浪涌保护装置可以阻止雷击吗？ 神话与现实

A 浪涌保护装置（SPD） 不“停止闪电”。 它不能阻挡击打或消除雷电能量。 它是什么 能 做是 限制瞬态过电压 和 将浪涌电流转移到受控路径中，减少绝缘和电子产品的压力。 实际性能取决于 协调保护系统：粘合/接地质量、正确放置、短引线和分级保护。

人们所说的“雷电伤害”是什么意思

当人们说“闪电损坏了我的设备”时，他们经常混合不同的电气事件，产生类似的故障。 工程分析首先分离浪涌源和耦合机制。

1）直接雷击

直接打击将极大的电流注入结构或线路。 它产生：

• 非常大的电流幅度（Ka 范围）
  
• 非常快的上升时间（微秒）
  
• 大型电磁场
  
• 金属制品和布线之间的严重电位差异
  

这不是随意意义上的“电压峰值”。 它是一种高能脉冲，可将电流强制通过任何可用路径，包括建筑钢、电缆屏蔽和电源导体。

2）附近/感应雷电涌

许多失败在没有直接罢工的情况下发生。 附近的罢工可以通过以下方式将能量耦合到接线中：

• 电感耦合（磁场感应回路上的电压）
  
• 电容耦合（电场耦合到导体）
  
• 接地电位上升（打击期间的局部接地电压偏移）
  

即使公用事业电源在 50/60 Hz 时保持“正常”，这些事件也会在电源、控制和通信线路上产生有害的瞬变。

3) 开关浪涌

交换操作还可以创建快速瞬态：

• 电机启动/停止
  
• 电容器组开关
  
• 变压器通电
  
• 故障清除和重新闭合
  

开关浪涌通常比闪电更低能量，但它们仍然可以对敏感的电子设备和绝缘进行压力，而且它们通常是重复的事件（累积老化效应）。

神话与现实：SPD能阻止闪电吗？

以下是关于 SPD 和闪电的常见信念，被改写成工程术语并根据系统行为进行校正。

误解：“SPD完全停止闪电。”

现实： SPD 不会停止闪电。 它仅通过在浪涌期间提供较低阻抗的分流路径来限制瞬态过电压。

工程说明：
闪电不是您使用设备“阻止”的东西。 浪涌事件迫使电流流动。 当电压升高到阈值以上时，SPD 通过从高阻抗转换到低阻抗来运行，然后将浪涌电流传导到参考（通常是保护性接地）。 事件仍然存在；SPD 只是改变能量的位置并降低受保护设备看到的电压。

误解：“一颗SPD足以容纳整个建筑。”

现实： 一种 SPD 很少为设施提供全面覆盖。 有效保护通常跨多个点进行。

工程说明：
浪涌能量和快速上升时间意味着布线阻抗很重要。 即使是几米的导体也会增加产生额外电压的电感（V = L × di/dt）。 主面板上的单个 SPD 可能会减少进入的浪涌，但远处的敏感负载仍然可以看到高允许的高通量：

• 电缆电感
  
• 电路之间的内部耦合
  
• 建筑物内产生的局部开关浪涌
  

协调的方法通常在需要时使用服务入口保护以及分发和使用点保护。

误解：“使用点保护可以单独处理闪电。”

现实： 使用点设备有帮助，但不应将它们视为上游浪涌控制或粘合/接地质量的替代品。

工程说明：
一个使用点的SPD 靠近设备，有利于最大限度地减少引线电感和局部夹紧。 但它受到以下限制：

• 其浪涌电流等级
  
• 可利用的地球导流路径
  
• 上游阻抗和系统参考稳定性
  

如果有大的浪涌到达设施，则在负载端强迫所有的浪涌都被处理得很差。 上游网络应该占用浪涌能量的大部分，为下游阶段留下较小的残余瞬变。

误区：“更高的等级意味着‘不可能损坏’。”

现实： 较高的等级通常意味着提高的生存能力和能力，不能保证零伤害。

工程说明：
SPD 数据表包括最大放电电流、标称放电电流和电压保护电平等额定值。 这些是标准化的测试条件，而不是每次浪涌都是无害的。 设备损坏仍然可能发生，因为：

• 浪涌可能超过SPD的能力
  
• 安装电感增加了有效的钳位电压
  
• 保护不完整的所有导体（电源、信号、地）
  
• 绝缘协调和设备承受的有限
  

工程保护是降低风险，而不是绝对免疫力。

误区：“如果指示灯亮起，保护是有保障的。”

现实： 状态指示器通常确认基本内部状况，而不是完整系统的保护性能。

工程说明：
许多 SPD 使用热断路器和指示器窗口来显示保护元件（通常基于 MOV 的）是否仍在连接。 “绿色”通常表示“不失败打开”。 它没有证明：

• 正确的接地阻抗
  
• 正确的安装引线长度
  
• 与上游/下游设备进行适当的协调
  
• SPD 可以处理下一个事件
  

SPD 可以是“健康的”，但安装方式会导致设备终端的高通电电压。

误解：“只有闪电会引起浪涌（开关浪涌无关紧要）。”

现实： 开关浪涌频繁，可能是导致故障和过早老化的主要原因。

工程说明：
闪电是戏剧性的，但开关瞬变在工业和商业系统中很常见。 重复的低能量浪涌可以：

• 随时间降级 MOV 元素
  
• 应力电源和绝缘
  
• 导致间歇复位和通信故障
  

忽略开关浪涌通常会导致在纸上看起来足够但在实际操作环境中失败的保护策略。

SPD 可以做什么与它不能做什么 

它能做什么

A 浪涌保护装置 可以：

• 将瞬态过电压钳位到比未受保护的电路更低的水平
  
• 将浪涌电流从敏感设备转移到可控路径中
  
• 减少绝缘应力，降低浪涌事件中电子设备故障的概率
  
• 分层安装时提高浪涌协调性（服务入口+配电+本地保护）
  

它不能做什么

浪涌保护装置不能：

• 防止雷击或“阻挡”闪电进入设施
  
• 吸收无限能量（所有设备具有有限的浪涌能力和老化行为）
  
• 更换外部防雷系统（空气端子、下导体和粘合）
  
• 保证所有浪涌条件下的零伤害，特别是直接打击场景

电涌放电器与电涌保护装置

这些术语在随意的对话中经常互换使用，但在工程实践中，它们倾向于映射到不同的安装区域和系统电压。

通常使用“防雷器”的地方

术语 避雷器 广泛应用于电力和公用事业，尤其是中/高压网络。 它通常指设计用于保护绝缘系统的设备：

• 配电线路
  
• 子电台
  
• 变压器终端
  
• 架空线路设备
  

为什么“金属氧化物避雷器”很重要

A 金属氧化物避雷器 通常使用氧化锌变阻器 (ZnO)。 与较旧的间隙设计相比，这些提供了强的非线性传导和高能量处理。 实际上，金属氧化物设计是许多高压/中压应用中的标准现代避雷器方法。

高压电涌放电器与LV电涌避雷器（目的和区域）

• A 高压避雷器 安装在高压系统上，以保护变压器、开关设备和线路绝缘免受雷电和开关脉冲的影响。 其重点是绝缘协调和系统级浪涌控制。
  
• A 低压避雷器 （通常在功能上类似于低压系统中的 SPD）安装在设施入口或配电板上，以减少瞬态过电压到达负载。
  

简而言之：避雷器通常与电网和变压器保护相关，而 SPD 通常与设施级和设备级保护有关。 物理重叠，但安装环境和协调目标不同。

真实系统中的雷电涌路径 

即使没有直接撞击建筑物，闪电仍然会由于耦合和瞬态行为而造成破坏性条件。

耦合到电源线

附近的罢工可以将能量耦合到头顶或长时间的电缆运行中。 该线路的行为就像雷电冲击频率下的天线。 感应瞬态可以传播到服务入口和配电网络。

长导体上的感应电压

长导体，尤其是在分离（形成环路区域）时，会产生来自快速变化的磁场的感应电压。 这就是为什么：

• 长行运行
  
• 粘接不良的电缆托盘
  
• 分离的地球和中性参考
  都可以增加浪涌压力。
  

上升时间和瞬态行为

闪电冲动的上升速度非常快。 快速上升时间意味着：

• 高 DI/dt
  
• 电感两端的高感应电压
  
• 设备终端的严重压力
  

这是一个关键点：即使稳态电网电压完美，设备也会因破坏事件不是稳态状态而发生故障。 它是一种高频内容的瞬态冲动。

市电电压“正常”的原因是设备为什么会失效

大多数现代电子产品因以下原因而失效：

• 半导体结击穿
  
• 电源中的绝缘穿刺
  
• PCB 跟踪电弧
  
• 共模浪涌造成的通信端口损坏
  

当瞬态超出组件耐受微秒时，可能会发生这些故障，即使 RMS 电压从未偏离到足以跳闸断路器。

什么真正可以防止闪电

防雷不是单一设备的问题。 这是一个系统协调问题。

1）外部防雷

外部系统提供了一个首选的打击终止和传导路径：

• 空中终端（罢工拦截）
  
• 下导体（受控电流路径）
  
• 接地端（电流耗散）
  

这减少了雷电电流使用内部布线作为其路径的机会。

2）接地和接地网络

键合和接地通过以下方式减少危险的电位差：

• 均衡金属制品电位
  
• 提供低阻抗参考路径
  
• 限制跨差的闪络风险
  

不良的粘接会在浪涌事件中导致“接地”点之间的较大电压差，这正是损坏设备的原因。

3) 正确位置的电涌保护装置

浪涌保护装置 通过钳位和转移浪涌电流来处理残余的瞬变。 它们在以下情况下工作得最好：

• 安装在导体入口附近
  
• 分阶段协调（因此没有单个设备需要所有内容）
  
• 与低阻抗地球基准键合
  

4）保护层之间的协调

协调的意思是：

• 上游保护采用高能组件
  
• 下游保护限制 敏感负载附近的残余电压
  
• 接地/接合系统提供了使夹紧变得有意义的共同参考
  

没有协调，SPD 可能会由于布线阻抗和参考偏移而允许设备端子处的电压损坏。

安装现实（为什么“放置”比“索赔”更重要）

在浪涌保护中，物理安装通常在数据表中占主导地位。 如果安装不正确，最好的设备可能会表现不佳。

主要安装原则：

• 保持引线短（长引线在快速瞬态期间增加电感电压）
  
• 使用低阻抗接地（宽导体、短路、固体粘合）
  
• 避免环路（最小化环路面积以降低感应电压）
  
• 正确粘合金属制品（电缆托盘、外壳、结构钢）
  
• 保持正确的导线布线（减少浪涌路径和敏感电路之间的耦合）
  

即使SPD本身正常工作，错误的安装也会产生高有效的透过电压。

对比表：防雷工具与其实际功能

设备/系统	主要目的	直接打击处理	诱导浪涌处理	注释/限制
浪涌保护装置（SPD）	钳位瞬态过电压和低压电路上的转移浪涌电流	不是为自己处理直接打击能量而设计的	正确安装和协调时有效	性能在很大程度上取决于引线长度、粘合和协调
防雷电涌避雷器/金属氧化物避雷器	利用非线性压敏电阻特性限制电力系统上的脉冲过压	可根据等级和安装处理高脉冲电流	对线路/变压器脉冲保护非常有效	重点是绝缘协调；仍然需要适当的接地
高压避雷器	保护高压/中压设备绝缘（变压器、开关设备、线路）	比低压设备更适合高能区域中的高能事件	有效抵抗雷电和开关脉冲	必须与系统电压和临时过压条件相匹配
低压避雷器	减少低压配电和服务入口中的瞬态过电压	不是直接打击的独立解决方案	对进来和诱导的浪涌有效	需要正确放置和低阻抗接地
接地和粘合	提供参考稳定性和均衡电位	对控制当前路径和降低闪络风险至关重要	对减少破坏性电位差至关重要	不是设备；接地不良会破坏保护

造成虚假保护的常见错误

这些是使系统看起来受到保护但在实际浪涌事件中表现不佳的实际故障模式：

• 在服务入口处仅使用一颗 SPD 并假定设施全面保护
  
• 错误的位置（SPD 离传入的导体或受保护的面板太远）
  
• 电气、结构和电信接地之间没有键合协调
  
• 长线连接SPD，产生高电感性透射电压
  
• 系统电压和应用区混合错误的避雷器/SPD 类型
  
• 忽略信号和数据线，仅保护电源导体
  
• 期待“零损失”而不是设计降低风险和生存能力
  
• 假设设备永不退化，没有检查/更换计划
  

现实建议

一种中性、注重工程的方法是管理风险和提高生存能力：

• 闪电暴露高时，使用协调保护（外部防雷+粘合/接地+分级SPDS）。
  
• 如果该设施包含敏感的电子设备（自动化、IT、LED 驱动器、仪器），分层保护通常是合理的，因为小的残余浪涌仍会导致故障。
  
• 将浪涌保护作为维护计划的一部分：检查、事件历史审查和更换策略问题。
  
• 优先考虑安装质量：短引线、低阻抗粘合和正确放置通常比追逐更大的铭牌评级更有利于获得更多的好处。
  
• 考虑所有进入路径：电源、通信、控制线路和长长的户外电缆是常见的浪涌入口点。
  

结论

浪涌保护装置不停雷，不能保证零损坏。 它可以做的是限制瞬态过电压和转移浪涌电流，以便设备看到的电应力更小。 实际结果取决于系统设计：粘合和接地质量、正确的位置以及跨保护层的协调。 防雷是系统问题，SPD 是该系统的重要组成部分。

常见问题