用心学习标准，制造出适应中国国情的SPD

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用心学习标准，制造出适应中国国情的SPD

------中国科学院高级工程师全宇辰

中国SPD制造业发展迅猛，许多优秀的SPD在技术指标上不低于进口产品，国内SPD制造业发展具备了良好的势头。政府对雷电防护也十分重视，在执行国家雷电防护标准及相关雷电防护法律法规的前提下，许多系统也颁发了实施雷电防护的行业规定。可以坦率的讲，雷电防护的春天已经来临了。但是，随着雷电防护工作的深入发展， SPD在各行各业的大量使用，以及由于各种原因造成雷电防护失败事故的发生，给我们的防雷事业笼罩了许多阴影。但从SPD的制造上，如何减少一些失败事故的发生，制造出适应中国国情的SPD，这对于SPD的制造厂家是一个挑战,SPD的制造商必须清醒的看清：挑战永远和机遇并存，谁赢得了挑战，谁就拥有了机遇。 一、什么是中国国情： 1． 配电线路混乱：

在配电系统的所谓国情，就是配电系统非常不规范。集中表现在以下几个方面：配电线路不规则，农用电居多，小电阻接地现象存在，电力线路多年未改造，临时线路多，线色混乱。隐蔽工程复杂，基础图纸残缺，用户无法提供有效技术文件。线路改动太多而配电系统管理者又调动频繁，高次谐波干扰厉害，三相严重不平衡，零地电压高，断零线现象时有发生，烧毁设备事故犹如家常便饭。不可能完全按照标准的TN-C、TN-C-S、IT等标准配电模式生搬硬套的实施雷电防护。

2． 通信线路混乱：

通讯线路混乱与电源交叉或同一金属屏蔽槽内多种线路共存，通讯信号经常阻断，网线常常户外飞线安装，整个网线布线严重违规。加之许多行业防雷标准之间相互不兼容，经常扯皮。电信部门为了提高信号质量，减少数据误码、丢包经常随意提高设备信号电平[如某银行DDN信号正常工作电平高达20V有效值]。机房零线接地不好，感性负载造成电网谐波干扰，零地电压常常达到4-30V有效值，直接影响到信号通讯质量，丢包、误码现象经常发生。用户在市场上随意购买了SPD安装后，设备却经常遭雷击损坏。 3． 地线系统混乱：

直流逻辑地、保护地、屏蔽地、防雷地、建筑物主钢筋接地、防静电地、变压器中性点接地、防雷接地等多种地线共存，而且相互独立运转。 4． 施工单位水平差：

拥有设计、施工资质的企业越来越多，许多施工单位水平太差[电气基础匮乏]。在现场还没有完全摸清楚时，就盲目施工，结果不愉快的事情经常发生。这就是中国的国情！如何尽早改变现状，需要大家的努力。但是，如果在SPD的制造上，创造出一些适合中国国情的SPD。适合中国国情的SPD，首先就是安装简单，并且准确无误，决不会造成雷电防护失败。适合中国国情的SPD的出台，对中国的防雷事业是一个了不起的进步。笔者就制造适合中国国情的SPD问题，向大家交流一下。

二、适合中国国情的SPD应该具备的基本条件： 1． SPD的能量选择问题： 1) 电源SPD的能量问题：

SPD的能量问题是首要问题，依据GB50343准标优秀的第一级SPD应该满足10/350μS雷电

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波形，每相通流容量不小于20KA，8/20μS雷电波形下每相不小于80KA，系统残余电压小于6KV。我拿到了一个德国著名的SPD制造商，号称目前技术最先进的B+C级SPD质量检测报告[信息产业部测试]，看后十分惊讶！这个SPD在8/20μS雷电波形下20KA时，火线对零线的残压平均值为1600V，零线对大地的残压值为2300V，SPD火线对大地的保护结构为：火线到零线并联1只SPD，零线到地线并联1只SPD，要测试火线与大地的残余电压，就应该为火线对零线的残压加上零线对大地的残压，如此算来，火线与大地的残压在8/20μS雷电波形下20KA时为3900V，同里，这个SPD在8/20μS雷电波形下80KA时，火线对零线的残压平均值为2300V，零线对大地的残压值为3100V，火线与大地的残压在8/20μS雷电波形下80KA时为5400V。看到这里你就会惊呼：残压太高了！！从理论上讲，如果加上SPD的0.5米接线距离上线路电感的正常电压降，在80KA时线路电感压降为：L×dI÷dt=0.5×80K÷8=5000V[按照每米线路自由电感1μH计算]，在80KA时线路电感压降为5000V，如果加上正常SPD残压5400V，系统残压为10400V远远大于标准要求的6000V。看来如果要全面的解决这个问题，采取两个方法：第一必须全面降低SPD的残压，第二必须全面实行凯文接线，彻底消灭0.5米接线距离或消灭接线线路自由电感。 2）信号SPD能量问题：

信号SPD的能量主要指抵御较大雷电侵袭来确定的，按照城市内常规信号SPD的能量在较小范畴内，一般以打断数据线为一个定值。假设我们对一个SPD做模拟雷击检测，用一般双绞线连接SPD，如果在做实验时，发现在一定雷电[模拟]流冲击下，双绞线被打断，那么这个对应的电流值就是一个重要的参数。如果数据线被打断，SPD没有损坏，设备没有损坏，说明SPD基本合格了。但是，在野外、高山、海岛、草原、戈壁等地质、气候条件非常差的地方，经常采用电缆作为信号传输线[速率非常低、传送距离较远]，一旦遭雷击，信号线路根本就不断，而设备经常损坏。关于残压问题，目前在SPD的整体要求上依据GA173-2002标准考核10/700μS[1000V]下的残压小于500-700V，这是远远不够的，因为许多SPD线对大地的设计是一只普通放电管，放电管的标称残压在5-10KA时可以达到600-1400V残压[峰值]，如此高的残压在DDN、X..25、ISDN、TTY、PSTN等信号设备接口是完全不能承受的。要解决这个问题必须在放电管后面再增加一级保护来减少前级残压。另外，SPD在两条信号线之间应该安装元件，因为许多调制解调器在遭雷击损坏后，维修人员发现许多雷电高电压是从两条信号线之间直接侵入的，故在设计SPD时，应该考虑线与线之间必须可以承受到标称雷电导通电流，限制电压小于设备的系统耐受电压。例如：DDN专线调制解调器，线与地之间残余电压[8/20μS下 5-10KA时]小于60V，线与地之间残余电压[8/20μS下 5-10KA时]小于75V。

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2． 全模式防护问题：

中国的国情是一个复杂的现实，要想从SPD的设计上减少事故，就必须做到：什么样的配电环境下都必须可以完全抵御雷电侵袭。要想达到这个目标，就必须实施全模式防护电路。 A．三相电源全模式防护原理： 全模防护主要表现在： 火线与大地之间并联安装了4只SPD元件，市电电源输入 计算机及相关电子设备 在零线与大地之间并联了1只SPD元件，在火线 与火线之间并联了3只SPD元件，在火线与零线 之间并联了3只SPD元件，共计安装了10只SPD 元件，这样一来，不论雷电高压从哪个地方入侵， 都具备了抵御雷电的SPD元件。如此设计，只要 安装人员没有将火线、零线、地线接错，完全可 以抵御从各个方面侵入的雷电高压。这个设计的 独到之处就是充分考虑零线[N线]在变压器和总 配电室是接地的，必须明确：任何与大地有直接 和间接联系的导电物体在雷击时都有可能与大地 之间产生过电压，雷电防护的最终目的就是消灭 一切过电压产生的电位差。 B．单相电源全模式防护原理： 全模防护主要表现在： 火线与大地之间并联安装了1只SPD元件，在零线 与大地之间并联了1只SPD元件，在火线与零线之间并 联了1只SPD元件，共计安装了3只SPD元件，这样 一来，不论雷电高压从哪个地方入侵，都具备了抵御雷 电的SPD元件。如此设计，只要安装人员没有将火线、 零线、地线接错，完全可以抵御从各个方面侵入的雷电 高压。增加火线与零线之间的保护，初了上述零线原因， 还可以抵御容、感负载产生的浪涌及操作过电压 C．信号全模式防护原理： 信号线路传送的数字信号为标准正放电管 弦波曲线，该曲线在X轴方向有一个过零 触发信号电平，这说明信号传输线路的某 一点是接地和瞬态接地的，经过调查，电 信部门的设备电源是0—-48V，即正极是 接地的，所以提供通讯设备电源时已经接 地了，一旦电信部门遭受雷击，必然影响 到用户端设备，用户端实施线间保护是非 常必要的。 输入信号线1 TVS TVS 放电管 输入信号线2 - 3 -

户外市电输入 计算机设备 调制解调器 TVS 防雷论坛稿件

3． 集中式防护问题：

随着GB50343标准的颁布，在实施计算机机房雷电防护时受到许多客观局限，分级式雷电防护不能全面满足形形色色用户的要求。为了满足对局部计算机机房雷电防护应该采取集中式雷电防护。

A．集中式雷电防护的优点：

1） 可以真正做到标准凯问接线，没有任何接线距离，克服了接线电感压降。 2） 电路设计优化，符合所有标准。实现保护与被保护的全面等电位。 3） 克服一切客观局限，满足形形色色用户的全面要求。

4） 笔者设计的上千个集中式机房雷电防护工程，经过大量时间检验，没有一例失败现象。 B．集中式雷电防护的基本电路：

1）全模集中式三相五线三级串联保护电路原理： 户 外 雷 电 C．全模集中式单相三线三级串联保护电路原理：

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计算机及相关微电子设备 计户外雷电侵入 算机及相关设备