1.7 在配电箱输出端也可安装混合型或串联型SPD，其技术指标应满足设备要求。
2、SPD后备保护元件的选择。
基于电气安全原因，并联安装在市电电源的SPD，为防止其失效后造成故障短路，必需在SDP前安装短路保护器件。SPD的后备保护有熔断器、断路器和漏电断路器三种。
在国内外公司SPD的样本中，对SPD后备保护的推荐方案比较乱，没有统一的标准可遵循。国内某公司使用手册中推荐的熔断器规格如下：
第一级SPD为开关型15kA，10/350，断路器为63A；
第二级SPD为限压型40kA，8/20，断路器为32A；
第三级SPD为限压型10kA，8/20，断路器为16A。
断路器选择C脱扣曲线
五、弱电系统SPD选择中应注意的问题
1.首先要弄清楚测量和控制系统（或电信系统）是否受电涌威胁，还是也受到首次雷击分流的威胁；
2.共模保护还是差模保护；
3.是否先用带去耦电路的SPD；
4.频率特性的选择；
5.SPD的标称通流In；
6.SPD的标称耐压Un选择；
7.线/线或线/低电压的选择；
8.SPD的串联阻抗数据的选择；
9.SPD的配合特性的选择；
10.选择单级还是多级保护。
SPD安装位置原则上应安装在各防雷区界面处，并宜靠近建筑入口及被保护设备安装，当SPD安装于界面附近的被保护设备处时，至该设备的线路应承受所发生的电涌电压及电流，在线路的金属保护层或屏蔽层宜在界面处做一次等电位联结。
SPD的使用安装应对低压电器线路和设备起到电涌保护作用，同时不应因SPD的安装造成低压电器系统故障和事故。
六、结论
电涌保护器的电路根据不同需要，有不同的形式，其基本元器件就是上面介紹的几种，一个技术精通的防雷产品研究工作者，可设计出五花八门的电路，好似一盒积木可搭出不同的结构图案。研制出既有效又性能价格比好的产品，是防雷工作者的重任。
关键词：雷电，防护，SPD
Abstract: the surge protector electronic equipment is indispensable to the lightning protection, a device used to be called "lightning arrester" or "over-voltage protector" English abbreviations for SPD. The role of the surge protector is put into power lines, signal transmission lines in the instantaneous limit over-voltage equipment or system to withstand voltage range, or will be powerful lightning current defined relief, protection of the protected equipment or system intact and damage. This paper mainly summarizes the generation of lightning, thunder of harm and form; Protection of the classification; The electrical wiring level 3 lightning protection; SPD choice, and the choice of backup protection SPD components, etc.
Keywords: lightning, protection, the SPD
中图分类号：S761.5文献标识码：A 文章编号：
一、前言
正雷电直击情况下,由于雷电流有极大峰值和陡度,在它周围的空间有强大的变化的电磁场,处在这电磁场中的导体会感应出较大的电动势。当雷电流通过引下线入地时,在小金属环开口处可感应出高达数千伏的高电压,足以击坏附近的电子元器件。而当SPD安装于界面附近的被保护设备处时,至该设备的线路应能承受所发生的电涌电压及电流,且线路的金属保护层或屏蔽层宜首先在界面处做一次等电位联结,由于弱电系统大量采用了COMS电路，工作电平TTL，极易受到雷击电磁脉冲的冲击。轻则造成软件故障、当机，停工停产。重则造成设备损坏、生产瘫痪。因此应引起各行各业的高度重视。
二、雷电基本知识
1.雷电产生
雷电的产生：大气中的强对流会伴随着电荷分布的变化，大气电场也会随之发生变化，从而形成雷雨云(专业称"积雨云")，雷雨云团之间或雷雨云团与大地之间就可能发生剧烈的放电现象，这种强烈的放电就是闪电，又称雷电或雷击。
一个地区的雷电发生频率一般用年雷暴日来表示。我国东部地区大部分属多雷区、高雷区和强雷区，广东、海南有些地区年平均雷暴日为100天以上。
我国平均每年因雷击灾害所造成的损失为几十亿元，广东2002年已统计的发生雷害2263起，造成损失3亿多元。 针对雷电灾害我国近年来先后出台了多部防雷标准和规范，为减少和防止雷电灾害的发生，各级政府部门，施工单位应严格按照标准、规范的要求监督实施。
2. 雷电的危害和雷电防护区
2.1雷电危害
直击雷：直击雷是雷雨云对大地或建筑物的放电现象。它产生强大的脉冲电流、炽热的高温、猛烈的电动力损坏放电通道上的建筑物、輸电线、室外电气、电子设备，击死击伤人员，同时产生的强烈的电磁感应和电磁辐射，对周围的电气、电子设备造成损坏或干扰。
雷击电磁脉冲(LEMP)：雷击电磁脉冲是由于雷雨云之间和雷雨云与大地之间放电时，产生的电磁感应、电磁辐射以及雷雨云与输电线静电感应电荷在雷击放电瞬间泄放,产生的过电压、过电流通过连接建筑物内外的各种金属管道、电源线、信号线、电视天线等进入室内设备，使用电设备损害。
对直击雷的防护主要采用避雷针、避雷带、引下线及接地体等传统的外部避雷装置。对雷击电磁脉冲的防护主要采用SPD。
2.2雷电防护区
直击雷非防护区(LPZOA区)：本区内的各类物体完全暴露在外部防雷装置的保护范围之外，都可能遭到直接雷击；本区内的电磁场未得到任何屏蔽衰减，属完全暴露的不设防区。
直击雷防护区(LPZOB区)：本区的各类物体处在外部防雷装置保护范围之内，应很少能遭到大于所选滚球半径的直接雷击；但本区内电磁场未得到任何屏蔽衰减，属充分暴露的直击雷防护区。
第一屏蔽保护区(LPz1，区)：本区内的各类物体不可能遭受直接雷击，流经各类导体的雷电流已经分流，比LPZOB区进一步减小；且由于屏蔽措施，本区的电磁场强度也已得到了初步的衰减。为了进一步减小雷击电磁脉冲的影响，可设第二屏蔽保护区LPZ2：和第三屏蔽保护区LPZ3。
三、典型雷电描述：
1、雷电波形
a）10/350uS是时间与电流的曲线，是典型雷电击穿大地的雷电流曲线，是雷电直接袭击电力线和避雷针的雷电流曲线。我们一般称直击雷波形。
b）8/20uS是时间与电流的曲线，是典型雷电击穿大地（避雷针或临近接闪物）引起的电磁脉冲感应过电压，这个感应过电压击穿、烧毁设备时的电流曲线。我们一般称感应雷波形。
2、直击雷波形和感应雷波形的区别：
a）标准与规定的差异性：IEC国际电工委员会标准IEC1024《建筑设计防雷规范》、IEC1312《雷电电磁脉冲防护》均执行10/350uS和8/20uS雷电波形。国家标准GB11032-2000《交流避雷器》、GB3482-3483-83《电子设备雷击实验、导则》均执行8/20uS雷电波形。
b）根据理论计算，同等雷击电流作用下，10/350uS和8/20uS雷电焦耳能量之比为17.5(比如：一个8/20uS雷电流10KA其雷电焦耳为1000J，那么，一个10/350uS雷电流10KA其雷电焦耳近似为17500J)，10/350uS和8/20uS雷电焦耳能量是有本质上的区别。
c）2000年10月1日，国家颁布了GB50057-2000《建筑设计防雷规范》标准，第一次强制要求必须执行10/350uS雷电波形，这是我国与国际接轨的第一个雷电防护标准
四、电源线路SPD的选择要求
1、SPD的选择
1.1保护系统中安装SPD的数量，依据雷电防护区概念的要求，被保护设备的抗扰能力和雷电防护分级而定。
1.2 在LPZ0区与LPZ1区交界处应安装Ⅰ级分类实验的SPD或限压型SPD作为第一级保护；在LPZ1区与LPZ2区交界处应安装限压型SPD作为第二级保护；在住宅配电箱输出端应安装限压型SPD作为第三级保护。
1.3 SPD连接导线应短而直，其长度不宜大于0.5m。如果电网中有几个浪涌保护器，它们将会互相影响，并联的保护器之间必须达到能量的配合才能确保被保护线路的安全。配合的效果是：当由雷电形成一个浪涌过电压时，电涌保护器（B级）将可靠地响应，带走高能量的电流，以保护由于过载而损坏其它浪涌保护器（C级或D级）。当SPD具有能量自动配合功能时，线路长度不受上述规定限制。为防止SPD老化造成短路，SPD安装线路上应有过电流保护装置，宜选用有劣化显示功能的SPD。
1.4 在电源总配电柜输出端应安装标称放电电流In≥15KA（10/350μs波形）的开关型浪涌保护器；也可安装标称放电电流In≥80KA（8/20μs波形）的限压型SPD作为一级防护。
1.5 在分配电柜输出端应安装标称放电电流In≥40KA（8/20μs波形）的限压型SPD作为二级防护。
1.6 在住宅终端配电箱输出端应安装标称放电电流In≥20KA（8/20μs波形）限压型SPD作为三级防护。
1.7 在配电箱输出端也可安装混合型或串联型SPD，其技术指标应满足设备要求。
2、SPD后备保护元件的选择。
基于电气安全原因，并联安装在市电电源的SPD，为防止其失效后造成故障短路，必需在SDP前安装短路保护器件。SPD的后备保护有熔断器、断路器和漏电断路器三种。
在国内外公司SPD的样本中，对SPD后备保护的推荐方案比较乱，没有统一的标准可遵循。国内某公司使用手册中推荐的熔断器规格如下：
第一级SPD为开关型15kA，10/350，断路器为63A；
第二级SPD为限压型40kA，8/20，断路器为32A；
第三级SPD为限压型10kA，8/20，断路器为16A。
断路器选择C脱扣曲线
五、弱电系统SPD选择中应注意的问题
1.首先要弄清楚测量和控制系统（或电信系统）是否受电涌威胁，还是也受到首次雷击分流的威胁；
2.共模保护还是差模保护；
3.是否先用带去耦电路的SPD；
4.频率特性的选择；
5.SPD的标称通流In；
6.SPD的标称耐压Un选择；
7.线/线或线/低电压的选择；
8.SPD的串联阻抗数据的选择；
9.SPD的配合特性的选择；
10.选择单级还是多级保护。
SPD安装位置原则上应安装在各防雷区界面处，并宜靠近建筑入口及被保护设备安装，当SPD安装于界面附近的被保护设备处时，至该设备的线路应承受所发生的电涌电压及电流，在线路的金属保护层或屏蔽层宜在界面处做一次等电位联结。
SPD的使用安装应对低压电器线路和设备起到电涌保护作用，同时不应因SPD的安装造成低压电器系统故障和事故。
六、结论
电涌保护器的电路根据不同需要，有不同的形式，其基本元器件就是上面介紹的几种，一个技术精通的防雷产品研究工作者，可设计出五花八门的电路，好似一盒积木可搭出不同的结构图案。研制出既有效又性能价格比好的产品，是防雷工作者的重任。