1．用户是否需要安装SPD的选择

1）在低压供（配）电系统装置中的设备均应具有一定的耐受浪涌能力（耐冲击过电压能力）。当无法获得230/400V三相系统各种设备的耐冲击过电压值时，可按IEC60664-1的给定指标选用。见表1 

表1  230/400V三相系统各种设备耐冲击过电压额定值

注：Ⅰ类——需要将瞬态过电压限制到特定水平的设备；

Ⅱ类——如家用电器、手提工具和类似负荷；

Ⅲ类——如配电盘、断路器、布线系统（包括电缆、母线、分线盒、开关、插座），应用于工业的设备和一些其他设备（例如永久接至固定装置的固定安装的电动机）；

Ⅳ类——如电气计量仪表、一次线过流保护设备、波纹控制设备。

在IEC60364-4-443中也将建筑物电气装置的电气设备按其所在装置内的位置划分为4类耐雷电或投切过电压的区域。鉴于集成化程度很高的电子设备是通过微电位和小电流进行工作的，其元件的耐冲击能量很低，因此从一次性投资与效益（主要指该信息系统的运转停顿的风险）之比出发，可能需要设置耐冲击电压更低的安装位置类别，如将Ⅰ类安装类别定为500V或耐冲击电压值更低，参看图4，在实际低压运行中雷电过电压常常大于6KV，因此必须考虑SPD的选择问题。

2）在IEC60364-4-443中提出低压电气装置设置防止雷电或投切过电压保护装置需考虑的因素有：所在地区多年平均雷暴日数是否超过25天/年；供电线路使用裸线或电缆以及是否架空或埋地入户等。但在实际工作中不能仅使用25天/年这个指标，也不能仅用是否使用埋地电缆供电来决定是否选用SPD。正确的方法是进行风险分析，其一为是否需要使用SPD，其二是需要使用多少级SPD，及SPD能量承受能力的分析。

关于用户是否应使用SPD，可参考如下参数进行综合考虑：

A：环境参数

A1-Ng建筑物所处地区雷击大地的年平均密度（次/km2.年）

环境系数的分析应考虑到直击雷对建筑物闪击造成的电阻耦合和电感耦合，也应考虑到闪击到输电线路或通讯线路上的影响。

风险分析要考虑到直接雷击和间接雷击的各种能量，雷电流可能通过外部防雷装置（LPS），电线（缆），通讯线，以及各种金属管线的侵入。

光纤电缆如果没有金属外护层或金属加强芯，一般情况下不会带来雷电波侵入。

A2：要充分考虑所在配电系统的投切（操作）过电压产生的频次和严重程度。

A3：当一建筑物受到雷击时，除LPS系统接闪引下过程中产生电磁耦合，可至使设备损害外。进入地中的雷电流通在接地装置和远处大地之间产生一个数百kV量级的电压，即地电位升。此电压值取决于接地电阻。这是部分雷电流流入建筑物并引至远处大地的导体（如电缆）的原因。

A4：建筑物和设备的位置

——地形

——邻近高大建筑物和森林

与山谷和低矮地区相比，位于高山或山地顶部的设备更易遭受雷击，高塔架上的设备也是这样。一些位于低处的设备会因邻近更高物的保护遭受直击雷次数较少，但不能解决雷电流通过金属线缆引入的危险。

B：设备和器材

B1：设备耐冲击类型和抗冲击等级

设备的耐各种冲击的能力应由设备制造商提供，一般来说耐受能力越低则雷击风险越高。通常在不了解（或厂商未提供有关资料）设备耐受能力时，可以按设备内部无耐冲击能力进行防电涌设计。

正确的防护方案是：在建筑物入口处将最大的电涌能量分流使进入设备的电涌降到最低程度。

B2：接地系统

——接地电阻和阻抗

——不同接地系统的间距

——不同接地系统的连接

在应用SPD中最重要的一点是在SPD接地端的接地和等电位连接。

B3：供电系统的设计

——架空电力线

——埋地电力线缆

——兼有架空和埋地的电力线缆

虽然埋地电力线缆雷击概率较架空电力线更低，但仍有因埋地电缆附近遭受雷电直接闪击而产生的过电压，对于高阻值土壤电阻率的地区更是这样。

在兼有架空和埋地电力线缆的防雷设计中，设计者要进一步进行精确的计算。一般来说，架空线路很长和架设高度较高的线路，风险较大。

C：经济损失和业务中断

C1：业务量下降或业务损失

因雷电灾害损坏设备至使业务工作运转困难或中断造成的损失。如工业自动化控制系统或计算机处理系统，在故障的短时间内改为人工操作是不可能的。

C2：经营损失

由于计算机、通讯设备等信息系统在瞬态过电压影响下无法使用会造成商业的营运和工业生产的停顿的直接损失。

C3：设备更换、修理的损失

C4：应急系统如火警系统因供电或信号系统中断降低了使用效率。

D：安全

如果存在着绝缘击穿危及人身安全，那么有必要选用SPD。

E：防护所需费用

含：设计费、材料费和安装费用。

根据以上A、B、C、D、E参数制作的风险估算计算公式正在研究中。

2．选择SPD的基本原则

在低压系统中确定使用SPD后。便是如何选择SPD这个问题了。选用SPD是一系统工程，其基本原则应包含：防护分区、利用分流、划分等级、区分系统和分别安装，简称“五分法”，介绍如下。

1）防护分区：

在培训班教材之三中，我们已对雷电防护区（LPZ）的概念和实际意义做了说明，其作用之一是便于确定在不同的LPZ交界处SPD的安装位置和估算SPD的不同性能指标。其中在LPZ0与LPZ1区交界处因冲击电流幅值较大（200～100kA），持续时间较长（T2为350μs），因而要求SPD具有较大的通流能量和最大承受能量（Emax）值，所以应选用开关型SPD，但由于开关型SPD的弱项是响应时间较长和大多带有续流和残压较大等，因此从能量配合角度出发需要在LPZ1和LPZ2区交界处选用SPD2，在敏感电子设备前端选用SPD3……SPDn等，其安装位置也就是等电位连接位置基本都在各雷电防护区的交界处，如LPZ2与LPZ3区交界处。

在一多层建筑物中，LPZ的划分与SPD的安装位置可参见图5。

2）利用分流：

在培训班教材之三中，我们介绍了对进入建筑物的各种设施之间雷电流的分配。图6进一步示意说明了利用外部防雷装置（LPZ）对于分流雷电流起积极作用。

在图6示意说明了通过低压配电线路进入建筑物的雷电流仅为全部雷电流的17%，在相线和中性线上各为8.5%。假定该建筑物为第一类防雷建筑物，那么在每一相线或中性线上安装的SPD的放电参数Iimp（最大冲击电流）达到200KA×8.5%=17kA≈20KA（10/350μs）即能满足要求。在IEC标准中设定50%的电流通过外部防雷装置泄入地中，余下的50%称In，它平均在实际工作中，不可能计算每次雷击电流的分配，但可以设定有50%的电流通过外部防雷装置泄入地中。余下的50%，称IS，它平均分配于进入建筑物的各种设施（外来导电物、电力线和通信线等），流入每一设施中的电流Ii=IS/n，此处n为上述设施的个数。为估算流经无屏蔽电缆芯线的电流IV，电缆电流Ii要除以芯线数m，即IV = Ii/m。所以，在防雷工程设计时需认真计算分流系数，充分利用分流这一理论，做到在尽可能节约的情况下达到安全防护的目的。

3）划分等级：

在IEC61312-1中给出了首次雷击的雷电流参量，首次以后雷击的雷电流参量（后续雷击）和长时间雷击的雷电流参量。（参见培训班教材之一的表1～表3）此表中防雷建筑物类别是由建筑物的重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果等综合因素考虑而确定的，是在防雷绝对保护与耗费之间取得折衷方案。简单的说：就是对易发生雷电事故，且事故后果严重的重要建筑物在防雷设计中取较大的雷电流参数（如200KA10/350μs）。但是这种分类并未考虑到建筑物内部电子设备的复杂性和设备的耐受冲击电流的能力（抗扰性），也未考虑到雷击通过电磁场干扰的屏蔽效力等因子。但是，在目前国内外尚无一比较系统的风险估算方式可以为我们提供一定量计算的方法时，利用GB50057-94建筑物防雷分类并与其它因子相结合，可模糊的选用雷电流参数。至于设计裕度的大小要考虑被保护设备以往的雷击事故历史，也要从一次性投资的经费宽裕程度考虑，

4）区分系统：

区分系统是指SPD的选择和安装要区分开是在IT还是TT或TN系统。在培训班教材之三中已经详细介绍了低压配电系统中常用的型式（参培训班教材之三的图14及图前文字说明）

在选择230/400V三相系统中的电涌保护器时，其接线端的最大连续工作电压Uc不应小于下列规定。

A. 按图7接线的TT系统中，Uc不应小于1.5Uo。

B. 按图8和图9接线的TN和TT系统中，Uc不应小于1.1Uo。

C. 按图10接线的IT系统中Uc不应小于线间电压U。

注：Uo是低压系统相线对中性线的电压，在230/400V三相系统中，Uo=230V。

 5）分别安装：

在本文参数定义和SPD的分类中，我们已介绍了组成SPD的非线性元件可按其特性分为开关型和箝压型两大类，也可串、并联组成混合型，它们主要有放电间隙、气体放电管和可控硅整流器及压敏电阻雪崩二极管等，常用符号参见图11。

各种SPD在浪涌（8/20μs）下的响应曲线，多功能图12。

从图12中可以看出开关型与箝压型SPD具有不同的箝位电压和响应曲线，利用混合型采用不同元件和串（并）联方式又能取得新的参数。

在IEC61024-1-2中指出：要处理脉冲为10/350μs的电荷量，相当于8/20μs脉冲情况下电荷量的20倍，即：

Q（10/350μs）=20×Q（8/20μs）：

上式可用图13示意看出，其中脉冲电流曲线包络下的面积即Q值。

从计算公式也可以推导出，在电流幅值相同情况下，不同波形下Q的比值应为：

Q（10/350μs）=1/0.7×I×T2

Q（8/20μs）=1/0.7×I×T2

式中I值相同，T2不同，10/350μs的T2为350μs，8/20μs的T2为20μs，分别代入式中，其比值为；

Q（10/350μs）/Q（8/20μs）=              =      =17.5≈20

即要处理10/350μs的首次雷击电流，如选用Ⅱ类试验（8/20μs波形）的SPD，其额定泄放电流应比铭牌上标出的数值大20倍。

在IEC61643-2中特别指出，雷电冲击电流有二个关健性的参数：  

①雷电流幅值上升速度快，陡度大

②持续时间，一般用T2表示，如T2=350μs时，对Ⅲ类防雷建筑物I=100KA，Qs=∫idt约为50C。

因此，在不同的位置，对不同的设备分别安装SPD是一重要原则。

3．常规安装要求

SPD在低压系统中的选择，安装位置及其所提供的保护可用图14表示。

对于固定式SPD，常规安装应遵循下述步骤：

    1）确定放电电流路径

    2）标记在设备终端引起的额外电压降的导线，见图15.1和15.2。

    说明：在图15中， Ures是Ⅰ、Ⅱ类SPD的残压或更一般地说是限制电压。

    3）为避免不必要的感应回路，应标记每一设备的 PE导体，图15.3、15.4和16。

说明：如果不可能进行单一接地则需要两个SPD(如图15.4所示)。

 4）设备与SPD之间建立等电位连接。

    5）要进行多级SPD的能量协调

    为了限制安装后的保护部分和不受保护的设备部分之间感应耦合，需进行一定测量。能通过感应源与牺牲电路的分离、回路角度的选择和闭合回路区域的限制能降低互感，见图15。

当载流分量导线是闭合回路的一部分时，由于此导线接近电路而使回路和感应电压而减少。见图16。

一般来说，将被保护导线和没被保护的导线分开比较好，而且，应该与接地线分开。同时，为了避免动力电缆和通信电缆之间的瞬态正交耦合，应该进行必要的测量。 

与防护距离有关的振荡效应

当 SPD1用来保护设备或安装在输入口配电盘上却不能对某些设备提供足够的保护时， SPD2的安装位置应该尽可能地靠近被保护的设备。如果距离太远，可能会在终端设备上产生2倍于 Up甚至更高的振荡电压，尽管对设备使用了 SPD保护，但这个振荡电压仍会使

设备发生损坏（见图17）。合理的距离（又称防护距离）与 SPD类型、系统类型、进入的浪涌源的陡度和波形及相连的负载有关。特别是在设备相当于高阻负载或设备内部发生脱离可能出现电压倍增。为了解释此现象，图18给出了这类情况下出现电压倍增的一个例子。

  一般认为距离小于10米时不会产生振荡，图18说明即使距离为10米，也有可能产生电压倍增，但只有负载为纯电容时才有可能发生。有时设备有内部保护元件（如压敏电阻），即使距离较远，振荡也会显著减少。此时应注意SPD与设备内部保护元件的协调。  

    说明：一般来说，仅在靠近被保护设备处安装一个 SPD是不够的。由于电磁兼容原因（为避免浪涌电压产生的电磁干扰，最好在入口处进行分流）和为了对设备进行保护（避免导线之间的闪络），最好在设备的入口处安装 SPD。如果设备不在入口处安装的 SPD的保护范围内，有必要在靠近设备处另行安装一个SPD，此时也应考虑其协调性。

    说明：这种现象可以通过由与浪涌频率和导线长度相关的振荡和行波来解释。

    连接线长度的影响

    为获得最佳过压保护应使SPD的连接导线尽可能短。如导线太长将引起SPD电压降，为提供有效的保护有必要降低安装于此的 SPD的保护等级。转移至设备的残压为由 SPD上和导线上感应电压的总和。这两种电压不一定同时达到峰值。出于实用的目的，一般情况下，它们可以相加。图19说明连接线的感应如何导致SPD残压的增加。

图19 b)表示脉冲发生器先加在金属氧化物压敏电阻然后通过几米连接导线后的结果。

一般假设导线感抗为1μH／m。当脉冲陡度为1kA／μs，导线上感应电压降接近1kV／m，而且，如果 di／dt陡度更大时，感应电压值将增加。在可能情况下，当这种感抗的影响被认为是由于环路的分离而显著减小时，最好选用方案c)；当方案c)不能采用时，则采用方案d)，尽可能避免采用方案a)。

注意：如果回流线与进线是通过紧凑接线方式磁耦合，感抗将减小。

需要附加保护之处

    当建筑物进线处浪涌电压较低时，在靠近进线处安装一个SPD便行。但在某些特殊情况下，例如安装了非常敏感的设备（电子设备，计算机）或这些需要保护的设备离安装在入口处的 SPD太远、在建筑物内由于雷电放电和内部干扰源而产生电磁场时，有必要在靠近被保护设备处或设备内部安装附加的SPD。

    电源系统和信号网络线进入防护区时，应彼此靠近并连接在同一金属物上，实现等电位连接，这一点对由非屏蔽金属（如木材、砖混结构）建筑物尤为重要。

要考虑系统中多数被保护的电子敏感设备的耐压水平。对安装在设备最近处的 SPD，必须使其UP值至少低于设备耐压值的20％。假定安装在进线处的SPD在保护范围内，如果进线处的 SPD的 UPl乘以一个过压因子后低于UP2，那么，只能使用进线处的SPD。（见图20）

  说明：用户应注意设备的抗扰性可按IEC6l000-4-5标准，用混合波发生器进行试验得出。在这种情况下，低阻抗设备的抗扰性不只是根据耐压UW来定义，且部分浪涌电流通过设备分流，需设计一合理的协调。

    在建筑物内部当可能出现一些高能量的开关浪涌（投切过电压）时，此时需安装附加SPD。