浪涌保护器（SPD）的功能、类型、组件及行业应用方案

在现代电力与弱电系统中，雷电感应、电网切换、电磁干扰及大型用电设备启动都会产生瞬态过电压（Transient Overvoltage），俗称“浪涌”。浪涌幅值可达到数千伏至数万伏，持续时间通常仅几微秒到数十微秒，却足以损坏电气设备。为保障系统安全，浪涌保护器（SPD, Surge Protective Device）已成为电气和信息系统的标配。

限制瞬态过电压

SPD在毫微秒级响应时间内，将瞬态过电压钳位在设备可承受范围内。例如常见220V电网设备额定绝缘电压为2.5kV，SPD可将浪涌从6kV降至≤1.5kV，保护后端设备。

分流浪涌电流

SPD能快速导通，把雷电感应电流或操作过电流泄放至大地。例如IEC 61643标准中规定，Iimp冲击电流等级可达12.5kA、25kA甚至40kA（10/350μs波形），有效分担雷电能量。

提供多级保护协调

SPD可按LPZ（雷电防护区）概念分为I级、II级、III级，并通过能量协调实现分级保护。例如配电房总进线用I级SPD（Iimp≥12.5kA），分配电箱用II级（In=20–40kA），终端插座或设备端口用III级（Up≤1.2kV）。

保护电源与信号并行系统

SPD不仅用于电力线，还可保护网络、监控、控制、通讯、天馈等弱电线路，防止感应雷击和电磁脉冲损害。

SPD可按不同维度分类：

1. 按IEC/GB分级（按安装位置和能力）

I级SPD（10/350μs波形）：用于建筑物总配电或架空线路入口。参数：Iimp≥12.5kA（单极）、Up≤2.5kV。典型产品：25kA、40kA模块。

II级SPD（8/20μs波形）：用于分配电箱，承受感应雷击或开关过电压。参数：In=20–40kA，Up≤1.5kV。

III级SPD：用于设备终端插座或控制柜内，防止残余电压。参数：Up≤1.2kV，Imax=5–10kA。

2. 按工作电压和电路类型

交流电源SPD：用于220V/380V交流电网。

直流电源SPD：用于光伏、储能、充电桩等DC系统，常见额定电压DC500V、DC1000V、DC1500V。

信号线路SPD：RJ45网络、RS485、视频同轴、控制信号、电话线、天馈同轴等。

组合型SPD：电源+信号一体防护，如网络电源二合一防雷器。

3. 按限压元件类型

压敏电阻（MOV）型SPD：响应快、成本低、常见于II级SPD。

气体放电管（GDT）型SPD：耐大电流冲击，用于I级或通信端口。

硅雪崩二极管（TVS）型SPD：钳位电压低、响应快，用于III级或弱电线路。

组合型：MOV+GDT+TVS多级串并联，兼顾大通流能力与低残压。

核心放电元件

MOV压敏电阻：常用压敏电压275V、320V、385V（AC），吸收能力2–10kA/片。

GDT气体放电管：击穿电压230V–600V，通流能力20–100kA。

TVS二极管：击穿电压5–200V，响应时间<1ns。

脱离装置（后备保护器SCB/SSD）

SPD在失效或短路时需要自动断开以防火灾。典型：额定短路电流分断能力25kA–50kA，符合GB/T 18802.3。

状态指示与遥信端子

大多数模块化SPD配备绿色/红色窗口指示工作状态，遥信触点可接入BMS或消防系统。

接地端子与连接导体

SPD必须低阻接地。推荐接地导体截面积≥16mm²铜，长度≤0.5m，以降低感应电压。

1. 建筑物配电系统

应用场景：办公楼、商场、医院、学校。

配置方案：

总配电室：I级SPD，Iimp≥25kA；

各楼层配电箱：II级SPD，In=20kA；

精密设备房：III级SPD，Up≤1.2kV。

效果：确保建筑内部用电设备免受雷击和操作浪涌。

2. 光伏与新能源

应用场景：光伏汇流箱、逆变器输入、储能系统、充电桩。

配置方案：

直流侧：DC SPD，Ucpv=1000–1500V，Iimp≥12.5kA。

交流侧：AC SPD，Uc=385V，In=20kA。

标准参考：GB/T 18802.31-2018《光伏电源系统用浪涌保护器》。

3. 工业控制与自动化

应用场景：PLC控制柜、DCS系统、SCADA远程终端。

配置方案：

电源端：II级SPD In=20kA；

信号端：RS485/4–20mA SPD，冲击电流5kA，残压≤30V。

效果：保障工业自动化控制系统连续运行。

4. 数据中心与通信机房

应用场景：IDC、运营商基站、监控机房。

配置方案：

UPS前端：I级SPD，Iimp=25kA；

配电列头柜：II级SPD；

RJ45千兆网络SPD：10/100/1000Mbps兼容，冲击电流5kA。

效果：保护服务器、交换机、存储设备免受雷击与脉冲干扰。

5. 轨道交通与机场

应用场景：地铁通信系统、信号控制室、机场雷电监测系统。

配置方案：

电源进线：I级SPD 25kA；

控制信号：多对RS485 SPD，Up≤15V；

CCTV视频同轴SPD：冲击电流5kA，残压≤30V。

6. 石化与危化行业

应用场景：油罐区液位监测、可燃气体报警、SCADA。

要求：防爆SPD（Ex d ⅡC T6），满足GB3836。

参数：信号SPD冲击电流5kA，残压≤20V；电源SPD In=20kA。

7. 智能建筑与物联网

应用场景：智能照明、安防、楼宇对讲、智慧路灯。

方案：末端III级SPD+信号SPD组合，保护敏感电子设备。

总配电室：220/380V ，I级，Iimp≥25kA，Up≤2.5kV

分配电箱：220/380V ，II级，In=20–40kA，Up≤1.5kV

设备终端：220VIII级，Imax=5kA，Up≤1.2kV

光伏直流侧：1000VDC，I级，Iimp≥12.5kA，Up≤4kV

网络信号（RJ45）：5V/90Ω，信号SPD，冲击电流5kA，残压≤30V

RS485/4–20mA控制信号：24V，信号SPD，冲击电流5kA，残压≤15–30V

天馈同轴SPD：直流通态，同轴SPD，频率DC–6GHz，Imax≥20kA，VSWR≤1.2

低阻接地：接地电阻≤4Ω（一般建筑），机房及精密设备可≤1Ω。

短直连接：相线、地线、N线至SPD接线长度不超过0.5m，避免附加感应电压。

后备保护：在SPD前串联SCB后备保护器或熔断器，额定分断能力≥25kA。

定期巡检：检查状态指示窗口与遥信报警，定期测试接地电阻。

是现代电气和信息系统不可或缺的安全保障装置。它通过瞬态电压限制和浪涌电流分流，保护电源和信号设备免受雷电和操作过电压损害。根据不同的电压等级、安装位置和行业需求，可以选择I、II、III级电源SPD、直流SPD、信号SPD、天馈SPD等多种类型，并配合后备保护器、接地系统实现完整防护。