浪涌保护器的工作原理

浪涌保护器（SPD）旨在通过限制瞬态电压和转移浪涌电流来保护电气系统和设备免受浪涌事件的影响。

浪涌可能来自外部，最强烈的是雷击，也可能来自内部的电气负载切换。这些内部浪涌的来源占所有瞬变的65%，可能包括负载打开和关闭、继电器和/或断路器运行、加热系统、电机和办公设备。

如果没有适当的浪涌保护器（SPD），瞬态事件可能会损坏电子设备并导致代价高昂的停机时间。这些设备在电气保护中的重要性是不可否认的，但这些设备实际上是如何工作的呢？哪些组成部分和因素对其性能至关重要？

 

浪涌保护器（SPD）如何工作？

在最基本的意义上，当受保护电路上出现瞬态电压时，SPD会限制瞬态电压并将电流转移回其源极或接地。

要工作，SPD必须至少有一个非线性分量，它们在不同条件下在高阻抗和低阻抗状态之间转换。

在正常工作电压下，SPD处于高阻抗状态，不会影响系统。当电路上出现瞬态电压时，SPD进入导通（或低阻抗）状态，并将浪涌电流转移回其源极或接地。这会将电压限制或箝位到更安全的水平。瞬态转移后，SPD会自动复位回其高阻抗状态。

浪涌保护器（SPD）类别或类型

SPD的两种主要类型是电压限制和电压开关组件。限压元件的阻抗随着电压的升高而变化，导致瞬态电压被箝位。一旦超过阈值电压，电压开关元件就会“开启”，并立即降至低阻抗。如今，大多数系统将两种组件类型结合在一起，以汇总每个单独零件的优势并限制其缺点。

限压元件的例子有金属氧化物压敏电阻（MOV）和瞬态电压抑制（TVS）二极管。电压开关组件包括气体放电管 （GDT） 和火花隙。

 

如何比较浪涌保护器（SPD）类别

浪涌组件可以根据以下因素比较其性能。

响应时间

给定组件的响应时间仅表示组件在超过浪涌阈值时的反应速度。限压元件（尤其是TVS二极管）的响应时间比电压开关元件（即火花隙和GDT）更快。

后续电流

这种情况仅限于电压开关设备。当电涌保护器由于组件上的低压降而在瞬态事件后未能“关闭”（即返回到高阻抗状态）时，就会发生后续电流。这允许电流在正常工作期间继续流过器件。

这种现象在交流系统中不太重要，因为过零允许组件关闭并返回到高阻抗状态。但是，使用电压开关器件的直流系统需要进一步考虑。

直通电压

在发生浪涌时，通过电压是组件允许到达所连接设备的电压量。对于允许电压，二极管对电压的限制最好并保持最低，但这种优势受到限制，因为二极管在处理较大的浪涌电流方面不那么有效。

上面没有提到的一个组件是这三个领域中最好或最差的组件之一，因为 MOV 通常被认为在每个类别中都可以使用，作为万事通运行，但不是单个领域中最好的。

请注意，当今市场上的大多数SPD产品都是混合设计，是多个浪涌组件的组合。这些产品平衡了每个单独组件的优缺点，为设施提供平衡的保护，防止各种类型的浪涌。

浪涌保护器性能特点

了解各个浪涌组件有助于理解，但推动SPD标准的是每个设备的性能方面或功能。

确定要连接的SPD的配电系统后，应通过以下方式比较不同的可用设备：

1. 最大连续工作电压 （MCOV）。 MCOV 是设备可以承受并继续正常运行的最大电压。通常，MCOV应至少比标称电源电压高25%，但由相关标准驱动。例如，设计用于 120 标称伏特设备的 nVent ERICO SPD 的 MCOV 为 170，对于 240 标称伏特系统，SPD 的 MCOV 为 275。

2. 电压保护等级 （VPR） 或电压保护等级（向上）。 电压保护等级和电压保护等级分别由 UL 和 IEC 定义，与设备的通过电压相关。UL 1449 包括一项测试，该测试将 6kV/3kA 组合波形施加到设备并测量通过的电压，确定电压保护额定值 （VPR）。IEC 61643-11也有类似的测试，并将其称为电压保护等级（Up）。

3. 额定放电电流 （In）。定义为可以通过SPD传导的电流的峰值，波形为8/20μs，其中SPD在施加15次浪涌后仍然起作用。根据 UL 1449，制造商必须从预定义的列表（3ka、5kA、10kA 或 20kA）中选择标称放电电流。

4. 指示状态。状态指示灯（可以是机械指示灯、LED 或远程报警）提供简单的通过/不通过指示器。浪涌额定值是许多人认为SPD规范的关键因素。

5.浪涌电流容量或最大浪涌额定值。制造商通常将这些额定值列为器件的使用寿命耐久性或器件可以处理的单个一次性最大浪涌电流的指标。尽管这些额定值出现在许多制造商网站和数据表中，但 UL 或 IEEE 并未定义这些额定值。这允许每个制造商创建自己的测试要求（如果有的话），最终使它们的性能指标不太可靠。

注意：IEC 61643-11中定义了可选的最大放电测试。