電湧保護設備用於電源網絡，電話網絡以及通信和自動控制總線。

2.4電湧保護器（SPD）

電湧保護設備（SPD）是電氣安裝保護系統的組成部分。

該設備並聯在其必須保護的負載的電源電路上（見圖J17）。 它也可以在電源網絡的所有級別上使用。

這是最常用和最有效的過電壓保護類型。

原則

SPD旨在限制來自大氣的瞬態過電壓並將電流波轉移到大地，以便將該過電壓的幅度限制為對電氣安裝，電氣開關設備和控制裝置無害的值。

SPD消除了過電壓：

• 在共模下，在相線和中線或地線之間；
• 在差動模式下，在相線和零線之間。 如果過電壓超過工作閾值，則浪湧保護器
• 以共模方式將能量傳導到地球；
• 以差分模式將能量分配給其他帶電導體。

SPD的三種類型：

• 鍵入1 SPD

在服務行業和工業建築的特定情況下，建議使用1型SPD，並由防雷系統或網狀籠子保護。 它可以防止電氣設備遭受直接雷擊。 它可以釋放雷電從接地導體傳播到網絡導體的反向電流。

1型SPD的特徵在於10/350μs的電流波。

• 鍵入2 SPD

2型SPD是所有低壓電氣裝置的主要保護系統。 它安裝在每個電氣配電盤中，可防止過電壓在電氣設備中擴散並保護負載。

2型SPD的特徵是電流波形為8/20μs。

• 鍵入3 SPD

這些浪湧保護器的放電容量低。 因此，必須強制將其安裝為2型SPD的補充，並安裝在敏感負載附近。 3型浪湧保護器的特徵在於電壓波（1.2 / 50μs）和電流波（8/20μs）的組合。

SPD規範定義

2.4.1 SPD的特徵

國際標準IEC 61643-11版本1.0（03/2011）定義了連接到低壓配電系統的SPD的特性和測試（請參見圖J19）。

• 共同特徵

- 或者_c：最大連續工作電壓

這是交流或直流電壓，高於此電壓時SPD變為活動狀態。 該值是根據額定電壓和系統接地佈置選擇的。

- 或者_p：電壓保護等級（在I_n)

這是激活時SPD端子兩端的最大電壓。 當在SPD中流動的電流等於I時達到此電壓_n。 選擇的電壓保護等級必須低於負載的過電壓承受能力（請參閱第3.2節）。 如果發生雷擊，浪湧保護器兩端的電壓通常保持小於U_p.

- 一世_n：額定放電電流

這是SPD能夠放電8次的20/15μs波形電流的峰值。

• 鍵入1 SPD

- 一世_IMP：當前衝動

這是SPD能夠放電10次的350/5μs波形電流的峰值。

- 一世_fi：自動熄滅跟隨電流

僅適用於火花隙技術。

這是SPD閃絡後能夠自行中斷的電流（50 Hz）。 在安裝時，該電流必須始終大於預期的短路電流。

• 鍵入2 SPD

- 一世_最大：最大放電電流

這是SPD能夠放電一次的8/20μs波形電流的峰值。

• 鍵入3 SPD

- 或者_oc：在III類（3類）測試中施加的開路電壓。

2.4.2主要應用

• 低壓SPD

從技術和使用的角度來看，此術語指定了非常不同的設備。 低壓SPD採用模塊化設計，可輕鬆安裝在LV配電盤內部。 也有適用於電源插座的SPD，但這些設備的放電容量低。

• 通訊網絡的SPD

這些設備可保護電話網絡，交換網絡和自動控製網絡（總線）免受外部（雷電）和電源網絡內部的過電壓（污染設備，開關設備操作等）的影響。

這樣的SPD也可以安裝在RJ11，RJ45等連接器中，也可以集成到負載中。

3電氣安裝保護系統的設計

為了保護建築物中的電氣安裝，適用以下簡單規則：

• 浪湧保護器;
• 它是保護系統。

3.1設計規則

對於配電系統，用於定義防雷系統並選擇浪湧保護器以保護建築物中的電氣安裝的主要特徵是：

• SPD

– SPD的數量；

- 類型;

–定義SPD的最大放電電流I的暴露水平_最大.

• 短路保護裝置

–最大放電電流I_最大;

–短路電流I_sc 在安裝時。

下圖J20中的邏輯圖說明了此設計規則。

選擇SPD的其他特性是為電氣安裝預先定義的。

• SPD中的極數；
• 電壓保護等級U_p;
• 工作電壓U_c.

J3小節更詳細地描述了根據設施，要保護的設備和環境的特徵選擇保護系統的標準。

3.2保護系統的要素

必須始終將SPD安裝在電氣安裝的起點。

3.2.1 SPD的位置和類型

在安裝開始時要安裝的SPD的類型取決於是否存在防雷系統。 如果建築物裝有防雷系統（按照IEC 62305），則應安裝1型SPD。

對於在安裝的引入端安裝的SPD，IEC 60364安裝標準為以下2個特徵規定了最小值：

• 額定放電電流I_n = 5 kA（8/20）微秒；
• 電壓保護等級U_p （在我_n）<2.5 kV。

要安裝的其他SPD的數量取決於：

• 場地的大小以及安裝連接導體的難度。 在大型站點上，必須在每個子配電櫃的輸入端安裝SPD。
• 將要保護的敏感負載與輸入端保護設備分開的距離。 當負載位於距離進線端保護裝置30米以上的位置時，有必要在敏感負載附近提供額外的精細保護。 波浪反射現像從10米開始增加（請參閱第6.5節）
• 暴露的風險。 在非常暴露的位置的情況下，輸入端SPD既不能確保雷電流的高流量又不能確保足夠低的電壓保護水平。 特別地，類型1 SPD通常伴隨有類型2 SPD。

下表J21中的表格顯示了根據上述兩個因素設置的SPD的數量和類型。

3.4選擇1型SPD

3.4.1脈衝電流I_IMP

• 如果沒有關於要保護建築物類型的國家法規或特定法規，則衝擊電流I_IMP 根據IEC 12.5-10-350，每個分支應至少為60364 kA（5/534μs波）。

• 在有規定的地方：標準62305-2定義了4個級別：I，II，III和IV，圖J31中的表格顯示了不同的I級別_IMP 在監管情況下。

3.4.2自熄跟隨電流I_fi

此特性僅適用於採用火花隙技術的SPD。 自動熄滅跟隨電流I_fi 必須始終大於預期的短路電流I_sc 在安裝時。

3.5選擇2型SPD

3.5.1最大放電電流I_最大

最大放電電流Imax是根據相對於建築物位置的估計暴露水平定義的。

最大放電電流值（I_最大）由風險分析確定（請參見圖J32中的表）。

3.6外部短路保護裝置（SCPD）的選擇

保護裝置（熱和短路）必須與SPD配合使用，以確保可靠的運行，即

• 確保服務的連續性：

–承受雷電流波；

–不會產生過多的殘留電壓。

• 確保有效保護各種類型的過電流：

–壓敏電阻的熱失控導致過載；

–低強度短路（阻抗）；

–高強度短路。

3.6.1 SPD使用壽命即將結束時應避免的風險

• 由於老化

在由於老化而自然壽命終止的情況下，保護屬於熱保護類型。 帶壓敏電阻的SPD必須具有一個內部隔離開關，以禁用SPD。

注意：由於熱失控而導致的壽命終止與帶有氣體放電管或密封火花隙的SPD無關。

• 由於故障

由於短路故障而導致壽命終止的原因有：

–超出最大放電容量。

此故障會導致嚴重的短路。

–配電系統故障（中性/相轉換，中性

斷開）。

–壓敏電阻逐漸劣化。

後兩個故障導致阻抗短路。

必須保護設備免於因這些類型的故障而造成的損壞：上面定義的內部（熱）隔離開關沒有時間預熱，因此無法運行。

應該安裝一種能夠消除短路的特殊設備，稱為“外部短路保護設備（外部SCPD）”。 它可以通過斷路器或保險絲裝置實現。

3.6.2外部SCPD（短路保護裝置）的特性

外部SCPD應與SPD協調。 它旨在滿足以下兩個約束：

耐雷電流

承受雷電流是SPD外部短路保護設備的基本特徵。

外部SCPD不得在I連續15次沖擊電流時跳閘_n.

承受短路電流

• 分斷能力 由安裝規則（IEC 60364標準）確定：

外部SCPD的分斷能力應等於或大於安裝點的預期短路電流Isc（根據IEC 60364標準）。

• 防止短路的裝置

特別是，阻抗短路會消耗大量能量，因此應盡快消除，以防止損壞設備和SPD。

SPD及其外部SCPD之間的正確關聯必須由製造商提供。

3.6.3外部SCPD的安裝模式

• 設備“串聯”

當由要保護的網絡的通用保護設備（例如，設備上游的連接斷路器）執行保護時，SCPD被描述為“串聯”（見圖J33）。

• 設備“並行”

當專門由與SPD相關的保護設備執行保護時，SCPD被描述為“並行”（見圖J34）。

• 如果該功能由斷路器執行，則外部SCPD被稱為“斷開斷路器”。
• 隔離斷路器可以集成在SPD中，也可以不集成在SPD中。

注意：對於帶有氣體放電管或封裝的火花隙的SPD，SCPD允許在使用後立即切斷電流。

注意：符合IEC 61008或IEC 61009-1標準的S型剩餘電流設備符合此要求。

3.7.1與上游保護裝置的配合

與過電流保護裝置配合使用

在電氣設備中，外部SCPD是與保護設備相同的設備：這使得可以將區分和級聯技術應用於保護計劃的技術和經濟優化。

與剩餘電流裝置配合

如果將SPD安裝在漏電保護裝置的下游，則該漏電保護裝置應為“ si”型或選擇性型，對脈衝電流至少3 kA（8/20μs電流）具有抗擾性。

4 SPD的安裝

SPD與負載的連接應盡可能短，以減小受保護設備端子上的電壓保護級別（已安裝）。 到網絡和接地端子的SPD連接的總長度不應超過50厘米。

4.1連接

保護設備的基本特徵之一是最大電壓保護等級（安裝在_p）設備可以承受的終端。 因此，應選擇電壓保護等級為U的SPD。_p 適於保護設備（見圖J38）。 連接導體的總長度為

L = L1 + L2 + L3。

對於高頻電流，此連接的每單位長度的阻抗約為1μH/ m。

因此，將倫茲定律應用於此連接：∆U = L di / dt

因此，電流幅度為8 kA的歸一化20/8μs電流波會導致每米電纜1000 V的電壓上升。

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

結果，安裝在設備端子上的設備端子上的電壓為：

已安裝的U_p =U_p + U1 + U2

如果L1 + L2 + L3 = 50 cm，並且波為8/20μs，幅度為8 kA，則設備端子兩端的電壓將為U_p + 500V。

4.1.1在塑料外殼中的連接

下圖J39a顯示瞭如何在塑料外殼中連接SPD。

4.1.2在金屬外殼中的連接

對於在金屬外殼中的開關櫃組件，明智的做法是將SPD直接連接到金屬外殼，並使用該外殼作為保護導體（見圖J39b）。

此佈置符合標準IEC 61439-2，並且ASSEMBLY製造商必須確保外殼的特性使其可以使用。

4.1.3導體橫截面

建議的最小導體橫截面考慮到：

• 提供的常規服務：在最大壓降（50厘米法則）下的雷電流流。

注意：與50 Hz的應用不同，雷電是高頻現象，導體截面積的增加並不會大大降低其高頻阻抗。

• 導體承受的短路電流：在最大保護系統切斷時間期間，導體必須承受短路電流。

IEC 60364建議在安裝輸入端的最小橫截面為：

– 4毫米² （Cu）用於連接2型SPD;

– 16毫米² （Cu）用於連接1型SPD（存在防雷系統）。

4.2佈線規則

• 規則1：要遵守的第一條規則是，網絡（通過外部SCPD）與接地端子塊之間的SPD連接的長度不應超過50厘米。

圖J40顯示了連接SPD的兩種可能性。

• 規則2：受保護的饋線的導體：

–應連接至外部SCPD或SPD的端子；

–應與污染的引入導體物理隔離。

它們位於SPD和SCPD端子的右側（請參見圖J41）。

• 規則3：饋線相線，中性線和保護（PE）導線應彼此並排走線，以減小迴路表面（見圖J42）。
• 規則4：浪湧保護器的輸入導體應遠離受保護的輸出導體，以免被耦合污染（見圖J42）。
• 規則5：電纜應固定在外殼的金屬部件上（如果有的話），以最小化框架迴路的表面，從而受益於EM干擾的屏蔽作用。

在所有情況下，必須檢查配電盤和機櫃的框架是否通過非常短的連接接地。

最後，如果使用屏蔽電纜，則應避免較長的電纜，因為它們會降低屏蔽效率（請參見圖J42）。

5應用程序

5.1安裝示例

解決方案和原理圖

• 電湧放電器選擇指南使得可以確定設備輸入端的電湧放電器和相關的隔離斷路器的精確值。
• 作為敏感設備（U_p <1.5 kV）距離進來的保護裝置30 m以上，必須將精細保護電湧放電器安裝在盡可能靠近負載的位置。
• 為確保冷藏室區域更好的服務連續性：

–將使用“ si”型剩餘電流斷路器，以避免雷電波通過時由於地電位升高而造成的誤跳閘。

• 為了防止大氣過電壓：

–在主配電盤中安裝電湧放電器

–在每個配電盤（1和2）中安裝一個良好保護的避雷器，向距離進來的避雷器30 m以上的敏感設備供電

–在電信網絡上安裝一個電湧放電器，以保護所提供的設備，例如火警，調製解調器，電話，傳真。

佈線建議

–確保建築物接地端子的等電位。

–減小環形電源電纜的面積。

安裝建議

• 安裝一個Imax = 40 kA（8/20μs）的電湧放電器和一個額定電流為60 A的iC20隔離斷路器。
• 安裝Imax = 8 kA（8/20μs）的精細保護電湧放電器以及相關的額定值為60的iC20隔離斷路器。