基本信息

浪涌保護(hù)器

　　原始的浪涌保護(hù)器羊角形間隙，出現(xiàn)于19世紀(jì)末期，用于架空輸電線路，雷擊損壞設(shè)備緣而造成停電，故稱“浪涌保護(hù)器”。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)了碳化硅雷器。70年代又出現(xiàn)了金屬氧化物浪涌保護(hù)器?，F(xiàn)代高壓浪涌保護(hù)器，不用于限制電力系統(tǒng)中因雷電引起的過電壓，也用于限制因系統(tǒng)操作產(chǎn)生的過電壓。  

突波

      浪涌也叫突波，顧名思義就是出正常工作電壓的過電壓。本質(zhì)上講，浪涌是發(fā)生在幾分之一秒時(shí)間內(nèi)的一種劇烈脈沖，?？赡芤鹄擞康脑蛴校褐匦驮O(shè)備、短路、電源切換或大型發(fā)動(dòng)機(jī)。而含有浪涌阻裝置的產(chǎn)品可以地吸收突發(fā)的大能量，以保護(hù)連接設(shè)備免于受損。 

雷器

　　浪涌保護(hù)器，也叫雷器，是一種為各種電子設(shè)備、儀器儀表、通訊線路提供護(hù)的電子裝置。當(dāng)電氣回路或者通信線路中因?yàn)橥饨绲母蓴_突然產(chǎn)生電流或者電壓時(shí)，浪涌保護(hù)器能在短的時(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。 

基本與特點(diǎn) 

·　保護(hù)通流量大，殘壓低，響應(yīng)時(shí)間快；  

·    采用新滅弧技術(shù)，徹底避免火災(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)，工作穩(wěn)定。 

分析浪涌保護(hù)器

　　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)備的損壞越來越多。因此,盡快解決建筑物和電子信息系統(tǒng)雷電災(zāi)害護(hù)問題顯得十分重要。 

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

1　雷電的特性 

　　雷包括外部雷和內(nèi)部雷。外部雷以接閃器(避雷針、避雷網(wǎng)、避雷帶、避雷線)、引下線、接地裝置為主,其主要的功能是為了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避雷針(帶、網(wǎng)、線)、引下線等泄放入大地。內(nèi)部雷包括雷電感應(yīng)、線路浪涌、地電位反擊、雷電波入侵以及電磁與靜電感應(yīng)的措施。其基本方法是采用等電位聯(lián)結(jié),包括直接連接和通過SPD間接連接,使金屬體、設(shè)備線路與大地形成一個(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。 

　　雷電的特點(diǎn)是電壓上升快(10μs以內(nèi)),峰值電壓高(數(shù)萬至伏),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(以傳播),能量大,是浪涌電壓中具破壞力的一種。 

2　浪涌保護(hù)器的分類 

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

2. 1　按工作原理分類 

　　按其工作原理分類, SPD可以分為電壓開關(guān)型、限壓型及組合型。 

(1)電壓開關(guān)型SPD。在沒有瞬時(shí)過電壓時(shí)呈現(xiàn)高阻,一旦響應(yīng)雷電瞬時(shí)過電壓,其阻就突變?yōu)榈妥?/SPAN>,允許雷電流通過,也被稱為“短路開關(guān)型SPD”。 

(2)限壓型SPD。當(dāng)沒有瞬時(shí)過電壓時(shí),為高阻,但隨電涌電流和電壓的增加,其阻會(huì)不斷減小,其電流電壓特性為強(qiáng)烈非線性,有時(shí)被稱為“鉗壓型SPD”。 

(3)組合型SPD。由電壓開關(guān)型組件和限壓型組件組合而成,可以顯示為電壓開關(guān)型或限壓型或兩者兼有的特性,這決定于所加電壓的特性。 

2. 2　按用途分類 

　　按其用途分類, SPD可以分為電源線路SPD和信號(hào)線路SPD兩種。 

2. 2. 1　電源線路SPD 

　　由于雷擊的能量是大的,需要通過分級(jí)泄放的方法,將雷擊能量逐步泄放到大地。在直擊雷非護(hù)區(qū)(LPZ0A)或在直擊雷護(hù)區(qū)(LPZ0B)與護(hù)區(qū)(LPZ1)交界處,安裝通過Ⅰ級(jí)分類試驗(yàn)的浪涌保護(hù)器或限壓型浪涌保護(hù)器作為級(jí)保護(hù),對(duì)直擊雷電流進(jìn)行泄放,或者當(dāng)電源傳輸線路遭受直接雷擊時(shí),將傳導(dǎo)的大能量進(jìn)行泄放。在護(hù)區(qū)之后的各分區(qū)(包含LPZ1區(qū))交界處安裝限壓型浪涌保護(hù)器,作為二、三級(jí)或更保護(hù)。第二級(jí)保護(hù)器是針對(duì)前級(jí)保護(hù)器的殘余電壓以及區(qū)內(nèi)感應(yīng)雷擊的護(hù)設(shè)備,在前級(jí)發(fā)生較大雷擊能量吸收時(shí),仍有一部分對(duì)設(shè)備或第三級(jí)保護(hù)器而言是相當(dāng)大的能量,會(huì)傳導(dǎo)過來,需要第二級(jí)保護(hù)器進(jìn)一步吸收。同時(shí),經(jīng)過級(jí)雷器的傳輸線路也會(huì)感應(yīng)雷擊電磁脈沖輻射。當(dāng)線路長時(shí),感應(yīng)雷的能量就變得大,需要第二級(jí)保護(hù)器進(jìn)一步對(duì)雷擊能量實(shí)施泄放。第三級(jí)保護(hù)器對(duì)通過第二級(jí)保護(hù)器的殘余雷擊能量進(jìn)行保護(hù)。根據(jù)被保護(hù)設(shè)備的耐壓等級(jí),假如兩級(jí)雷就可以做到限制電壓低于設(shè)備的耐壓水平,就要做兩級(jí)保護(hù);假如設(shè)備的耐壓水平較低,可能需要四級(jí)甚至更多級(jí)的保護(hù)。 

　　選擇SPD,先需要了解一些參數(shù)及其工作原理。 

(1) 10/350μs波是模擬直擊雷的波形,波形能量大; 8/20μs波是模擬雷電感應(yīng)和雷電傳導(dǎo)的波形。 

(2)標(biāo)稱放電電流In是指流過SPD、8/20μs電流波的峰值電流。 

(3)放電電流Imax又稱為通流量,指使用8/20μs電流波沖擊SPD能承受的放電電流。 

(4)持續(xù)耐壓Uc(rms)指可連續(xù)施加在SPD上的交流電壓值或直流電壓。 

(5)殘壓Ur指在額定放電電流In下的殘壓值。 

(6)保護(hù)電壓Up表征SPD限制接線端子間的電壓特性參數(shù),其值可從優(yōu)選值的列表中選取,應(yīng)大于限制電壓的值。 

(7)電壓開關(guān)型SPD主要泄放的是10/350μs電流波,限壓型SPD主要泄放的是8/20μs 

浪涌保護(hù)器工作原理圖
  “避雷器”或“過電壓保護(hù)器”英文簡寫為SPD.浪涌保護(hù)器的作用是把竄入電力線、信號(hào)傳輸線的瞬時(shí)過電壓限制在設(shè)備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi)，或?qū)?qiáng)大的雷電流泄流入地，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、抑制二管和扼流線圈等。 

浪涌保護(hù)器的基本元器件

1.放電間隙（又稱保護(hù)間隙）： 

　　它一般由暴露在空氣中的兩根相隔間隙的金屬棒組成，其中一根金屬棒與所需保護(hù)設(shè)備的電源相線L1或線（N）相連，另一根金屬棒與接地線（PE）相連接，當(dāng)瞬時(shí)過電壓襲來時(shí)，間隙被擊穿，把一部分過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。 

2.氣體放電管： 

　　它是由相互離開的一對(duì)冷陰板封裝在充有的惰性氣體（Ar）的玻璃管或陶瓷管內(nèi)組成的。為了放電管的觸發(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型的，也有三型的， 

　　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；緣電阻R（>109Ω）；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為線路正常工作的交流電壓值） 

3.壓敏電阻： 

　　它是以ZnO為主要成分的金屬氧化物半導(dǎo)體非線性電阻，當(dāng)作用在其兩端的電壓數(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)是非線性特性好（I=CUα中的非線性系數(shù)α），通流容量大（～2KA/cm2），常態(tài)泄漏電流?。?/SPAN>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)過電壓響應(yīng)時(shí)間快（～10-8s），無續(xù)流。 

　　壓敏電阻的技術(shù)參數(shù)主要有：壓敏電壓（即開關(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。 

4.抑制二管： 

　　抑制二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)，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為非線性系數(shù)，對(duì)于齊納二管α=7～9，在雪崩二管α=5～7. 

抑制二管的技術(shù)參數(shù)主要有

　?。?SPAN>1）額定擊穿電壓，它是指在指定反向擊穿電流（常為lma）下的擊穿電壓，這于齊納二管額定擊穿電壓一般在2.9V～4.7V范圍內(nèi)，而雪崩二管的額定擊穿電壓常在5.6V～200V范圍內(nèi)。 

　?。?SPAN>2）箝位電壓：它是指管子在通過規(guī)定波形的大電流時(shí)，其兩端出現(xiàn)的電壓。 

　?。?SPAN>3）脈沖功率：它是指在規(guī)定的電流波形（如10/1000μs）下，管子兩端的箝位電壓與管子中電流等值之積。 

　?。?SPAN>4）反向變位電壓：它是指管子在反向泄漏區(qū)，其兩端所能施加的電壓，在此電壓下管子不應(yīng)擊穿。此反向變位電壓應(yīng)明顯高于被保護(hù)電子系統(tǒng)的運(yùn)行電壓峰值，也即不能在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)處于弱導(dǎo)通狀態(tài)。 

　?。?SPAN>5）泄漏電流：它是指在反向變位電壓作用下，管子中流過的反向電流。 

　?。?SPAN>6）響應(yīng)時(shí)間：10-11s 

5.扼流線圈：扼流線圈是一個(gè)以鐵氧體為磁芯的共模干擾抑制器件，它由兩個(gè)尺寸相同，匝數(shù)相同的線圈對(duì)稱地繞制在同一個(gè)鐵氧體環(huán)形磁芯上，形成一個(gè)四端器件，要對(duì)于共模信號(hào)呈現(xiàn)出大電感具有抑制作用，而對(duì)于差模信號(hào)呈現(xiàn)出很小的漏電感幾乎不起作用。扼流線圈使用在平衡線路中能地抑制共模干擾信號(hào)（如雷電干擾），而對(duì)線路正常傳輸?shù)牟钅Ｐ盘?hào)無影響。 

扼流線圈在制作時(shí)應(yīng)滿下要求：

1）繞制在線圈磁芯上的導(dǎo)線要相互緣，以在瞬時(shí)過電壓作用下線圈的匝間不發(fā)生擊穿短路。 

2）當(dāng)線圈流過瞬時(shí)大電流時(shí)，磁芯不要出現(xiàn)飽和。 

3）線圈磁芯應(yīng)與線圈緣，以在瞬時(shí)過電壓作用下兩者之間發(fā)生擊穿。 

4）線圈應(yīng)盡可能繞制單層，這樣做可減小線圈的寄生電容，增強(qiáng)線圈對(duì)瞬時(shí)過電壓的而授能力。 

6. 1/4波長短路器 

      1/4波長短路器是根據(jù)雷電波的頻譜分析和天饋線的駐波理論所制作的微波信號(hào)浪涌保護(hù)器，這種保護(hù)器中的金屬短路棒長度是根據(jù)工作信號(hào)頻率（如900MHZ或1800MHZ）的1/4波長的大小來確定的。此并聯(lián)的短路棒長度對(duì)于該工作信號(hào)頻率來說，其阻大，相當(dāng)于開路，不影響該信號(hào)的傳輸，但對(duì)于雷電波來說，由于雷電能量主要分布在n+KHZ以下，此短路棒對(duì)于雷電波阻很小，相當(dāng)于短路，雷電能量級(jí)被泄放入地。 

　　由于1/4波長短路棒的直徑一般為幾毫米，因此耐沖擊電流性能好，可30KA（8/20μs）以上，而且殘壓很小，此殘壓主要是由短路棒的自身電感所引起的，其不足之處是工頻帶較窄，帶寬約為2%～20%左右，另一個(gè)缺點(diǎn)是不能對(duì)天饋設(shè)施加直流偏置，使某些應(yīng)用受到限制。 

SPD的基本電路

　　浪涌保護(hù)器的電路根據(jù)不同需要，有不同的形式，其基本元器件就是上面介紹的幾種，一個(gè)技術(shù)精通的雷產(chǎn)品研究工作者，可設(shè)計(jì)出五花八門的電路，好似一盒積木可搭出不同的結(jié)構(gòu)圖案。研制出既又性能價(jià)格比好的產(chǎn)品，是雷工作者的重任。 

浪涌保護(hù)器（也稱雷器）的分級(jí)護(hù)

　　由于雷擊的能量是大的，需要通過分級(jí)泄放的方法，將雷擊能量逐步泄放到大地。級(jí)雷器可以對(duì)于直接雷擊電流進(jìn)行泄放，或者當(dāng)電源傳輸線路遭受直接雷擊時(shí)傳導(dǎo)的大能量進(jìn)行泄放，對(duì)于有可能發(fā)生直接雷擊的地方，須進(jìn)行CLASS—I的雷。第二級(jí)雷器是針對(duì)前級(jí)雷器的殘余電壓以及區(qū)內(nèi)感應(yīng)雷擊的護(hù)設(shè)備，對(duì)于前級(jí)發(fā)生較大雷擊能量吸收時(shí)，仍有一部分對(duì)設(shè)備或第三級(jí)雷器而言是相當(dāng)大的能量會(huì)傳導(dǎo)過來，需要第二級(jí)雷器進(jìn)一步吸收。同時(shí)，經(jīng)過級(jí)雷器的傳輸線路也會(huì)感應(yīng)雷擊電磁脈沖輻射LEMP，當(dāng)線路長感應(yīng)雷的能量就變得大，需要第二級(jí)雷器進(jìn)一步對(duì)雷擊能量實(shí)施泄放。第三級(jí)雷器是對(duì)LEMP和通過第二級(jí)雷器的殘余雷擊能量進(jìn)行保護(hù)。