SPD基础及参数

电涌保护器 SPD电涌保护器 surge protective device (SPD) 指目的在于限制瞬态过电压和分走电涌电 流的器件。它至少含有一个非线性元件， 过去常称为“避雷器”或“过电压保护器”。电涌(又称浪涌)和峰值电压电涌和峰值电压(脉冲)是指 “常规 ”电压的增加，通常由剧烈变动或电力需 求的增加而引起。打开大功率电器、吸尘器、空调、洗衣机都可以引发电涌和峰值电 压。任何一种类型的干扰都能够损坏电子设备。超出实际维修范围。另外，恶劣天气 (闪电)和电力公司的日常拉关闸及维修工作都会给电源线带来破坏性的电涌。为什么需要电涌保护器？即使是很小的电涌或峰值电压也可以最终摧毁或影响昂贵的电子设备的性 能，如电脑、电话、传真、电视、音频 /视频设备和其它家用电器和工具。电脑芯片 的普遍使用越发需要电涌保护，因为这些芯片往往对电压波动都十分敏感。电涌保护器如何工作电涌保护器像电力海绵一样，能够吸收危险的额外电压，防止大多数这样的电压 进入您的敏感设备。具有电话线保护功能的防涌插座可给您的用电设备提供最完备的保护， 以防 受到有害电涌侵害。 电涌和尖峰电压会通过电话和电源线破坏或降低您贵重电子设备 的性能水平。完善的电涌保护功能可随时保护诸如计算机、电话机、调制解调器、电 视机及其它家庭电子设备和电器用具。防浪涌插座，可以使您的用电设备及电话设备 防雷击、稳定工作、延长电器使用寿命。产品特点：保护电话/DSL/宽带线路保护高达 45,000 安的最大尖峰电流提供高达 1780 焦耳能级的最大保护过滤电磁 /无线电频率干扰( EMI/RFI )在 1 纳秒内响应以保护设备电涌保护器电涌保护器 (Surge protection Device) 是电子设备雷电防护中不可缺少的一种 装置，过去常称为“避雷器”或“过电压保护器”英文简写为SPD。电涌保护器的作用是 把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内， 或将强大的雷电流泄流入地，保护被保护的设备或系统不受冲击而损坏。电涌保护器的类型和结构按不同的用途有所不同， 但它至少应包含一个非线 性电压限制元件。 用于电涌保护器的基本元器件有：放电间隙、充气放电管、压敏 电阻、抑制二极管和扼流线圈等。一、SPD的分类：%按工作原理分： 1开关型：其工作原理是当没有瞬时过电压时呈现为高阻抗，但一旦响应雷电 瞬时过电压时，其阻抗就突变为低值，允许雷电流通过。用作此类装置时器件有：放 电间隙、气体放电管、闸流晶体管等。2限压型：其工作原理是当没有瞬时过电压时为高阻扰，但随电涌电流和电压 的增加其阻抗会不断减小，其电流电压特性为强烈非线性。用作此类装置的器件有： 氧化锌、压敏电阻、抑制二极管、雪崩二极管等。3分流型或扼流型 分流型：与被保护的设备并联，对雷电脉冲呈现为低阻抗，而对正常工作频率呈 现为高阻抗。扼流型：与被保护的设备串联，对雷电脉冲呈现为高阻抗，而对正常的工作频率 呈现为低阻抗。用作此类装置的器件有：扼流线圈、高通滤波器、低通滤波器、 1/4 波长短路器 等。%按用途分：(1) 电源保护器 ：交流电源保护器、直流电源保护器、开关电源保护器等。交流电源电涌保护器适用于配电室、配电柜、开关柜、交直流配电屏等系统的电源 保护； 建筑物内有室外输入的配电箱、建筑物层配电箱； 用于低压( 220/380VAC) 工业电网和民用电网； 在电力系统中， 主要用于自动化机房、变电站主控制室电源屏内三相电源输 入或输出端。直流电源电涌保护器适用于各种直流电源系统，如：直流配电屏； 直流供电设备； 直流配电箱； 电子信息系统柜； 二次电源设备的输出端。(2) 信号保护器 ：低频信号保护器、高频信号保护器、天馈保护器等。 网络信号电涌保护器 适用范围用于 10/100Mbps SWITCH 、 HUB、 ROUTER 等网络设备的雷击和雷电电磁脉 冲造成的感应过电压保护；网络机房网络交换机防护；网络机房其它带网络接口设备防护；24 口集成防雷箱主要应用于综合网络柜、分交换机柜内多信号通道的集中防护视频信号电涌保护器器 适用范围： 主要用于视频信号设备点对点的协击保护， 可保护各种视频传输设备免受来自信 号传输线的感应雷击和电涌电压带来的危害， 对相同工作电压下的 RF 传输同样适用。 集成式多口视频防雷箱主要应用于综合控制柜内硬盘录像机、 视频切割器等控制设备 的集中防护。信号防雷器安装、接线： 防雷器串联在被保护设备与信号通道之间；防雷器的输入端（IN）与信号通道相连，输出端（OUT）与被保护设备相连并紧靠 被保护设备安装，不能接反； 把防雷器的接地线与防雷系统接地排可靠连接，接线越短越好，最长不能超过 1m。网络信号防雷器使用、维护 本产品无需特别维护。应定期对防雷器进行检查，特别是在雷雨季节前及整个 雷雨期 ;当系统工作出现故障怀疑防雷器时，可拆除防雷器后再检查，若还原到使用前 的状态后系统恢复正常，则说明防雷器已经损坏，必须立即更换。二、SPD的基本元器件及其工作原理：1放电间隙（又称保护间隙 ）：它一般由暴露在空气中的两根相隔一定间隙的金属棒组成（如图15a），其中一根金属棒与所需保护设备的电源相线 L1或零线（N）相连，另一根金属棒与接地线（PE） 相连接，当瞬时过电压袭来时，间隙被击穿，把一部分过电压的电荷引入大地，避免 了被保护设备上的电压升高。这种放电间隙的两金属棒之间的距离可按需要调整，结 构较简单，其缺点时灭弧性能差。改进型的放电间隙为角型间隙，它的灭弧功能较前 者为好，它是 *回路的电动力 F 作用以及热气流的上升作用而使电弧熄灭的。2气体放电管：它是由相互离开的一对冷阴板封装在充有一定的惰性气体（Ar）的玻璃管或陶瓷管内组成的。为了提高放电管的触发概率，在放电管内还有助触发剂。这种充气放电管 有二极型的，也有三极型的，气体放电管的技术参数主要有：直流放电电压Ude;冲击放电电压Up（ 般情况下 Up%23）Udc;工频而授电流In;冲击而授电流Ip；绝缘电阻R（109Q）；极间电容（1- 5PF）气体放电管可在直流和交流条件下使用，其所选用的直流放电电压 Udc 分别如 下：在直流条件下使用：Udc1.8U0 （U0为线路正常工作的直流电压）在交流条件下使用：U dc1.44Un（Un为线路正常工作的交流电压有效值） 3压敏电阻：它是以 ZnO 为主要成分的金属氧化物半导体非线性电阻，当作用在其两端的电 压达到一定数值后， 电阻对电压十分敏感。 它的工作原理相当于多个半导体 P-N 的串 并联。压敏电阻的特点是非线性特性好（l=CUa中的非线性系数a）,通流容量大（ 2KA/cm2 ），常态泄漏电流小（10-710-6A ），残压低（取决于压敏电阻的工作电 压和通流容量），对瞬时过电压响应时间快（10-8S ），无续流。压敏电阻的技术参数主要有：压敏电压（即开关电压）UN，参考电压Ulma；残压Ures；残压比K（K=Ures/UN）；最大通流容量Imax；泄漏电流；响应时间。压敏电阻的使用条件有：压敏电压：UN （1.82）Uac （直流条件下使用 ）Ulma （2.22.5） Uac （在交流条件下使用，Uac为交流工作电压） 压敏电阻的最大参考电压应由被保护电子设备的耐受电压来确定， 应使压敏电阻 的残压低于被保护电子设备的而损电压水平，即 （Ulma）maxsUb/K，上式中K为残压 比， Ub 为被保护设备的而损电压。4抑制二极管：抑制二极管具有箝位限压功能，它是工作在反向击穿区（图19），由于它具有箝位电压低和动作响应快的优点，特别适合用作多级保护电路中的最末几级保护元 件。抑制二极管在击穿区内的伏安特性可用下式表示：l=CUa，上式中a为非线性系 数，对于齐纳二极管a=79，在雪崩二极管a=57。抑制二极管的技术参数主要有（1）额定击穿电压，它是指在指定反向击穿电流（常为 lma ）下的击穿电压， 这于齐纳二极管额定击穿电压一般在 2.9V4.7V 范围内，而雪崩二极管的额定击穿 电压常在 5.6V200V 范围内。（2）最大箝位电压：它是指管子在通过规定波形的大电流时，其两端出现的最 高电压。（3）脉冲功率：它是指在规定的电流波形（如 lO/IOOOps ）下，管子两端的最 大箝位电压与管子中电流等值之积。（4）反向变位电压：它是指管子在反向泄漏区，其两端所能施加的最大电压， 在此电压下管子不应击穿。 此反向变位电压应明显高于被保护电子系统的最高运行电 压峰值，也即不能在系统正常运行时处于弱导通状态。（5）最大泄漏电流：它是指在反向变位电压作用下，管子中流过的最大反向电 流。6）响应时间： 10-11s5扼流线圈：扼流线圈是一个以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件，它由两个尺寸相同，匝数 相同的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上，形成一个四端器件，如图 15e 所示，要对于共模信号呈现出大电感具有抑制作用，而对于差模信号呈现出很小的漏 电感几乎不起作用。扼流线圈使用在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号（如雷电 干扰），而对线路正常传输的差模信号无影响。这种扼流线圈在制作时应满足以下要求：1）绕制在线圈磁芯上的导线要相互绝缘，以保证在瞬时过电压作用下线圈的匝 间不发生击穿短路。2）当线圈流过瞬时大电流时，磁芯不要出现饱和。3）线圈中的磁芯应与线圈绝缘，以防止在瞬时过电压作用下两者之间发生击穿。4）线圈应尽可能绕制单层，这样做可减小线圈的寄生电容，增强线圈对瞬时过 电压的而授能力。6 1/4 波长短路器1/4 波长短路器是根据雷电波的频谱分析和天馈线的驻波理论所制作的微波信号 电涌保护器，其结构如图 21 所示。这种保护器中的金属短路棒长度是根据工作信号 频率（如900MHZ或1800MHZ ）的1/4波长的大小来确定的。此并联的短路棒长度 对于该工作信号频率来说，其阻抗无穷大，相当于开路，不影响该信号的传输，但对 于雷电波来说，由于雷电能量主要分布在 n+KHZ 以下（如图 22 所示），此短路棒对 于雷电波阻抗很小，相当于短路，雷电能量级被泄放入地。由于 1/4 波长短路棒的直径一般为几毫米，因此耐冲击电流性能好，可达到30KA （8/20“s）以上，而且残压很小，此残压主要是由短路棒的自身电感所引起的， 其不足之处是工频带较窄，带宽约为 2%20 %左右，另一个缺点是不能对天馈设施 加直流偏置，使某些应用受到限制。三、SPD的基本电路电涌保护器的电路根据不同需要，有不同的形式，其基本元器件就是上面介 绍的几种，一个技术精通的防雷产品研究工作者，可设计出五花八门的电路，好似一 盒积木可搭出不同的结构图案。研制出既有效又性能价格比好的产品，是防雷工作者 的重任。、电涌保护器的主要参数1、标称电压Un:被保护系统的额定电压相符，在信息技术系统中此参数表明了 应该选用的保护器的类型，它标出交流或直流电压的有效值。2、额定电压 Uc ：能长久施加在保护器的指定端，而不引起保护器特性变化和激 活保护元件的最大电压有效值。3、 额定放电电流Isn:给保护器施加波形为8/20ps的标准雷电波冲击10次时, 保护器所耐受的最大冲击电流峰值。4、最大放电电流Imax:给保护器施加波形为8/20ps的标准雷电波冲击1次时, 保护器所耐受的最大冲击电流峰值。5、 电压保护级别Up :保护器在下列测试中的最大值：1KV/ps斜率的跳火电压； 额定放电电流的残压。6、响应时间tA:主要反应在保护器里的特殊保护元件的动作灵敏度、击穿时间， 在一定时间内变化取决于 du/dt 或 di/dt 的斜率。7、数据传输速率 V:表示在一秒内传输多少比特值，单位：bps；是数据传输 系统中正确选用防雷器的参考值,防雷保护器的数据传输速率取决于系统的传输方 式。8、插入损耗Ae:在给定频率下保护器插入前和插入后的电压比率。9、回波损耗Ar:表示前沿波在保护设备（反射点）被反射的比例，是直接衡量 保护设备同系统阻抗是否兼容的参数。10、 最大纵向放电电流：指每线对地施加波形为8/20ps的标准雷电波冲击1次 时，保护器所耐受的最大冲击电流峰值。11、 最大横向放电电流：指线与线之间施加波形为8/20ps的标准雷电波冲击1 次时，保护器所耐受的最大冲击电流峰值。12、在线阻抗:指在标称电压 Un 下流经保护器的回路阻抗和感抗的和。通常称 为 “ 系统阻抗 ” 。13、 峰值放电电流:分两种:额定放电电流Isn 和最大放电电流 Imax。14、漏电流:指在 75 或 80 标称电压 Un 下流经保护器的直流电流。