林世祺 LIN Shi-qi；罗志勇 LUO Zhi-yong；卢志鹏 LU Zhi-peng；谢宝永 XIE Bao-yong
（中山市气象局，中山 528401）
（Zhongshang Bureau of Meteorology，Zhongshan 528401，China）
摘要： 在日常SPD检测过程中，经常会遇到SPD两端连接线问题而达不到国家规范要求的情况。本文针对现场检测SPD遇到的问题，分析SPD接线方式对防雷效果的影响，提出解决方法。
Abstract：In daily surge protective device（SPD）detection process， we often encounter the cable problem on both ends of SPD， so as the standard can’t meet the national requirements. Based on in-situ test SPD problems， the effects of the SPD connection mode for lightning protection is analyzed to put forward the solutions.
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关键词 ： SPD检测；接线方式；解决方法
Key words： SPD detection；grounding method；solution
中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）19-0105-03
作者简介：林世祺（1981-），男，广东清远人，工程师，从事电子和电气设备防雷检测和管理工作；罗志勇（1983-），男，广东梅州人，工程师，从事电子和电气设备防雷检测工作；卢志鹏（1985-），男，广东中山人，助工，从事电子和电气设备防雷检测工作。
0 引言
现阶段，我国十分重视对电气、电子设备的防护，电涌保护器（简称SPD）的使用越来越普遍。近几年防雷检测中发现，某些工程人员对SPD的理解存在偏差，SPD两端引线长度、线径等方面的相关问题也接踵而至。以往发生的大多数雷击事故都之存在一定的联系。所以SPD安装的接地方式的正确把握就显得特别重要。
关于SPD两端引线长度，文献[7]中明确规定：“SPD两端的引线长度不得超过0.5 m。电源SPD的U必须低于被保护设备的耐冲击过电压额定值Uw，通常需要另设20％的安全裕量，以确保电压保护水平U始终小于0.8Uw。AU为SPD两端引线上产生的电压，通常情况下AU=1 kV/m（8/20tμs、20 kA时）。”换而言之，SPD的有效电压保护水平U等于电压保护水平Up与其两端引线的感应电压之和，但是必须小于所在系统和设备的绝缘耐冲击电压，同时应低于被保护设备耐压水平的80%。实际安装SPD时往往存在许多限制条件，难免出现SPD两端引线过长、线径偏小等问题，使得安装后的设备达不到技术指标。
1 SPD两端引线过长的危害分析
基于电路理论，任何导体都同时具有电阻、电感和电容。同样截面的导体，其长度越长电感就越大。每米长的直导线（直径在0.5mm~2mm范围）电感通常是一到几个微亨（μH）。而在交变电路中，导体的电压降和电流变化速率及导体电感有关。电感越大，电压降就随着电感呈指数型增大。雷电流属于高频电流，完全适用于上述理论。大幅度波动的雷电暂态电流可以在接地线微小的电感上产生较强的电压降，足以危机人的生命。在雷电流作用时，保护支路两端的实际箝位电压U P （f）通常分为UP与（UL1+UL2）两部分，即：
UP （f）=UP+（UL1+UL2）（1）
设箝位电压UP=1.5kV，两端导线L1=1m，L2=2m，基于GB/T 21431-2008《建筑物防雷装置检测技术规范》，SPD两端引线上产生的电压?驻U=1kV/m（8/20μs 20kA 时），上式可以简化为：
U=1.5+1+2=4.5（kV）
也就是说，在这一假设条件下的雷电流过程中，SPD实际提供的电压保护水平是4.5kV，其中SPD接地线造成的电压降就为3kV，是SPD本身箝位电压的2倍，足以损坏电子设备。
为了保证SPD能在暂态过电压的作用下及时而可靠地限压，在SPD的安装说明书和防雷规范中，对于接地线的线径和长度都有明确的要求。如：GB50343-2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》规定：浪涌保护器连接导线不得超过半米，且必须平直；GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》规定：电涌保护器的最大箝压加上其两端引线上的感应电压，必须与所在系统的基本绝缘水平及设备额定最大电涌电压协调一致。
假设雷电流幅值为40kA，连接线电阻为0.01Ω/m，电感为1.5μH／m，电流徒度是40kA/μs（最高值为50kA/μs），则可通过公式（2）计算每米导线上产生的雷击过电压：
U＝IR＋L0（di /dt）L （2）
＝40kA×0.01Ω＋1.5μH／m×40kA/μs×1.0m
＝6．4kV
大多数电子产品的耐压水平为1.5kV，如果SPD 连接线的长度超过限定值，造成有效电压保护水平U大于SPD耐压上限值，就可能对原本稳定运行的设备造成干扰。在电气线路中，SPD保护设备通常与被保护设备并联。被保护设备两端所承受的过电压U是UP与（UL1+UL2）之和。所以，当雷击浪涌窜入电气线路时，被保护设备两端所承受的过电压U必须满足下列条件：
U=UP+UL<UW （3）
在式（3）中，U为SPD两端引线L1与L2的感应电压，UP为SPD本身的保护电压。设：U取2.0 kV，L1与L2分别取2.5 m，则按照GB/T 21431-2008《建筑物防雷装置检测技术规范》的相关要求，SPD两端引线上产生的电压U取1 kV/m（8 / 20μs、20 kA时）。将这些数据代入式（2），得到被保护设备两端所承受的过电压U的取值，即4．5 kV。一般电气设备的耐冲击过电压水平Uw为2.5 kV或4.0kV，式（2）计算结果显然超出了范围。按照规范条文中的要求，想要保证被保护设备两端所承受的过电压U不超过其耐冲击过电压额定值 ，则最有效的措施就是保证SPD两端引线的长度足够短。通过近几年防雷检测实践发现，实际配电柜中所装SPD两端引线长度由于受到空间、电气布局等要求限制，一般都不能满足要求。结果导致引线过长，线上感应电压偏大，导致最后设备两端所承受的过电压超过被保护设备的，从而造成设备损坏。
从公式（2）可了解导线上的电压降取决于电阻R和电感L上的电压降。降低导线的电阻值和电感值是有效的降压手段。
2 导线上电压降影响分析
以铜导线为例，截面积不变，导线长度变化情况下，铜导线上呈现的压降变化。
同样，以铜导线为例，导线长度不变，截面积变化情况下，铜导线上呈现的压降变化。
由图2、3可知：
①感抗压降占总压降大部分，起主要作用。
②导线的感抗随长度的增长而明显增大。
③图3可知导线上的压降与截面积有关，但关系不大（当截面积由2.5mm2增加到10mm2时，截面积增加4倍，压降才降低10％）。
由此可知，在雷击的情况下，接地线上的电压降主要取决于接地线上的电感，受电阻的影响较小。而电感主要取决于导线的长度，因此缩短接地线长度的方法比增加截面积的办法来减少地线上的电压降效果更有效。当然，施工安装时，可根据现场情况综合分析，综合使用，使效果与成本达到最优化。
3 检测时，降低导线压降的应用方法
①检测时，若发现SPD为模块式电源SPD的，建议SPD安装在配电箱内。对于防雷安全角度考虑，将配电柜原有预留接地排上移到SPD附近，使SPD的PE端就近与配电箱接地排连接，可实现电源相线和接地线满足总长度小于0.5m。
②若检测发现采用箱式电源SPD，无法安装在配电箱内时，可用40×4mm扁钢将电源SPD接地线直接接到改进后的配电箱的接地排上，使电源SPD接地端长度为零，实现SPD两端总长度小于0.5m。
③采用增大导线的截面积或增加多根并联导线泄放雷电流。当SPD接地线长度确实不能满足要求时，一般可以通过增加截面积的办法进行弥补。从上面分析可知，增加导线的截面积或增加导线的根数可有效降低雷电流通过导线产生的压降，但这种办法减少导线上的电压降效果是很有限的。
④采用凯文接线法。在防雷检测中，如果安装环境许可或SPD的T2级后，可优先采用凯文接线法。在防雷上凯文汇流排是凯文接线的一种汇流形式，如果ＳＰＤ的接线距离等于零，就是标准的凯文接线。
1）凯文接线的优点是消灭接线电缆上因雷电流通过时自身的寄生电阻电感产生的电压降在附加给被保护负载的一种方式，实施效果明。凯文式接线就是最大限度地消除雷电流通过时在SPD两端接线上的寄生电阻电感产生的电压降的一种接线方式。
对于SPD 通流容量为In=20kA，雷电流波形为8/20μs，取K= 1.55μH /m，设：Up = 1 kV。从图5可以得出这样的结果，即：A=0m，B=0m，Uab = Up = 1 kV。就是说最终加在设备上的电涌电压仅为1 kV，小于被保护设备所能耐受的额定冲击电压，也就保护了设备。
2）实施凯文接线法的难点是配电线线径过大而SPD接线端子容量有限；接头数量增多，增加了系统故障风险；配电线不够长；防雷箱无合适安装空间等等。
3）降低压降U的应用方法应根据SPD周围环境和施工难易程度，结合设备布局要求，综合采用。
4 总结
通过分析检测SPD遇到的问题，本文将解决方法总结为以下几点。
①对于防雷安全角度考虑，将配电柜原有预留接地排上移到SPD附近，使SPD的PE端就近与配电箱接地排连接，可实现电源相线和接地线满足总长度小于0.5m。
②在防雷检测中，如果发现SPD接线方式安装环境许可或用于高敏设备时，可优先采用凯文接线法。
③在交变电流状态下，增加单根导线的截面积降低电阻从而降低导线的电压降，效果很有限且浪费。
④检测时，降低导线压降的应用方法有多种，可根据实际情况选用一种或综合使用，使效果达到最优。
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参考文献：
[1]GB50057-2010，建筑物防雷设计规范[S].
[2]徐启腾.电涌保护器（SPD）接线方式浅析[D].第八届中国国际防雷论坛，2010.
[3]黄世兴.关于电源SPD接地线长造成影响的分析[J].电气&智能建筑.
[4]高云鹏，章程，等.浪涌保护器两端引线长度及线径问题的探讨[J].低压电气，2011.
[5]陈雷文，刘昌，闫友理.关于SPD接地形式的探讨[J].城市建设理论研究，2012.
[6]GB/T 21431-2008，建筑物防雷装置检测技术规范[S].
[7]GB50343-2012，建筑物电子信息系统防雷技术规范[S].