1 雷电灾害与过电压危害

雷电是自然界中一种瞬间放电现象，同时还伴随着雷声，具有高电流、高电压、变化快、放电时间短、幅射强等特征。雷电灾害是联合国公布的最严重的十种自然灾害之一。全球每天约发生800万次雷电，每年因雷击造成的人员伤亡超过万人；因雷电引起的火灾以及大量建筑物、电力设施和电子通讯设备损坏等，造成经济损失约50~100亿美元。

我国雷电灾害最严重的地区为长江以南的各省市，尤其是沿海各省市、地区更为严重，每年雷暴日平均在80天以上（见图1）。
雷电的灾害和破坏力极大，仅靠外部防雷（避雷针等）是不够的，雷电波会直接或间接地通过电磁感应侵入各电气通道和金属管道（如电源线、信号线和金属管道等）。由此产生的雷电流、过电压和电涌电压将对电器设备、通讯系统产生很大的危害，轻则损坏线路，重则破坏电器设备，使系统瘫痪，造成难以估量的损失（见图2）。

强大的雷电流将导致室内电位的提高，而使设备与地之间产生很高的电压，此电压将损坏相应的设备。迅速变化的雷电流，会在电气环路和双股导线上感应产生高电压导致系统的绝缘被破坏。
电力系统的各种操作能在电力线路上产生操作过电压，一些电器设备的开关操作、供电系统的电感性和电容性负载，短路跳闸等都会在电源线路中产生过电压（电涌电压），其脉冲电压可达到线电压的3~5倍，对用电设备也会产生危害。

2 SPD电涌保护器的原理和作用

进入21世纪，信息产业作为国民经济支柱产业之一，并以信息化带动工业化为发展目标，目前计算机电子系统和网络的应用已普及到各行业、各部门乃至家庭，数量与日俱增。为了信息网络的安全，减少损失，学采用限制和防止瞬时过电压和泄放电涌电流的电器，在平时的工作中称为“浪涌保护器”“电漏保护器”“防雷器”等
电涌保护器用了一种非线性特性的压敏电阻，在正常情况下，电涌保护器处于极高的电阻状态，漏电流几乎为零以保证电源系统正常供电。当电源系统出现上述情况的过电压时，电涌保护器立即在纳秒级的时间内迅速导通，将该过电压的幅值限止在设备的安全工作范围内，同时，释放过电压的能量。随后，保护器又迅速的变为高电阻状态。因而不会影响电源系统的正常供电。

1990年起，国内有少数的工厂生产额定放电流In值较小的电涌保护器（简称SPD），并在通信、科研和军事工程等重要项目上采用。1995年后，德、法、英、美等国产品纷纷进入中国市场，并在重要部门、工程中使用。2000年前后，国内有许多工厂开始生产SPD产品，但都是小规模生产。近几年来，国内生产工厂、生产规模、产品数量发展很快，每年都在大幅度的增长，主要生产厂集中在乐清柳市（电器之都），其次是上海、北京和广州等地。

3 SPD电涌保护器的标准化

按照我国的技术政策，“编制新的国家标准时，有IEC标准的，应等效采用IEC标准，如现有标准修订时，也应采用新的IEC标准”。因此，我国新编的SPD国家标准与IEC61643是等同的；同时在《建筑物防雷设计规范》修订中，列入了IEC的防雷电磁脉冲和防雷等内容。由于我国各地区和各行业存在不同的雷害程度和技术要求，因此，允许使用它们自己的行业标准。以下为相类国家标准和行业标准：

（1）GB/T18802.12-2006/IEC61643-12:2002《低压配电系统的电涌保护器（SPD），第12部分：选择和使用导则》（国家标准——等同采用国际标准）；

（2）GB18802.1-2002《低压配电系统的电涌保护器》（国家标准）；

（3）GB50057-94（2000修订版）《建筑物防雷设计规范》（国家标准）；

（4）DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（国家电力公司标准）；

（5）YD5098-2001《通信局雷电过电压保护工程设计规范》（信息产业部标准）；

（6）YD/T1235.12-2002《通信局（站）低压配电系统用电涌保护器技术要求和试验方法》（信息产业部标准）；

（7）GA173-2002《计算机信息系统防雷保安器》（公安部标准）；

（8）GA267-2003《计算机信息系统防雷电磁脉冲安全保护规程》（公安部标准）；

（9）QX10.1-2002《电涌保护器，第一部分：性能要求与试验方法》（气象局标准）。

以上标准，有的与IEC相关的技术标准等同，有的局部等同，有的一分为二，有的合二为一，有的自成一套。但与IEC雷电保护器标准《等同采用》是开发设计新产品标准的推荐的首选标准（GB/T18802.12-2006/IEC61643-12：2002）《国家标准—等同采用国际标准》，采用这一标准更为适合我国的SPD电涌保护器产品与国际产品标准接轨。

4 新一代SPD电涌保护器产品的设计要求

（1）压敏电阻器：它是关键、核心器件，采用最新大容量浪涌吸收元件MOV芯片，该压敏电阻元件要经过严格的老化筛选检测，质量要稳定。

（2）产品应具有通流容量大，输出残压低、对过电压响应快速（动作时间小于25ns）等优点，能有效地保护用电设备。

（3）加装失效脱扣装置，当保护器因过热、击穿失效时，能自动将其从电网上脱离。

（4）壳体和基座为增强阻燃材料（PA66尼龙材料和PBT工程塑料），符合电气安全标准和环保材料。

（5）产品可附加报警遥信远程控制功能（FS）、声光报警功能（AS）和遥信电压监控等。

（6）故障显示功能：透明指示窗彩色变化（绿色-正常，红色-故障）可以一目了然，显示其工作状态。

（7）采用模块化设计和封装结构，便于模块化检测和安装（见图4、图6）。

（8）采用标准35mm电气安装导轨，尺寸标准统一，体积小，便于安装和更换。

5 SPD电涌保护器的关键元件和材料选用

（1）底座壳体与模块壳体（见图5、图6）：材料选用环保型阻燃增强尼龙66（PA66）或环保型工程塑料PBT，要选择符合电气安全标准和符合环境保护要求的材料压制。特别是出口欧盟的产品，必须选用符合欧盟两个环保指令中明确规定的“在电气设备中限制使用含有铅、汞、镉、六价铬、多溴二苯醚和多溴联苯等六种有毒物质的材料”的要求，使产品真正达到环保要求。推荐采用的环保材料为浙江某公司生产的环保型尼龙和环保型阻燃增强材料PBT。

（2）关键件、核心元件高能MOV芯片（压敏电阻器）：选用质量好、运行可靠的，并经过严格的老化筛选，特别是模块封装后，受检率和合格率必须是100%，一定要在模块检测合格后才能进行组装。

推荐选用防雷型压敏电阻器（MOV芯片）的厂商：
①常州某公司生产的CJA系列压敏电阻器（取得国际UL认证）。
②西安某公司生产的MYL11系列防雷型压敏电阻器。
③上海某公司生产的LT系列压敏电阻器（北京雷电防护装置测试中心检测合格）。

（3）大电流熔断器——导电片（见图7）：材料选用T1-Y2纯铜板，厚0.5，镀银，外形尺寸6×28，中心孔为4×14（该中心孔很关键，对大电流产生热电阻，产生熔断作用）。

（4）导电带——软联接（见图7）：采用T1紫铜丝编带（尺寸厚1.0×5.0宽×35长），通过点焊与大电流熔断器（导电片）联接，另一端与镀银电极（导电片）铆压联接在一起。

（5）镀银电极——接触板（见图7）：采用1.5厚，T1-Y2纯铜板，镀银，接触板两端插接处进行倒角0.4~0.5——便于插接，否则模块不易插拔。

（6）温度保险（见图7）——铜导电带与MOV芯片另一端电极焊接在一起；焊接采用低温焊锡（110℃左右熔化），或采用上海电器科学研究所合金分所研制的无毒120℃熔化、易焊的合金材料——低温焊锡，可供选用。但是需特别注意：不能用普通焊锡焊接，否则温度保险就失去作用，而且还可能存在着引发雷电火灾的不安全隐患。

6 SPD电涌保护器的安装与应用说明

（1）SPD可连接L（相线）、N（中性线）、PE（保护线间），如L-L、L-N、L-PE，它们的连接方式称为保护模式，并与供电系统的接地型式有关。

（2）用量较多的是C级模块电涌保护器系列，一般安装在LPZOB或LPZ1区或LPZ2区的交界处，即II级，通常安装在分配电柜/箱内。

（3）按GB50054-95《低压配电设计规范》规定，供电系统的接地型式可分为TN-S系统（三相五线）、TN-C系统（三相四线）、TN-C-S系统（由三相四线改为三相五线）、IT系统（三相三线）和TT系统（三相四线）等

（4）广泛用于电源第二级雷电保护，通常安装在分配电柜处；楼层配电箱、计算机中心、电信机房、保安监控中心、有线电视机房、楼宇自控室、电梯控制室、消防中心、工业自控室、医院手术室、监护室及装有电子医疗设备的配电箱内；也可安装在六层以下的住宅照明配电箱和分散型别墅的住户配电箱内。

（5）电涌保护器前必须加装熔断器（按额定电流能力选用：即第一级SPD前置熔断器为63A；第二级SPD前置熔断器为32A；第三级SPD前置熔断器为25A或16A），作为保护器后备保险装置。

（6）保护器适用于室内安装，室外应加防水措施。

（7）所有接线必须保证牢固可靠，电气联接、防雷接地应符合防雷规范要求（接地电阻应小于等于10Ω，对于计算机场地的接地电阻要求小于等于4Ω），并且接地线尽量做到短而直，接地电阻越小，散流就越快，危险性也就越小。

7 SPD电涌保护器产品检测试验

（1）SPD电涌保护器产品在大批投产之前必须要经过国家权威的检测机构进行严格检测合格。
检测试验依据是GB/T18802.12-2006/IEC61643-12：2002《低压配电系统的电涌保护器（SPD）第12部分：选择和使用导则》。

（2）推荐（MOV芯片）常州市某公司生产的压敏电阻器元件的测试仪器为：
①CJ1001压敏电阻直流参数仪；
②CJ1002智能压敏电阻直流参数仪；
③CJ1007压敏电阻直流参数仪；
④CJ1009防雷元件测试仪。
以上几种MOV芯片测试仪的实用效果较好，并适用于大批量生产、流水线检测。

（3）推荐SPD电涌保护器产品检测试验的单位为：
①电力工业部电气设备质量检测中心；
②铁道部产品质量监督检测中心；
③上海雷电防护装置测试中心；
④北京雷电防护装置测试中心；
⑤上海电器科研究所低压电器试验分所；
⑥国家信息产业部及赛宝检测中心