电涌保护器概述（交流和直流电源，数据线，同轴，燃气管）

电涌保护设备（或电涌抑制器或电涌分流器）是旨在保护电气设备免受电压尖峰影响的设备或设备。 电涌保护器试图通过阻止或短路任何超过安全阈值的有害电压来限制提供给电气设备的电压。 本文主要讨论与将电压尖峰转移（短路）到地面的保护器类型相关的规格和组件。 但是，其他方法也有所涵盖。

带有内置电涌保护器和多个插座的电源条
术语浪涌保护设备（SPD）和瞬态电压浪涌抑制器（TVSS）用于描述通常安装在配电板，过程控制系统，通信系统和其他重型工业系统中的电气设备，目的是防止电涌和尖峰，包括雷电引起的浪涌和尖峰。 这些设备的按比例缩小版本有时会安装在住宅服务入口的配电盘中，以保护家庭中的设备免遭类似的危害。

交流电涌保护器概述

瞬态过电压概述

电子设备以及电话和数据处理系统的用户必须面对使该设备运行的问题，尽管雷电会引起瞬态过电压。 造成这种情况的原因有很多：（1）电子组件的高度集成使设备更加脆弱；（2）服务中断是不可接受的；（3）数据传输网络覆盖了大面积区域，并且受到了更多的干扰。

瞬态过电压有三个主要原因：

• 闪电
• 工业和开关浪涌
• 静电放电（ESD）

闪电

自本杰明·富兰克林（Benjamin Franklin）在1749年进行首次研究以来，对闪电进行了调查，自相矛盾的是，它对我们高度电子化的社会构成了越来越大的威胁。

闪电形成

在两个带相反电荷的区域之间（通常在两个暴风云之间或一个云与地面之间）会产生闪电。

闪光灯可能会传播数英里，以连续的跳跃向地面前进：领导者创造了一个高度电离的通道。 当它到达地面时，会发生真正的闪光或回程。 然后，数万安培的电流将通过电离通道从地面流到云，反之亦然。

直接雷电

在放电时，有一个脉冲电流，其峰值范围为1,000至200,000安培，上升时间约为几微秒。 这种直接作用是电气和电子系统损坏的一小部分，因为它高度局限。
最好的保护仍然是经典的避雷针或避雷系统（LPS），旨在捕获放电电流并将其传导到特定点。

间接影响

间接雷电影响分为三种：

对架空线的影响

这样的线路非常裸露，可能被雷电直接击中，这将首先部分或完全破坏电缆，然后引起高浪涌电压，这些浪涌电压自然地沿着导体传播到与线路连接的设备上。 损坏的程度取决于撞击与设备之间的距离。

地电位上升

闪电在地面中的流动会导致接地电位的增加，该电位会根据电流强度和当地的接地阻抗而变化。 在可能连接到多个地面（例如建筑物之间的链路）的安装中，罢工将引起很大的电位差，并且连接到受影响网络的设备将被破坏或严重破坏。

电磁辐射

可以将闪光灯视为几英里高的天线，它承载着十分之几千安培的脉冲电流，并辐射出强烈的电磁场（在超过1km时几千kV / m）。 这些场会在设备附近或设备上的线路中感应出很强的电压和电流。 这些值取决于距闪光灯的距离和链接的属性。

工业浪潮
工业浪涌涵盖了由打开或关闭电源引起的现象。
工业激增是由以下原因引起的：

• 起动电动机或变压器
• 霓虹灯和钠灯启动器
• 开关电源网络
• 开关感应电路中的“反弹”
• 保险丝和断路器的操作
• 电源线下降
• 接触不良或间歇

这些现象会产生几千kV的瞬变，其上升时间约为微秒，这会扰动连接了干扰源的网络中的设备。

静电过电压

在电学上，人的电容范围为100至300皮法拉，并且可以通过在地毯上行走来拾取高达15kV的电荷，然后触摸一些导电物体并在几微秒内放电，电流约为XNUMX安培。 所有集成电路（CMOS等）都非常容易受到这种干扰的影响，通常可以通过屏蔽和接地来消除这种干扰。

过电压的影响

按照重要性从高到低的顺序，过电压会对电子设备产生多种类型的影响：

破坏：

• 半导体结的电压击穿
• 破坏元件的结合
• 破坏PCB或触点的走线
• dV / dt破坏试验/晶闸管。

干扰操作：

• 锁存器，晶闸管和三端双向可控硅开关的随机操作
• 清除记忆
• 程序错误或崩溃
• 数据和传输错误

早衰：

暴露于过电压的组件的寿命较短。

电涌保护器件

电涌保护器件（SPD）是解决过压问题的公认且有效的解决方案。 但是，为了获得最大的效果，必须根据应用程序的风险来选择它，并根据现有技术规则进行安装。

直流电源电涌保护器概述

背景和保护注意事项

公用设施互动式或并网太阳能光伏（PV）系统是非常苛刻且成本高昂的项目。 他们通常要求太阳能光伏系统要运行几十年才能产生理想的投资回报。
许多制造商将保证系统使用寿命超过20年，而逆变器通常只能保证5至10年。 所有成本和投资回报都是根据这些时间段计算的。 但是，由于这些应用程序的暴露性质以及其与AC公用电网的互连，许多光伏系统尚未达到成熟。 带有金属框架并安装在露天或屋顶上的太阳能光伏阵列可作为很好的避雷针。 因此，谨慎地购买电涌保护器或SPD可以消除这些潜在威胁，从而最大程度地延长系统预期寿命。 全面的电涌保护系统的成本不到系统总支出的1％。 确保使用UL1449第4版的组件和类型1组件（1CA），以确保您的系统具有市场上最好的浪涌保护。

要分析安装的完整威胁级别，我们必须进行风险评估。

• 运营停机风险–雷电严重且市电不稳定的区域更加脆弱。
• 功率互连风险–太阳能光伏阵列的表面积越大，直接和/或感应雷电浪涌的风险就越大。
• 应用表面积风险–交流电网可能是开关瞬变和/或感应雷电浪涌的来源。
• 地理风险–系统停机的后果不仅限于设备更换。 额外的损失可能来自订单丢失，闲散的工人，加班，客户/管理人员不满意，加快的运费和加快的运输成本。

推荐做法

1）接地系统

电涌保护器将瞬变电流旁路到接地系统。 具有相同电势的低阻抗接地路径对于电涌保护器的正常运行至关重要。 所有电源系统，通信线路，接地的和不接地的金属物体都需要等电位联结，以使保护方案有效地工作。

2）从外部光伏阵列到电气控制设备的地下连接

如果可能的话，外部太阳能光伏阵列与内部电源控制设备之间的连接应该在地下或电气屏蔽，以限制直接雷击和/或耦合的风险。

3）协调保护计划

所有可用的电源和通信网络都应采用浪涌保护来解决，以消除光伏系统的漏洞。 这将包括主交流市电电源，逆变器交流输出，逆变器直流输入，PV串组合器以及其他相关数据/信号线，例如千兆以太网，RS-485、4-20mA电流环路，PT-100，RTD和电话调制解调器。

数据线电涌保护设备概述

数据线概述

电信和数据传输设备（PBX，调制解调器，数据终端，传感器等）越来越容易受到雷电感应的电压浪涌的影响。 由于它们可能跨多个不同的网络进行连接，因此它们变得更加敏感，复杂，并且对诱发电涌的脆弱性增加。 这些设备对于公司的通信和信息处理至关重要。 因此，请确保他们免受这些潜在的代价高昂和破坏性事件的影响。 串联安装在敏感设备正前方的数据线电涌保护器将延长其使用寿命，并保持信息流的连续性。

电涌保护器技术

所有LSP电话和数据线电涌保护器均基于可靠的多级混合电路，该电路结合了重型气体放电管（GDT）和快速响应的硅雪崩二极管（SAD）。 这种电路可提供

• 5kA标称放电电流（15次无破坏，符合IEC 61643）
• 不到1纳秒的响应时间
• 故障安全断开系统
• 低电容设计最大程度地减少了信号损失

选择电涌保护器的参数

要为您的安装选择正确的电涌保护器，请牢记以下几点：

• 额定和最大线电压
• 最大线电流
• 行数
• 数据传输速度
• 连接器类型（螺丝端子，RJ，ATT110，QC66）
• 安装（DIN导轨，表面安装）

装置

为了有效，必须按照以下原则安装电涌保护器。

电涌保护器和被保护设备的接地点必须连接在一起。
保护装置安装在设备的服务入口处，以尽快转移脉冲电流。
电涌保护器必须安装在距离受保护设备不到90英尺或30米以内的位置。 如果不能遵循此规则，则必须在设备附近安装辅助电涌保护器。
接地导体（在保护器的接地输出和安装连接电路之间）必须尽可能短（小于1.5英尺或0.50米），并且横截面积至少为2.5平方毫米。
接地电阻必须遵守当地的电气规范。 无需特殊接地。
受保护的电缆和未受保护的电缆必须分开放置，以限制耦合。

标准

通信线路电涌保护器的测试标准和安装建议必须符合以下标准：

UL497B：数据通信和火警电路保护器
IEC 61643-21：通信线路电涌保护器的测试
IEC 61643-22; 通信线路电涌保护器的选择/安装
NF EN 61643-21：通信线路电涌保护器的测试
指南UTE C15-443：电涌保护器的选择/安装

特殊条件：防雷系统

如果要保护的建筑物配备了LPS（防雷系统），则需要对安装在建筑物服务入口处的电信或数据线路的电涌保护器进行测试，使其在最小10 / 350us的直接雷电冲击波形下进行测试。浪涌电流为2.5kA（D1类测试IEC-61643-21）。

同轴电涌保护器概述

无线电通信设备保护

部署在固定，游牧或移动应用中的无线电通信设备特别容易受到雷击，因为它们在裸露区域中使用。 对服务连续性的最常见中断是由瞬态电涌引起的，瞬态电涌是由直接雷击到天线杆，周围的接地系统或在这两个区域之间的连接上引起的。
CDMA，GSM / UMTS，WiMAX或TETRA基站中使用的无线电设备必须考虑这种风险，以确保服务不中断。 LSP为射频（RF）通信线路提供了三种特定的电涌保护技术，分别适用于每个系统的不同操作要求。

射频电涌保护技术
气管直流通过保护
P8AX系列

气体放电管（GDT）直流通过保护是唯一可用于超高频传输（高达6 GHz）的电涌保护组件，因为它的电容非常低。 在基于GDT的同轴电涌保护器中，GDT并联连接在中心导体和外部屏蔽之间。 该设备在达到其击穿电压时，在过压状态下运行，并且线路短暂短路（电弧电压）并从敏感设备转移开来。 跳火电压取决于过电压的上升前沿。 过电压的dV / dt越高，电涌保护器的击穿电压就越高。 当过电压消失后，气体放电管将返回其正常的被动高度绝缘状态，并准备再次运行。
GDT固定在专门设计的支架中，该支架可在发生大的电涌事件时最大程度地传导电流，如果由于使用寿命终止而需要维护，则仍很容易移除。 P8AX系列可用于运行DC电压高达-/ + 48V DC的同轴线上。

混合保护
DC Pass – CXF60系列
直流阻塞– CNP-DCB系列

混合式直流通过保护是过滤组件和重型气体放电管（GDT）的结合。 这种设计可提供出色的低残留允许通过电压，以防止由于电瞬变引起的低频干扰，并且仍然具有高浪涌放电电流能力。

四分之一波直流阻断保护
PRC系列

四分之一波隔直保护是一个有源带通滤波器。 它没有活动的组件。 而是将主体和相应的短截线调谐到所需波长的四分之一。 这仅允许特定的频带通过本机。 由于雷电仅在很小的频谱上运行，从几百kHz到几MHz，它和所有其他频率都短路接地。 可以根据应用选择非常窄带或宽带的PRC技术。 浪涌电流的唯一限制是关联的连接器类型。 通常，一个7/16 Din连接器可以处理100kA 8 / 20us，而一个N型连接器可以处理高达50kA 8 / 20us。

标准

UL497E –天线引入导体保护器

选择同轴电涌保护器的参数

正确选择适合您的应用的电涌保护器所需的信息如下：

• 频率范围
• 线电压
• 连接器类型
• 性别类型
• 安装
• 专业技术

安装

同轴电涌保护器的正确安装在很大程度上取决于其与低阻抗接地系统的连接。 必须严格遵守以下规则：

• 等电位接地系统：设备的所有连接导体必须相互互连，然后再连接回接地系统。
• 低阻抗连接：同轴电涌保护器需要与接地系统建立低电阻连接。
  

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气体排放概述

保护PC板级组件

如今，基于微处理器的电子设备由于其较高的芯片密度，二进制逻辑功能以及跨不同网络的连接而变得更加敏感，保护起来更加复杂，因此更容易受到雷电引起的电压浪涌和电开关瞬变的影响。 这些设备对于公司的通信和信息处理至关重要，通常会对底线产生影响。 因此，请务必确保他们免受这些潜在的代价高昂和破坏性事件的影响。 气体放电管或GDT可以用作独立组件，也可以与其他组件结合使用以构成多级保护电路–气体管充当高能处理组件。 由于GDT的电容非常低，因此通常被部署在通信和数据线直流电压应用的保护中。 但是，它们在交流电源线上提供了非常诱人的优势，包括无泄漏电流，高能量处理能力和更好的使用寿命。

气体排放管技术

气体放电管可以被认为是一种非常快速的开关，其电导特性在发生击穿时从开路到准短路（电弧电压约为20V）变化非常快。 因此，气体放电管的性能有四个工作区域：

GDT可以被认为是一种动作非常快的开关，当发生击穿并从开路转换为准短路时，其导通的特性会非常迅速地变化。 结果是大约20V DC的电弧电压。 在电子管完全切换之前，有四个操作阶段。

• 非工作范围：以几乎无限的绝缘电阻为特征。
• 辉光域：击穿时，电导突然增加。 如果气体放电管排出的电流小于约0.5A（不同组件之间的粗略值），则端子两端的低压将在80-100V范围内。
• 电弧状态：随着电流的增加，气体放电管将从低压转变为电弧电压（20V）。 气体放电管是最有效的，因为在不增加端子间电弧电压的情况下，电流放电可以达到几千安培。
• 消光：在大致等于低压的偏置电压下，气体放电管覆盖了其初始绝缘性能。

三电极配置

用两个2电极气体放电管保护两线制线路（例如电话对）可能会导致以下问题：
如果保护线在共模下承受过电压，则火花过电压的分散度（+/- 20％），其中一个气体放电管会在很短的时间内产生火花，而另一根气体放电管（通常为几微秒）之前会产生火花，因此，火花过大的导线接地（忽略了电弧电压），将共模过电压转换为差模过电压。 这对于受保护的设备非常危险。 当第二个气体放电管电弧放电（几毫秒后）时，风险消失。
3电极的几何形状消除了此缺点。 一极的火花几乎会立即（几纳秒）导致设备整体故障，因为只有一个充满气体的外壳可容纳所有受影响的电极。

生命尽头

气体放电管经设计可承受许多脉冲，而不会破坏或丧失初始特性（典型的脉冲测试是每种极性的10倍x 5kA脉冲）。

另一方面，持续的非常大的电流，即10秒内为15A rms，模拟了从交流电源线掉落到电信线上的情况，将使GDT立即停止工作。

如果需要故障安全寿命，即检测到线路故障时会向最终用户报告故障的短路，则应选择具有故障安全功能的气体放电管（外部短路） 。

选择放气管

• 正确选择适合您的应用的电涌保护器所需的信息如下：
  直流火花过电压（伏特）
• 脉冲火花过电压（伏特）
• 放电电流容量（kA）
• 绝缘电阻（Gohms）
• 电容（pF）
• 安装（表面安装，标准引线，定制引线，固定器）
• 包装（卷带，弹药包装）

可用的直流火花过电压范围：

• 最低75V
• 平均230V
• 高压500V
• 极高电压1000至3000V

*耐击穿电压的公差通常为+/- 20％

放电电流

这取决于气体的性质，电极的体积和材料及其处理方式。 这是GDT的主要特征，也是GDT与其他保护器件（例如压敏电阻，齐纳二极管等）的区别所在。典型值是5至20kA，标准组件的脉冲为8 / 20us。 这是气体放电管在不破坏或更改其基本规格的情况下可以反复承受的值（至少10个脉冲）。

脉冲跳火电压

在陡峭的前部（dV / dt = 1kV / us）时的火花过电压； 脉冲火花过电压随着dV / dt的增加而增加。

绝缘电阻和电容

这些特性使排气管在正常工作条件下几乎不可见。 绝缘电阻非常高（> 10 Gohm），而电容非常低（<1 pF）。

标准

通信线路电涌保护器的测试标准和安装建议必须符合以下标准：

• UL497B：数据通信和火警电路保护器

安装

为了有效，必须按照以下原则安装电涌保护器。

• 电涌保护器和被保护设备的接地点必须连接在一起。
• 保护装置安装在设备的服务入口处，以尽快转移脉冲电流。
• 电涌保护器必须安装在距离受保护设备不到90英尺或30米以内的位置。 如果不能遵循此规则，则必须在设备附近安装辅助电涌保护器
• 接地导体（在保护器的接地输出和安装连接电路之间）必须尽可能短（小于1.5英尺或0.50米），并且横截面积至少为2.5平方毫米。
• 接地电阻必须遵守当地的电气规范。 无需特殊接地。
• 受保护的电缆和未受保护的电缆必须分开放置，以限制耦合。

维护

LSP气体放电管在正常情况下不需要维护或更换。 它们旨在承受反复的高强度浪涌电流而不会造成损坏。
但是，为最坏的情况进行计划是谨慎的，因此， LSP设计为在可行的情况下更换保护组件。 数据线电涌保护器的状态可以用LSP的SPT1003型号进行测试。 该单元旨在测试电涌保护器的直流火花过电压，钳位电压和线路连续性（可选）。 SPT1003是带有数字显示屏的紧凑型按钮单元。 测试仪的电压范围是0到999伏。 它可以测试单个组件，例如GDT，二极管，MOV或专为AC或DC应用而设计的独立设备。

特殊条件：防雷系统

如果要保护的建筑物配备了LPS（防雷系统），则需要对安装在建筑物服务入口的电信，数据线或交流电源线的电涌保护器进行直接雷电冲击10 / 350us波形测试。最小浪涌电流为2.5kA（D1类测试IEC-61643-21）。