张军

1.雷电防护分区与分级

1.1雷电防护区

将需要进行雷电防护的空间划分为不同的雷电防护区，是为了规定各部分空间不同的雷电电磁脉冲的严重程度和指明各区交界处的等电位连接点的位置；而在不同的防雷区界面处选择和安装的SPD的参数值也有很大的差异。因此，设计人员在选用SPD时，首先应搞清楚SPD的安装部位所处的防雷区界面。

雷电防护区的划分是根据需要保护和控制雷电电磁脉冲环境的建筑物，从外部到内部划分为不同雷电防护区（LPZ）：

（1）直击雷非防护区（LPZOA）：电磁场没有衰减，各类物体都可能遭到直接雷击，属完全暴露的不设防区。

（2）直击雷防护区（LPZOB）：电磁场没有衰减，各类物体很少遭受直接雷击，属充分暴露的直击雷防护区。

（3）第一防护区（LPZ1）：由于建筑物的屏蔽措施，流经各类导体的雷电流比直击雷防护区（LPZOB）区减小，电磁场得到了初步的衰减，各类物体不可能遭受直接雷击。

（4）第二防护区（LPZ2）：进一步减小所导引的雷电流或电磁场而引入的后续防护区。

（5）后续防护区（LPZn）：需要进一步减小雷电电磁脉冲，以保护敏感度水平高的设备的后续防护区。

需要提醒的一点是：直击雷非防护区（LPZOA）与直击雷防护区（LPZOB）之间是没有界面的。

1.2雷电防护等级

由于不同的建筑物，其所处的气象环境、地质地理环境不同、建筑物的重要性和使用性质不同、建筑物的结构特点和电子信息系统的设备的重要性及其抗干扰能力不同，因此对不同建筑物的电子信息系统对雷电电磁脉冲的防护要求也不同，为此有必要进行分级，以便确定其不同的防护要求。

建筑物电子信息系统的雷电防护等级按防雷装置的拦截效率分为A、B、C、D四个等级。

雷电防护等级的划分方法有两种：

（1）按建筑物电子信息系统所处环境进行雷击风险评估，确定雷电防护等级。

（2）按建筑物电子信息系统的重要性和使用性质确定雷电防护等级。

2.SPD的主要技术参数

这里主要介绍几个与工程的施工图设计关系比较密切的主要参数及其定义：

2.1冲击电流（Iimp）

由电流幅值Ipeak、电荷Q和单位能量W/R三个参数所限定。

Q（As）=0.5Ipeak（KA），W/R（KJ）=0.25[Ipeak（KA）]2

这是用于Ⅰ级试验的SPD分类试验。其试验应根据动作负载试验的程序进行。只要产生的电流波能满足上述公式就可以。目前10/350μs波形符合这个要求。

一般在开关型SPD的产品标识中均注明其Iimp值，单位是KA，波形为10/350μs。

2.2标称放电电流（In）

流过SPD具有8/20μs波形的电流峰值，用于Ⅱ级试验的SPD分级以及Ⅰ级、Ⅱ级试验的SPD的预处理试验。

电源试品在做8/20μs波形冲击时，记录的残压值就是电流峰值为In时的最大峰值电压。这个值也是表征限压型SPD泄流的能力，残压值表征限压型SPD能保护的电压水平。

目前市场上的限压型SPD一般均在其标识中注明了In值，单位是KA，波形为8/20μs。而相应的防雷国标中对于不同部位应设置的SPD的In值也作了比较明确的规定。

2.3Ⅱ级试验的最大放电电流（Imax）

流过SPD，具有8/20μs波形电流的峰值，其值按Ⅱ级动作负载试验的程序进行。Imax>In。

目前市场上的SPD的Imax通常是In的2-3倍，也有不到2倍的，一般由厂家定。

2.4最大持续工作电压（Uc）

允许持久地施加在SPD上的最大交流电压有效值或直流电压。其值等于额定电压。也称“最大持续运行电压”或“持续耐压”等。

这个电压也是表征实际使用时SPD在承受这个电压时不会有漏流产生。一般我们使用的工频交流电有效值相对地是220V，相与相最大峰值电压大约是380V，那么我们可选择Uc =385V的阀片，这样就不会产生漏流了。

2.5电压保护水平（Up）

表征一个SPD限制其两端电压的特性参数，该电压值大于冲击电压限制的实测值，由生产厂商确定。

一般在SPD的产品标识中均有注明，单位是KV。通常可理解为该SPD对于被保护设备所能提供的保护能力。

注意一点：严格意义上来讲，Up值应该对应In值，也就是在标称放电电流值的冲击试验时试品的电压保护水平。

2.6限制电压

施加规定波形和幅值的冲击电压时，在SPD接线端子间测得的最大电压峰值。

由于每个试品接受冲击时，送样试品不可能做到一致性，因此会产生各个试品的残压不一致，取得的最大残压值就是限制电压。

2.7残压

放电电流流过SPD时，在其端子间的电压峰值。

2.8插入损耗

在电气系统中：在给定频率下，连接到给定电源系统的SPD的插入损耗定义为，电源线上紧靠SPD接入点之后，在被试SPD接入前后的电压比，结果用dB表示。

在电子系统中：由于在传输系统中插入一个SPD所引起的损耗，它是在SPD插入前传递到后面的系统部分的功率与SPD插入后传递到同一部分的功率之比。插入损耗通常用dB表示。

3.SPD的选用

3.1开关型SPD的适用部位

开关型SPD一般均要求通过Ι级分类试验，其冲击电流（Iimp）波形规定为10/350μs，即模拟直击雷的雷电流波形。这一类SPD适用于LPZ0A或LPZ0B与LPZ1区的交界处，是指电源电缆从电磁场没有衰减的暴露空间进入到已经初级屏蔽的建筑物内的结合部位，比较典型的就是架空进户的低压电缆的进线处。

3.2限压型SPD的适用部位

根据GB50343-2004第5.4.1（4）的规定，限压型SPD 适用于LPZ0A或LPZ0B与LPZ1区的交界处，也适用于第一防护区之后的各分区（含LPZ1区）交界处。换言之，在建筑物的低压配电系统的任何部位，均可安装限压型SPD。

3.3架空进户的低压电源线路上SPD的安装

GB50057-94（2000）第3.3.9条规定：平均雷暴日小于30d/a的具有爆炸危险环境的第二类防雷建筑物，可以采用低压架空线直接入户，但应在入户处装设避雷器或设2-3mm的空气间隙，并应与绝缘子铁脚、金具连在一起接到接地装置上；第3.4.9规定：低压架空进出线，应在进出处装设避雷器并与绝缘子铁脚、金具连在一起接到接地装置上。

低压架空线入户处或进出线处是典型的LPZ0A或LPZ0B与LPZ1区的交界处，应按上述规定安装SPD并将其与绝缘子铁脚、金具（铁横担）连在一起接到接地装置上。选用的SPD以开关型SPD为宜（或选用通过Ι级分类试验的产品）。

3.4埋地进户的低压电源线路上SPD的安装

电缆埋地进户时，其入户处不属于LPZ0A或LPZ0B与LPZ1区的交界处，因为埋地的电缆既不是完全暴露（LPZ0A区）也不是充分暴露（LPZ0B区）。但也不属于LPZ1区内，因其不在建筑物的初级屏蔽区域内。

3.5埋地进户的10/0.4KV变配电系统低压侧SPD的安装

在城市中，大量的新建建筑物是高压电缆埋地进户，此时的低压侧应限压型SPD。

理由是：高压电缆埋地入户后进变压器，该入户处既不属于LPZ0A或LPZ0B与LPZ1区的交界处，也不属于LPZ1区内；且，高压电缆进线处一般已安装了避雷器。

而变压器的低压侧，即低压电源的总进线处应属于LPZ1区内。按GB50343-2004第5.4.1（4）规定：“第一防护区之后的各分区（含LPZ1区）交界处应安装限压型浪涌保护器”。

因此，在该处安装限压型SPD既符合国标的规定要求又是经济合理的选择。