一级防雷浪涌保护器的原理参数与行业应用方案

随着现代电力系统与电子信息技术的不断发展，电气设备对雷电和电磁干扰的敏感度显著提升。雷电不仅通过直击雷形式造成破坏，更常见的情况是 感应雷击（即雷电电磁脉冲通过感应耦合进入线路），引发过电压与浪涌，损坏设备。为此，在配电系统中普遍应用

。其中，一级浪涌保护器 作为建筑物防雷的第一道屏障，主要安装在建筑物进线总配电柜内，承担泄放直击雷流与强雷电感应电流的重要任务。

一个常见的问题是：一级防雷浪涌保护器能否防住感应雷击？ 答案是：可以有效防护，但需结合后续二级、三级防雷器形成分级保护体系，单独使用一级SPD不能完全抑制感应雷引起的高频干扰和残压。

将从原理、参数分类、国标要求、行业部署等方面进行详细分析，并提出一套符合 GB/T 18802.11-2020 与 IEC 61643 标准的工程化应用方案。

感应雷击的特点

感应雷多由雷电电磁场对建筑物周边导线感应耦合形成，幅值通常在几千伏至几万伏。

上升沿极快（纳秒级），能量低于直击雷但对精密电子设备破坏性更大。

常见于架空线路、通信线路和弱电系统。

一级SPD的作用

一级浪涌保护器安装在建筑物的电源总进线处，其主要设计目标是：

泄放直击雷电流或雷击引起的强浪涌。

限制雷电过电压幅值，降低进入建筑内部线路的冲击电压。

承受 冲击电流 Iimp ≥12.5 kA（10/350 μs 波形），这是国标要求的一级SPD指标。

能否防护感应雷？

可以防住大部分感应雷击：由于感应雷引起的浪涌电流一般为几千安到几万安，低于直击雷电流，一级SPD具备较强的泄放能力，因此可以将其有效限制在安全范围内。

但无法完全防护高频干扰：一级SPD的响应时间通常在25 ns 以上，而感应雷击中部分高频瞬态可能需要更快的响应器件（如二级SPD中的压敏电阻或三级SPD中的TVS）。

结论：一级SPD能有效防御感应雷的主要能量冲击，但需要二级、三级SPD配合，才能全面保护终端设备。

依据 GB/T 18802.11-2020《低压浪涌保护器》 和 IEC 61643-11:2011，一级SPD的典型参数如下：

冲击电流 Iimp

定义：SPD在 10/350 μs 雷电波形下能承受的最大电流。

国家标准要求：总配电箱的SPD Iimp ≥ 12.5 kA（每极）。

工程选型常用：12.5 kA、25 kA、50 kA。

标称放电电流 In

定义：SPD在 8/20 μs 浪涌波形下能承受的电流。

常见值：20 kA、30 kA、40 kA。

最大放电电流 Imax

定义：SPD在 8/20 μs 波形下的极限承受能力。

常见值：50 kA、80 kA、100 kA。

电压保护水平 Up

定义：SPD限制浪涌过电压后的残压值。

一级SPD常见值：≤ 2.5 kV。

工作电压 Uc

定义：SPD可长期承受的电压。

对应低压配电系统：

TN-S/TN-C-S 系统：Uc = 275 V AC

TT 系统：Uc = 320 V AC

IT 系统：Uc = 440 V AC

响应时间

一级SPD：≤ 100 ns

二级SPD：≤ 25 ns

三级SPD/TVSS：≤ 1 ns

失效模式与脱扣装置

一级SPD需具备 热脱扣 与 熔断保护（SCB 后备保护器），避免SPD在短路或劣化后引发火灾。

安装位置

安装于建筑物的 总配电柜进线端（靠近电源进线处）。

距离电源进线口不超过 0.5 m。

接线方式

三相四线制（TN-S）：L1、L2、L3 与 N 分别接入 SPD，SPD 接地端连接至总等电位接地。

三相三线制（IT 系统）：SPD需配置相间保护。

TT 系统：需在 N-PE 之间增加专用SPD。

接地要求

接地电阻 R ≤ 4 Ω（一般建筑），重要场所如数据中心要求 ≤ 1 Ω。

接地线截面积不小于 16 mm² 铜或 25 mm² 铝。

配合后备保护器

GB/T 18802 明确规定：SPD前必须串联 SCB（后备保护器） 或专用熔断器，确保在SPD短路时安全分断。

常用参数：C 型断路器，In=100 A，分断能力 ≥25 kA。

分级保护协同

一级SPD：总配电柜，Iimp ≥ 12.5 kA。

二级SPD：分配电箱，Imax ≥ 40 kA，Up ≤ 1.5 kV。

三级SPD：终端设备，Up ≤ 1.0 kV 或使用 TVS。

五、不同领域的应用与选型方案

民用建筑

选型：Iimp=12.5 kA，Uc=275 V，Up ≤ 2.5 kV。

部署：总配电箱安装一级SPD，楼层配电箱安装二级SPD。

数据中心/通信机房

选型：Iimp=25 kA，Up ≤ 2.0 kV。

部署：主配电室安装一级SPD，机柜电源入口处安装二级 SPD（In=20 kA，Up ≤ 1.2 kV），终端增加精密级SPD（TVSS）。

轨道交通与地铁

选型：Iimp=50 kA，Uc=320 V，满足冗余雷电流泄放需求。

部署：变电所总进线安装大电流SPD，站台与信号控制系统安装二级SPD。

石化与危险场所

选型：Iimp ≥ 25 kA，带防爆认证（Ex d IIB T4）。

部署：总电源配电箱安装SPD，同时信号线路需配置信号防雷器。

新能源（光伏/风电）

光伏直流侧：Ucpv=1000 V/1500 V，Iimp ≥ 12.5 kA。

风电场：Iimp ≥ 25 kA，Up ≤ 2.5 kV。

部署：在汇流箱、逆变器交流侧、升压站均需安装 SPD。

作为防雷系统的第一道屏障，不仅能够泄放直击雷电流，也能有效防护感应雷击带来的强能量冲击。但由于其残压和响应时间的限制，仅靠一级SPD不足以全面抵御高频瞬态干扰，必须与二级、三级SPD协同，才能形成完整的分级保护体系。

在选型时应重点关注：

冲击电流 Iimp ≥ 12.5 kA（国标强制要求）

电压保护水平 Up ≤ 2.5 kV

配合SCB后备保护器使用

根据行业特点选择合适参数（数据中心、轨交、石化、新能源均有差异化需求）

只有严格按照国标参数与工程实践部署，才能真正实现对感应雷和直击雷的全方位防护，保障电力系统和设备的安全运行。