电涌保护设备用于电源网络，电话网络以及通信和自动控制总线。

2.4电涌保护器（SPD）

电涌保护设备（SPD）是电气安装保护系统的组成部分。

该设备并联在其必须保护的负载的电源电路上（见图J17）。 它也可以在电源网络的所有级别上使用。

这是最常用和最有效的过电压保护类型。

原则

SPD旨在限制来自大气的瞬态过电压并将电流波转移到大地，以便将该过电压的幅度限制为对电气安装，电气开关设备和控制装置无害的值。

SPD消除了过电压：

• 在共模下，在相线和中线或地线之间；
• 在差动模式下，在相线和零线之间。 如果过电压超过工作阈值，则浪涌保护器
• 以共模方式将能量传导到地球；
• 以差分模式将能量分配给其他带电导体。

SPD的三种类型：

• 键入1 SPD

在服务行业和工业建筑的特定情况下，建议使用1型SPD，并由防雷系统或网状笼子保护。 它可以防止电气设备遭受直接雷击。 它可以释放雷电从接地导体传播到网络导体的反向电流。

1型SPD的特征在于10/350μs的电流波。

• 键入2 SPD

2型SPD是所有低压电气装置的主要保护系统。 它安装在每个电气配电盘中，可防止电气设备中的过电压扩散并保护负载。

2型SPD的特征是电流波形为8/20μs。

• 键入3 SPD

这些浪涌保护器的放电容量低。 因此，必须强制将它们安装为2型SPD的补充，并安装在敏感负载附近。 3型浪涌保护器的特征在于电压波（1.2 / 50μs）和电流波（8/20μs）的组合。

SPD规范性定义

2.4.1 SPD的特征

国际标准IEC 61643-11版本1.0（03/2011）定义了连接到低压配电系统的SPD的特性和测试（请参见图J19）。

• 共同特征

-U_c：最大连续工作电压

这是交流或直流电压，高于此电压时SPD变为活动状态。 该值是根据额定电压和系统接地布置选择的。

-U_p：电压保护等级（在I_n)

这是SPD处于活动状态时两端之间的最大电压。 当在SPD中流动的电流等于I时达到此电压_n。 选择的电压保护等级必须低于负载的过电压承受能力（请参阅第3.2节）。 如果发生雷击，浪涌保护器两端的电压通常保持小于U_p.

- 一世_n：额定放电电流

这是SPD能够放电8次的20/15μs波形电流的峰值。

• 键入1 SPD

- 一世_IMP：当前冲动

这是SPD能够放电10次的350/5μs波形电流的峰值。

- 一世_fi：自动熄灭跟随电流

仅适用于火花隙技术。

这是SPD闪络后能够自行中断的电流（50 Hz）。 在安装时，该电流必须始终大于预期的短路电流。

• 键入2 SPD

- 一世_最大：最大放电电流

这是SPD能够放电一次的8/20μs波形电流的峰值。

• 键入3 SPD

-U_oc：在III类（3类）测试中施加的开路电压。

2.4.2主要应用

• 低压SPD

从技术和用途的角度来看，此术语指定了非常不同的设备。 低压SPD是模块化的，可以很容易地安装在LV配电盘内部。 也有适用于电源插座的SPD，但这些设备的放电容量低。

• 通讯网络的SPD

这些设备可以保护电话网络，交换网络和自动控制网络（总线）免受外部（雷电）和电源网络内部的过电压（污染设备，开关设备操作等）的影响。

这样的SPD也可以安装在RJ11，RJ45等连接器中，也可以集成到负载中。

3电气安装保护系统的设计

为了保护建筑物中的电气安装，适用以下简单规则：

• 浪涌保护器;
• 它是保护系统。

3.1设计规则

对于配电系统，用于定义防雷系统并选择浪涌保护器以保护建筑物中的电气安装的主要特征是：

• SPD

– SPD的数量；

- 类型;

–定义SPD的最大放电电流I的暴露水平_最大.

• 短路保护装置

–最大放电电流I_最大;

–短路电流I_sc 在安装时。

下图J20中的逻辑图说明了此设计规则。

选择SPD的其他特性是为电气安装预先定义的。

• SPD中的极数；
• 电压保护等级U_p;
• 工作电压U_c.

J3小节更详细地描述了根据设施，要保护的设备和环境的特征选择保护系统的标准。

3.2保护系统的要素

必须始终将SPD安装在电气安装的起点。

3.2.1 SPD的位置和类型

在安装开始时要安装的SPD的类型取决于是否存在防雷系统。 如果建筑物装有防雷系统（根据IEC 62305），则应安装1型SPD。

对于在安装的引入端安装的SPD，IEC 60364安装标准为以下2个特征规定了最小值：

• 额定放电电流I_n = 5 kA（8/20）微秒；
• 电压保护等级U_p （在我_n）<2.5 kV。

要安装的其他SPD的数量取决于：

• 场地的大小以及安装连接导体的难度。 在大型站点上，必须在每个子配电柜的输入端安装SPD。
• 将要保护的敏感负载与输入端保护设备分开的距离。 当负载位于距进线端保护装置30米以上的位置时，有必要在敏感负载附近提供额外的精细保护。 波浪反射现象从10米开始增加（请参阅第6.5节）
• 暴露的风险。 在非常暴露的位置的情况下，输入端SPD不能同时确保雷电流的高流量和足够低的电压保护水平。 特别地，类型1 SPD通常伴随有类型2 SPD。

下表J21中的表格显示了根据上述两个因素设置的SPD的数量和类型。

3.4选择1型SPD

3.4.1脉冲电流I_IMP

• 如果没有关于要保护的建筑物类型的国家法规或特定法规，则冲击电流I_IMP 根据IEC 12.5-10-350，每个分支应至少为60364 kA（5/534μs波）。

• 在存在法规的地方：标准62305-2定义了4个级别：I，II，III和IV，图J31中的表显示了I的不同级别_IMP 在监管情况下。

3.4.2自熄跟随电流I_fi

此特性仅适用于采用火花隙技术的SPD。 自动熄灭跟随电流I_fi 必须始终大于预期的短路电流I_sc 在安装时。

3.5选择2型SPD

3.5.1最大放电电流I_最大

最大放电电流Imax是根据相对于建筑物位置的估计暴露水平定义的。

最大放电电流值（I_最大）由风险分析确定（请参见图J32中的表）。

3.6外部短路保护装置（SCPD）的选择

保护装置（热和短路）必须与SPD配合使用，以确保可靠的运行，即

• 确保服务的连续性：

–承受雷电流波；

–不会产生过多的残留电压。

• 确保有效保护各种类型的过电流：

–压敏电阻的热失控导致过载；

–低强度短路（阻抗）；

–高强度短路。

3.6.1 SPD使用寿命即将结束时应避免的风险

• 由于老化

在由于老化而自然寿命终止的情况下，保护属于热保护类型。 带压敏电阻的SPD必须具有一个内部隔离开关，以禁用SPD。

注意：由于热失控而导致的寿命终止与带有气体放电管或封装的火花隙的SPD无关。

• 由于故障

由于短路故障而导致寿命终止的原因有：

–超出最大放电容量。

此故障会导致严重的短路。

–配电系统故障（中性/相转换，中性

断开）。

–压敏电阻逐渐劣化。

后两个故障导致阻抗短路。

必须保护设备免于因这些类型的故障而造成的损坏：上面定义的内部（热）隔离开关没有时间预热，因此无法运行。

应该安装一种能够消除短路的特殊设备，称为“外部短路保护设备（外部SCPD）”。 它可以由断路器或保险丝装置实现。

3.6.2外部SCPD（短路保护装置）的特性

外部SCPD应与SPD协调。 它旨在满足以下两个约束：

耐雷电流

承受雷电流是SPD外部短路保护设备的基本特征。

外部SCPD不得在I连续15次冲击电流时跳闸_n.

承受短路电流

• 分断能力 由安装规则（IEC 60364标准）确定：

外部SCPD的分断能力应等于或大于安装点处的预期短路电流Isc（根据IEC 60364标准）。

• 防止短路的装置

特别是，阻抗短路会消耗大量能量，因此应尽快消除，以防止损坏设备和SPD。

SPD及其外部SCPD之间的正确关联必须由制造商提供。

3.6.3外部SCPD的安装模式

• 设备“串联”

当由要保护的网络的通用保护设备（例如，设备上游的连接断路器）执行保护时，SCPD被描述为“串联”（见图J33）。

• 设备“并行”

当专门由与SPD相关的保护设备执行保护时，SCPD被描述为“并行”（见图J34）。

• 如果该功能由断路器执行，则外部SCPD被称为“断开断路器”。
• 断开断路器可能集成在SPD中，也可能未集成到SPD中。

注意：对于带有气体放电管或封装的火花隙的SPD，SCPD允许在使用后立即切断电流。

注意：符合IEC 61008或IEC 61009-1标准的S型剩余电流设备符合此要求。

3.7.1与上游保护装置的配合

与过电流保护装置配合使用

在电气设备中，外部SCPD是与保护设备相同的设备：这使得可以将区分和级联技术应用于保护计划的技术和经济优化。

与剩余电流装置配合

如果将SPD安装在漏电保护装置的下游，则该漏电保护装置应为“ si”型或选择性型，对脉冲电流至少3 kA（8/20μs电流）具有抗扰性。

4 SPD的安装

SPD与负载的连接应尽可能短，以减小受保护设备端子上的电压保护级别（已安装）。 到网络和接地端子的SPD连接的总长度不应超过50厘米。

4.1连接

保护设备的基本特征之一是最大电压保护等级（安装在_p）设备可以承受的终端。 因此，应选择电压保护等级为U的SPD。_p 适于保护设备（见图J38）。 连接导体的总长度为

L = L1 + L2 + L3。

对于高频电流，此连接的每单位长度的阻抗约为1μH/ m。

因此，将伦兹定律应用于此连接：∆U = L di / dt

因此，电流幅度为8 kA的归一化20/8μs电流波会导致每米电缆1000 V的电压上升。

ΔU= 1 x 10^-6 × 8 × 10³ / 8 × 10^-6 = 1000 V.

结果，安装在UP上的设备端子两端的电压为：

已安装的U_p =U_p + U1 + U2

如果L1 + L2 + L3 = 50 cm，并且波为8/20μs，幅度为8 kA，则设备端子两端的电压将为U_p + 500V。

4.1.1在塑料外壳中的连接

下图J39a显示了如何在塑料外壳中连接SPD。

4.1.2在金属外壳中的连接

对于在金属外壳中的开关柜组件，明智的做法是将SPD直接连接到金属外壳，并使用该外壳作为保护导体（见图J39b）。

此布置符合标准IEC 61439-2，并且ASSEMBLY制造商必须确保外壳的特性使其可以使用。

4.1.3导体横截面

建议的最小导体横截面考虑到：

• 提供的常规服务：在最大压降（50厘米法则）下的雷电流流。

注意：与50 Hz的应用不同，雷电是高频现象，导体截面积的增加并不会大大降低其高频阻抗。

• 导体承受的短路电流：在最大保护系统切断时间期间，导体必须承受短路电流。

IEC 60364建议在安装输入端的最小横截面为：

– 4毫米² （Cu）用于连接2型SPD;

– 16毫米² （Cu）用于连接1型SPD（存在防雷系统）。

4.2布线规则

• 规则1：要遵守的第一条规则是，网络（通过外部SCPD）与接地端子块之间的SPD连接的长度不应超过50厘米。

图J40显示了连接SPD的两种可能性。

• 规则2：受保护的馈线的导体：

–应连接至外部SCPD或SPD的端子；

–应与污染的引入导体物理隔离。

它们位于SPD和SCPD端子的右侧（请参见图J41）。

• 规则3：进入的馈线相线，中性线和保护（PE）导线应彼此并排走线，以减小回路表面（见图J42）。
• 规则4：浪涌保护器的输入导体应远离受保护的输出导体，以免被耦合污染（见图J42）。
• 规则5：电缆应固定在外壳的金属部件上（如果有的话），以最小化框架回路的表面，从而受益于EM干扰的屏蔽作用。

在所有情况下，必须检查配电盘和外壳的框架是否通过非常短的连接接地。

最后，如果使用屏蔽电缆，则应避免过长，因为它们会降低屏蔽效率（见图J42）。

5应用程序

5.1安装示例

解决方案和原理图

• 电涌放电器选择指南使得可以确定设备输入端的电涌放电器和相关的隔离断路器的精确值。
• 作为敏感设备（U_p <1.5 kV）距进来的保护装置30 m以上，必须将精细保护电涌放电器安装在尽可能靠近负载的位置。
• 为确保冷藏室区域更好的服务连续性：

–将使用“ si”型剩余电流断路器，以避免雷电波通过时由于地电位升高而造成的误跳闸。

• 为了防止大气过电压：

–在主配电盘中安装电涌放电器

–在每个配电盘（1和2）中安装一个良好保护的避雷器，向距离进来的避雷器30 m以上的敏感设备供电

–在电信网络上安装一个电涌放电器，以保护所提供的设备，例如火警，调制解调器，电话，传真。

布线建议

–确保建筑物接地端子的等电位。

–减小环形电源电缆的面积。

安装建议

• 安装一个Imax = 40 kA（8/20μs）的电涌放电器和一个额定电流为60 A的iC20隔离断路器。
• 安装Imax = 8 kA（8/20μs）的精细保护电涌放电器以及相关的额定值为60的iC20隔离断路器。