SPD是Surge Protective Device的簡寫；

中文名稱有：電湧保護器、浪湧保護器、防雷栅、雷電浪湧防護器、防雷器等。

SPD其内部包含至少一個非線性元件。當電湧出現時，SPD能在極短的時間導通，将電流洩放到地，其響應時間為ns級（10-9S），而電湧的上升速度一般為μs級（10-6S），因此SPD可以把電壓限制在安全的水平，起到保護設備的作用。

SPD可以理解為一個“瞬時接地設備”，對于不帶電的物體如設備外殼、管道等，一般可以直接接地，而對于帶電的線路，通過SPD來“瞬時接地”。

SPD内部常用的非線性元器件有TVS（瞬态抑制二極管）、壓敏電阻（MOV）和氣體放電管（GDT）。

這幾種元件中，TVS響應最快，但放電電流較小，GDT放電能力大，但是響應較慢，MOV的放電能力和響應速度均居中。

SPD種類繁多，從應用的角度，我們可以把SPD分為電源SPD和信号網絡SPD。兩者最主要的區别在于：

1、電源回路工作電流大，而信号網絡回路工作電流較小。

2、電源SPD要求的放電電流較大，而信号網絡回路要求的放電電流較小。

實際應用中，電源SPD一般并聯安裝，采用MOV單級保護。

采用并聯安裝，是因為電源回路工作電流大，如采用串聯安裝，則SPD需要承受很大的回路工作電流。

采用MOV，是因為TVS放電能力不足，而GDT存在工頻續流問題。采用單級保護（且不同級之間要求間隔一定的距離），是為了滿足能量協調要求（後附工頻續流和能量協調概念解釋）。

信号SPD一般采用串聯安裝方式，采用GDT和TVS兩級保護。SPD可以用串聯安裝方式。

采用串聯安裝方式，首先是因為信号回路電流小，另外串聯安裝可以做到多級保護，并且滿足能量協調。

采用GDT（和TVS）而不采用MOV，是因為MOV結電容較高，且放電能力相同的情況下，其尺寸比GDT大很多。另外，信号回路由于電流（電壓）較小，使用GDT時也一般不需要擔心工頻續流問題。

補充知識1：什麼是工頻續流？

GDT（氣體放電管），屬于開關型元件，其開關狀态取決于其内部空氣是否被擊穿。使用開關型元件的SPD稱作開關型SPD。開關型，顧名思義，就是工作在“開”和“關”兩種狀态。

當電力線上的電壓低于其開啟電壓時，其工作在“開”（高阻）的狀态，當電力線電壓高于其開啟電壓時（如電湧産生），其工作在“關”（導通）的狀态，可以洩放很大的電流。

開關型元件的導通狀态通常是氣體弧光放電的過程，因為維持弧光放電的電壓隻需要幾十伏（通常低于電力線的額定工作電壓），所以在電湧消失後，施加在SPD上的電力線電壓使得弧光放電得以維持，這就是工頻續流。

工頻續流會使得在電湧消失後，SPD無法返回到開路（高阻）狀态，造成SPD發熱甚至炸裂，引發火災事故。所以開關型SPD一般隻用于電源系統N-PE之間（或低壓低流的信号系統中），如果要應用在電力線上，其必須具備續流遮斷能力。

補充知識2：什麼是能量協調？

所謂能量協調，就是多級SPD或保護元件，其放電能力大小不一，在一起使用時，必須使雷電流合理分配，以保證放電能力較小的SPD或元件不會損壞。

如下圖，SPD1放電能力大，殘壓高，SPD2放電能力小，殘壓低。為了達到較好的保護效果（放電能力大，而且殘壓低），同時使用SPD1和SPD2。但實際情況下，雷電流并不一定按你預想的那樣，大部分經SPD1洩放，少部分經SPD2洩放。如果做不到能量協調，SPD2會因為分擔過大的雷電流而損壞。

同樣，對于信号SPD，也存在能量協調問題。如果能量不能協調，TVS就容易損壞。

電源SPD在安裝時要求兩級之間間隔5-10m的距離，就是為了實現能量的協調；信号SPD一般會在GDT和TVS之間加上一個耦合電阻，其目的也是為了實現能量協調。因為電阻會消耗功率，所以隻适合在電流較小的信号回路加。

了解了SPD的基本工作原理，接下來我們了解一下SPD的主要技術參數、SPD選擇。

電源SPD的主要技術參數和選擇：

1. 最大持續工作電壓Uc

2. 放電能力

① 标稱放電電流In（8/20us）：SPD能承受該波形沖擊10次以上。

② 最大放電電流Imax（8/20us）：SPD能承受該波形沖擊至少1次。

③ 沖擊放電電流Iimp（10/350us）：SPD能承受該波形沖擊至少1次。

3. 電壓保護水平Up

4. SPD的組合模式

SPD是一個“瞬時等電位連接”設備，在系統正常工作的情況下，其呈現“開”（高阻）的狀态，因此SPD的Uc值必須高于系統可能出現的最大持續工作電壓，否則SPD安裝後，還沒等浪湧産生，SPD就已經損壞，甚至可能引起火災事故。

對于Uc的選擇，标準中GB 50343建議如下：

上表參考了IEC61643-12标準。

在這裡需要注意相電壓和線電壓的區别。比如220/380VAC電壓系統中，相電壓是220VAC，線電壓（兩相之間）是380VAC。電源SPD一般是安裝在相與零或相與地之間，所以Uc值應該和相電壓220VAC比較。

在實際的應用中，Uc值一般都會多留一些餘量。不同國家，電網質量情況不同。歐洲發達國家，電網較穩定，Uc的餘量會小一點。我國電網質量一般，Uc餘量要大一點。而在一些東南亞國家，電網質量可能較惡劣，Uc值需要更高一些。

SPD的放電能力是SPD的核心性能指标，理論上越大越好。其選擇可以參考GB 50343标準。

這個表格，是根據被保護系統的重要性（ABCD等級）和SPD的安裝位置（防雷分區），來選擇SPD合适的放電電流。系統的重要性等級越高，SPD安裝位置越“靠外”，選擇的SPD放電電流應越大。

需要理解的幾個概念：

1、雷電防護等級

根據防雷裝置的攔截效率E來确定，A級為98%，B級為90%，C級為80%，D級為80%以下，越重要的建築，要求的攔截效率越高。由于攔截效率E理論上定量計算比較複雜，标準中還給出了定性的劃分參考。在此不做深入介紹，可參考GB 50343第4章，雷電防護等級劃分和雷擊風險評估。

2、雷電防護分區

LPZ0A（LPZ：lightning protection zone），表示該區域無任何防護，受直接雷擊和全部雷電電磁脈沖威脅的區域。

LPZ0B，表示受直擊雷保護，但是受到全部雷電電磁脈沖威脅。

LPZ1，表示受直擊雷保護，且内部雷電電磁脈沖經屏蔽後已經衰減。

LPZ2~n，表示受直擊雷保護，且内部雷電電磁脈沖經再次屏蔽後繼續衰減。

電壓保護水平Up

Up值是“表征SPD 限制接線端子間電壓的性能參數”，是一個“門檻”值，也就是說，在規定的波形下測得的SPD的限制電壓，都不會超過這個值。

從單一維度講，Up越小越好。但實際上，Up值和Uc、測試波形相關。Uc越小，測試波形的峰值電壓、電壓上升速率或電流越小，Up越小。标準中，建議Up≤0.8Uw，Uw為設備耐壓值。一般情況下，這個條件并不難滿足，所以在選擇SPD時，應重點确認産品的Uc和放電能力。

*實際應用中，有可能Up大的SPD，實際殘壓反而更小。

假設一個場景，兩台基于MOV的電源SPD，Uc相同，第1台SPD，In=20kA，Up=1.5kV；第2台SPD，In=10kA，Up=1.3kV。第1台SPD的Up=1.5kV是在20kA下測得的，而第2台SPD的Up=1.3kV是在10kA下測得的。在實際應用中，面對同樣的沖擊電流，第1台SPD的殘壓理論上會低于第2台SPD的殘壓，盡管第1台SPD的Up高于第2台。

最後是電源SPD的組合模式。電源SPD的組合模式，需要根據電源系統的類型來選擇。

不同的電源系統，推薦的SPD組合模式如下：

TN-S：4P（3P 1）

TN-C，IT：3P

TT：3P 1

單相TN：2P

單相TT：1P 1

關于電源系統的類型的區别和為什麼選擇對應SPD組合模式，

不深入介紹了。

信号SPD的主要技術參數和選擇

最大持續工作電壓Uc

原理上與電源SPD一樣，Uc應大于回路的最大工作電壓，且留有一定的餘量。不過相比電源SPD，信号SPD的Uc餘量可以小一些，因為信号回路電源相對穩定。

額定工作電流IL

由于信号SPD一般采用串聯安裝方式，IL不得小于工作回路的持續工作電流。如果是采用并聯安裝方式，則不需要考慮該參數。

放電能力

由于信号、信号相關設備的多樣性，實際應用中的需求也不盡相同。在工控行業，一般要求In≥5kA，不少品牌已經可以做到In=10kA。

電壓保護水平

原理上與電源SPD近似。實際應該中需要考慮被保護産品的耐壓性能。一般來說，如果被保護産品符合基本的EMC要求，Up值一般都滿足要求。如果被保護産品耐壓水平很低，另做考慮。

其他要求

如産品的接口類型、保護線數、安裝方式、帶寬（高頻信号時需要考慮SPD引起的信号衰減）、防爆要求等等。

信号SPD典型應用示意圖：

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