看不见的浪涌“刺客”

深冬雨夜，工程师小陈独自值班

只听一阵电闪雷鸣，世界霎时陷入黑暗

小陈欲前往配电室一探究竟

寂静的工厂只有他的脚步声

突然，一台设备悄然启动了……

是谁在暗中操控？

电闪雷鸣过后，可能有设备突然误动作，或伴随异响发生损坏；当你操作开关去启动某个设备，可能突然有器件被烧坏，甚至会看见火花……

这些现象，可能是因为线路中出现了浪涌。

Part 01浪涌

什么是浪涌

说到这个词，人们很容易想到平静的海面上有一波海浪涌过来。没错，它的确是以一个波浪的形式瞬间侵入我们的设备。只不过在电气上，这个浪不是水，而是电，因此也叫电涌。它指的是在原本正常工作的线路中，瞬间叠加一个幅值远高于额定值的电流或者电压波。这个波的特点是时间很短（一般是μs级别），峰值非常高可以达到KA/KV。

浪涌是如何引起的

导致浪涌出现的原因各种各样，但是我们把它归类起来，大概有如下几个：

1. 雷电电磁脉冲

在引起浪涌的原因中，雷电具有最大的破坏潜力。雷击时，强雷电流会直接入侵或者耦合到用电设备，导致设备击穿烧毁。高层建筑、机场、通讯基站等，更容易遭受雷击。比如打雷时，如果防雷措施做得不到位，用户现场可能会有设备烧坏，或者采集的数据出现异常。火遍全网的广州小蛮腰接闪画面便是一种直观的雷电电磁脉冲。

2. 开关电磁脉冲

开关电磁脉冲是属于一种操作过电压。分合长空载线路、开断感性或容性负载、投切大型设备等都可能会造成线路瞬态电压波动，伴随器件损坏、敏感设备误动作、信号出现异常甚至丢失的现象。比如，控制电磁阀的继电器触点在启动瞬间击穿，也需要考虑开关电磁脉冲。

3. 静电电磁脉冲

不同物体会积聚不同的电荷，即有了不同的静电电位，这些不同电位的物体之间接触距离达到一定值就会击穿放电（瞬间电荷转移）。比如天气干燥的时候，我们摸到金属、羊绒等物体或者和其他人触碰，可能会被电击，这就是静电现象。静电的电压可能会达到上千甚至上万伏，它产生的电磁场会耦合到器件内部。在精密的设备上通常有敏感的核心芯片，很容易被静电击穿，这个损失是无法估量的。

4. 核电磁脉冲

核爆时释放的射线与周围介质碰撞会形成高速康普顿电子流，产生强电磁辐射，从而导致周围电磁场的瞬态变化。这种电磁感应耦合到电子设备，会破坏通讯系统导致信号传输中断、通信网络瘫痪，损坏计算机集成电路芯片，以及影响电力系统的安全运行。

Tips：对于工控现场，通常遇到的雷电电磁脉冲和开关电磁脉冲较多。

Part 02浪涌保护器（SPD）

浪涌保护器如何保护设备

既然浪涌的危害这么多，那么我们必须要进行防浪涌保护。从雷电电磁脉冲的防护角度，我们将防雷分外部防雷和内部防雷。外部如避雷针避雷线以及户外用避雷器等，而浪涌保护器则是一种内部防雷装置，同样也能够解决其他电磁脉冲引发的浪涌问题。

它的原理是泄放浪涌电流，限制浪涌电压。常规的SPD有效器件是并联在设备回路中，正常运行时呈高阻状态，类似于断开；在浪涌入侵导致器件端口电压升高到动作阈值时，器件瞬间导通泄放浪涌电流，从而将电压限制在一定的水平，保证设备的安全。整个过程非常迅速，不影响设备的正常运行（下图以共模保护为例）。

Part 03常规低压电源系统SPD选型

如何选择合适的浪涌保护器

浪涌保护器的选择属于防雷设计的一个环节，需要根据建筑物雷电防护等级、雷电防护分区以及供电系统制式等，紧密结合应用场景。我们初步选型主要需要考虑以下几个参数：

●浪涌保护器的类型（I类 II类 III类）

使用何种类型的SPD主要考虑雷电防护分区，我们也可以大体按照安装位置来粗略判断。

>I 类 SPD

用于泄放由直接或附近雷击引起的高能电涌电流/电涌电压。安装位置：位于防雷保护区LPZ 0A与LPZ 1的交界处，通常安装在主配电箱中。

>II 类 SPD

用于泄放由远距离雷击、电感或电容耦合及操作过电压引起的高能电涌电流/电涌电压。安装位置：一般位于LPZ 1区与LPZ 2区的交界处，通常安装在分配电箱中。

>III 类 SPD

用于保护敏感型终端设备的附加电涌保护器（设备保护）。安装位置：位于防雷保护区LPZ 2与LPZ 3的交界处，通常紧邻敏感型终端设备。

●供电系统制式（几相几线）

图中是国内常见的几种供电系统制式。选型时先看被保护对象所用的是哪种系统制式，再看需要接入保护的线路是哪几相。

●持续运行电压Uc

持续运行电压Uc是浪涌保护器能够长期承受的工频电压值，这个值不能低于供电系统可能出现的最高工作电压。在不同行业标准中，都对浪涌保护器的最小Uc值做了规定（具体可以查阅相关标准），但是最终还是要结合实际的电网质量。

●冲击电流、放电电流

这两个参数反映浪涌保护器泄放浪涌电流的能力，同样在各行业标准中根据不同的雷电防护等级和雷电防护分区也有各自的规定。I类SPD主要看Iimp（10/350μs波形）值；II类及III类SPD一般用In和Imax（8/20μs波形）表示，Imax大于In。值越大，SPD泄放电流的能力越强，选型时不低于要求的值就可以。

●电压保护水平Up

电压保护水平Up反映浪涌保护器限制浪涌电压的能力，指的是浪涌保护器在规定的冲击电流或者电压下，端口出现的最大电压。这个值一定不能高于被保护设备的耐冲击电压值，值越小对保护对象的保护效果越好，当然不能牺牲Uc值。对于敏感设备，应选择Up值较小的浪涌保护器。

●浪涌保护器选型示例

举个栗子

Q：安装在入户总配电箱，需要I类SPD，供电系统是TN-S，标称电压220/380V，Uc值（L-N）需要≥275V，保护L1\L2\L3+N，Iimp=25kA，电压保护水平Up（L-N）≤2.2kV，应该选择哪款浪涌保护器呢？

A：可以选择菲尼克斯电气如下产品——FLT-SEC-P-T1-3S-350/25-FM - 1+2类组合式电涌保护器。

（点击图片查看详细参数）

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