浪涌保護(hù)器

浪涌保護(hù)器，也叫防雷器，是一種為各種電子設(shè)備、儀器儀表、通訊線(xiàn)路提供安全防護(hù)的電子裝置。當(dāng)電氣回路或者通信線(xiàn)路中因?yàn)橥饨绲母蓴_突然產(chǎn)生尖峰電流或者電壓時(shí)，浪涌保護(hù)器能在極短的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通分流，從而避免浪涌對(duì)回路中其他設(shè)備的損害。

浪涌保護(hù)器，適用于交流50/60HZ，額定電壓220V/380V的供電系統(tǒng)中，對(duì)間接雷電和直接雷電影響或其他瞬時(shí)過(guò)壓的電涌進(jìn)行保護(hù)，適用于家庭住宅、第三產(chǎn)業(yè)以及工業(yè)領(lǐng)域電涌保護(hù)的要求。

中文名

浪涌保護(hù)器

外文名

Surge protection Device

又 稱(chēng)

電涌保護(hù)器、防雷器

領(lǐng) 域

雷電防護(hù)

術(shù)語(yǔ)

接閃器 Air-termination system

用于直接接受或承受雷擊的金屬物體和金屬結(jié)構(gòu)，如：避雷針、避雷帶（線(xiàn)）、避雷網(wǎng)等。

引下線(xiàn) Down conductor system

連接接閃器與接地裝置的金屬導(dǎo)體。

接地裝置 Earth termination system

接地體和接地體連接導(dǎo)體的總和。

接地體 Earth electrode

埋入地中直接與大地接觸的金屬導(dǎo)體。也稱(chēng)接地極。直接與大地接觸的各種金屬構(gòu)件、金屬設(shè)施、金屬管道、金屬設(shè)備等可以兼作接地體，稱(chēng)為自然接地體。

接地體連接導(dǎo)體 Earth conductor

從電氣設(shè)備接地端子接到接地裝置的連接導(dǎo)線(xiàn)或?qū)w，或從需要等電位連接的金屬物體、總接地端子、接地匯總板、總接地排、等電位連接排至接地裝置的連接導(dǎo)線(xiàn)或?qū)w。

直擊雷 Direct lightning flash

直接擊在建筑物、大地或防雷裝置等實(shí)際物體的雷電。

地電位反擊 Back flashover

雷電流經(jīng)過(guò)接地點(diǎn)或接地系統(tǒng)而引起該區(qū)域地電位的變化。地電位反擊會(huì)引起接地系統(tǒng)電位的變化，可能造成電子設(shè)備、電氣設(shè)備的損壞。

雷電防護(hù)系統(tǒng) Lightning protection system（LPS）

減少雷電對(duì)建筑物、裝置等防護(hù)目標(biāo)造成損害的系統(tǒng)，包括外部和內(nèi)部雷電防護(hù)系統(tǒng)。

.外部雷電防護(hù)系統(tǒng) External lightning protection system

建（構(gòu)）筑物外部或本體的雷電防護(hù)部分，通常由接閃器、引下線(xiàn)和接地裝置組成，用于防直擊雷。

內(nèi)部雷電防護(hù)系統(tǒng) Internal lightning protection system

建（構(gòu)）筑物內(nèi)部的雷電防護(hù)部分，通常由等電位連接系統(tǒng)、共用接地系統(tǒng)、屏蔽系統(tǒng)、合理布線(xiàn)、電涌防護(hù)器等組成，主要用于減小和防止雷電流在防護(hù)空間內(nèi)所產(chǎn)生的電磁效應(yīng)。

發(fā)展歷程

原始的電涌保護(hù)器羊角形間隙，出現(xiàn)于19世紀(jì)末期，用于架空輸電線(xiàn)路，防止雷擊損壞設(shè)備絕緣而造成停電。20世紀(jì)20年代，出現(xiàn)了鋁浪涌保護(hù)器，氧化膜浪涌保護(hù)器和丸式浪涌保護(hù)器。30年代出現(xiàn)了管式浪涌保護(hù)器。50年代出現(xiàn)了碳化硅防雷器。70年代又出現(xiàn)了金屬氧化物浪涌保護(hù)器。現(xiàn)代高壓浪涌保護(hù)器，不僅用于限制電力系統(tǒng)中因雷電引起的過(guò)電壓，也用于限制因系統(tǒng)操作產(chǎn)生的過(guò)電壓。1992年以來(lái)，以德、法為代表的工控標(biāo)準(zhǔn)35mm導(dǎo)軌卡接式可拔插SPD防雷模塊，開(kāi)始大規(guī)模引進(jìn)到中國(guó)，稍后以美、英為代表的一體化箱式電源防雷組合也進(jìn)入了中國(guó)。

基本特點(diǎn)

保護(hù)通流量大，殘壓極低，響應(yīng)時(shí)間快；

采用新滅弧技術(shù)，避免火災(zāi)；

采用溫控保護(hù)電路，內(nèi)置熱保護(hù)；

帶有電源狀態(tài)指示，指示浪涌保護(hù)器工作狀態(tài)；

結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，工作。

分析

引言

雷電災(zāi)害是嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，每年因雷電災(zāi)害造成的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失不計(jì)其數(shù)。隨著電子、微電子集成化設(shè)備的大量應(yīng)用，雷電過(guò)電壓和雷擊電磁脈沖所造成的系統(tǒng)和設(shè)備的損壞越來(lái)越多。因此，盡快解決建筑物和電子信息系統(tǒng)雷電災(zāi)害防護(hù)問(wèn)題顯得十分重要。

隨著相關(guān)設(shè)備對(duì)防雷要求的日益嚴(yán)格，安裝浪涌保護(hù)器(Surge ProtectionDevice,SPD)抑制線(xiàn)路上的浪涌和瞬時(shí)過(guò)電壓、泄放線(xiàn)路上的過(guò)電流成為現(xiàn)代防雷技術(shù)的重要環(huán)節(jié)之一。

雷電的特性

防雷包括外部防雷和內(nèi)部防雷。外部防雷以接閃器(避雷針、避雷網(wǎng)、避雷帶、避雷線(xiàn)）、引下線(xiàn)、接地裝置為主，其主要的功能是為了確保建筑物本體免受直擊雷的侵襲，將可能擊中建筑物的雷電通過(guò)避雷針（帶、網(wǎng)、線(xiàn)）、引下線(xiàn)等泄放入大地。內(nèi)部防雷包括防雷電感應(yīng)、線(xiàn)路浪涌、地電位反擊、雷電波入侵以及電磁與靜電感應(yīng)的措施。其基該方法是采用等電位聯(lián)結(jié)，包括直接連接和通過(guò)SPD間接連接，使金屬體、設(shè)備線(xiàn)路與大地形成一個(gè)有條件的等電位體，將因雷擊和其他浪涌引起的內(nèi)部設(shè)施分流和感應(yīng)的雷電流或浪涌電流泄放入大地，從而保護(hù)建筑物內(nèi)人員和設(shè)備的安全。

雷電的特點(diǎn)是電壓上升非常快（10μs以?xún)?nèi)），峰值電壓高（數(shù)萬(wàn)至數(shù)百萬(wàn)伏），電流大（幾十至幾百千安），維持時(shí)間較短（幾十至幾百微秒），傳輸速度快（以光速傳播），能量非常巨大，是浪涌電壓中破壞力的一種。

分類(lèi)

SPD是電子設(shè)備雷電防護(hù)中的一種裝置，其作用是把竄入電力線(xiàn)、信號(hào)傳輸線(xiàn)的瞬時(shí)過(guò)電壓限制在設(shè)備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi)，或?qū)?的雷電流泄流入地，保護(hù)被保護(hù)的設(shè)備或系統(tǒng)不受沖擊。

工作原理

浪涌保護(hù)器（Surge protection Device）是電子設(shè)備雷電防護(hù)中的一種裝置，過(guò)去常稱(chēng)為

“避雷器"或“過(guò)電壓保護(hù)器"英文簡(jiǎn)寫(xiě)為SPD.浪涌保護(hù)器的作用是把竄入電力線(xiàn)、信號(hào)傳輸線(xiàn)的瞬時(shí)過(guò)電壓限制在設(shè)備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi)，或?qū)?的雷電流泄流入地，保護(hù)被保護(hù)的設(shè)備或系統(tǒng)不受沖擊而損壞。

浪涌保護(hù)器的類(lèi)型和結(jié)構(gòu)按不同的用途有所不同，但它至少應(yīng)包含一個(gè)非線(xiàn)性電壓限制元件。用于浪涌保護(hù)器的基本元器件有：放電間隙、充氣放電管、壓敏電阻、抑制二極管和扼流線(xiàn)圈等。

基本元件

放電間隙（又稱(chēng)保護(hù)間隙）：

它一般由暴露在空氣中的兩根相隔一定間隙的金屬棒組成，其中一根金屬棒與所需保護(hù)設(shè)備的電源相線(xiàn)L1或零線(xiàn)（N）相連，另一根金屬棒與接地線(xiàn)（PE）相連接，當(dāng)瞬時(shí)過(guò)電壓襲來(lái)時(shí)，間隙被擊穿，把一部分過(guò)電壓的電荷引入大地，避免了被保護(hù)設(shè)備上的電壓升高。這種放電間隙的兩金屬棒之間的距離可按需要調(diào)整，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，其缺點(diǎn)是滅弧性能差。改進(jìn)型的放電間隙為角型間隙，它的滅弧功能較前者為好，它是靠回路的電動(dòng)力F作用以及熱氣流的上升作用而使電弧熄滅的。

氣體放電管：

它是由相互離開(kāi)的一對(duì)冷陰板封裝在充有一定的惰性氣體（Ar）的玻璃管或陶瓷管內(nèi)組成的。為了提高放電管的觸發(fā)概率，在放電管內(nèi)還有助觸發(fā)劑。這種充氣放電管有二極型的，也有三極型的，

氣體放電管的技術(shù)參數(shù)主要有：直流放電電壓Udc；沖擊放電電壓Up（一般情況下Up≈（2～3）Udc；工頻耐受電流In；沖擊耐受電流Ip；絕緣電阻R gt;109Ω）；極間電容（1-5PF）

氣體放電管可在直流和交流條件下使用，其所選用的直流放電電壓Udc分別如下：在直流條件下使用：Udc≥1.8U0（U0為線(xiàn)路正常工作的直流電壓）

在交流條件下使用：U dc≥1.44Un（Un為線(xiàn)路正常工作的交流電壓有效值）

壓敏電阻：

它是以ZnO為主要成分的金屬氧化物半導(dǎo)體非線(xiàn)性電阻，當(dāng)作用在其兩端的電壓達(dá)到一定數(shù)值后，電阻對(duì)電壓十分敏感。它的工作原理相當(dāng)于多個(gè)半導(dǎo)體P-N的串并聯(lián)。壓敏電阻的特點(diǎn)是非線(xiàn)性特性好（I=CUα中的非線(xiàn)性系數(shù)α），通流容量大（～2KA/cm2），常態(tài)泄漏電流小（10-7～10-6A），殘壓低（取決于壓敏電阻的工作電壓和通流容量），對(duì)瞬時(shí)過(guò)電壓響應(yīng)時(shí)間快（～10-8s），無(wú)續(xù)流。

壓敏電阻的技術(shù)參數(shù)主要有：壓敏電壓（即開(kāi)關(guān)電壓）UN，參考電壓Ulma；殘壓Ures；殘壓比K（K=Ures/UN）；通流容量Imax；泄漏電流；響應(yīng)時(shí)間。

壓敏電阻的使用條件有：壓敏電壓：UN≥[（√2×1.2）/0.7]U0（U0為工頻電源額定電壓）

小參考電壓：Ulma≥（1.8～2）Uac （直流條件下使用）

Ulma≥（2.2～2.5）Uac（在交流條件下使用，Uac為交流工作電壓）

壓敏電阻的參考電壓應(yīng)由被保護(hù)電子設(shè)備的耐受電壓來(lái)確定，應(yīng)使壓敏電阻的殘壓低于被保護(hù)電子設(shè)備的而損電壓水平，即（Ulma）max≤Ub/K，上式中K為殘壓比，Ub為被保護(hù)設(shè)備的而損電壓。

抑制二極管：

抑制二極管具有箝位限壓功能，它是工作在反向擊穿區(qū)，由于它具有箝位電壓低和動(dòng)作響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)，特別適合用作多級(jí)保護(hù)電路中的末幾級(jí)保護(hù)元件。抑制二極管在擊穿區(qū)內(nèi)的伏安特性可用下式表示：I=CUα，上式中α為非線(xiàn)性系數(shù)，對(duì)于齊納二極管α=7～9，在雪崩二極管α=5～7.

用途

浪涌也叫突波，顧名思義就是超出正常工作電壓的瞬間過(guò)電壓。本質(zhì)上講，浪涌是發(fā)生在僅僅幾百萬(wàn)分之一秒時(shí)間內(nèi)的一種劇烈脈沖，可能引起浪涌的原因有：重型設(shè)備、短路、電源切換或大型發(fā)動(dòng)機(jī)。而含有浪涌阻絕裝置的產(chǎn)品可以有效地吸收突發(fā)的巨大能量，以保護(hù)連接設(shè)備免于受損。