电涌保护器(Surge protection Device)是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装置，过去常称为“避雷器〞或“过电压保护器〞英文简写为SPD。电涌保护器的作用是把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压围，或将强大的雷电流泄流入地，保护被保护的设备或系统不受冲击而损坏。 电涌保护器的类型和结构按不同的用途有所不同，但它至少应包含一个非线性电压限制元件。用于电涌保护器的根本元器件有：放电间隙、充气放电管、压敏电阻、抑制二极管和扼流线圈等。 一、SPD的分类：
1、按工作原理分：
1．开关型：其工作原理是当没有瞬时过电压时呈现为高阻抗，但一旦响应雷电瞬时过电压时，其阻抗就突变为低值，允许雷电流通过。用作此类装置时器件有：放电间隙、气体放电管、闸流晶体管等。
2．限压型：其工作原理是当没有瞬时过电压时为高阻扰，但随电涌电流和电压的增加其阻抗会不断减小，其电流电压特性为强烈非线性。用作此类装置的器件有：氧化锌、压敏电阻、抑制二极管、雪崩二极管等。
3．分流型或扼流型
分流型：与被保护的设备并联，对雷电脉冲呈现为低阻抗，而对正常工作频率呈现为高阻抗。
扼流型：与被保护的设备串联，对雷电脉冲呈现为高阻抗，而对正常的工作频率呈现为低阻抗。
用作此类装置的器件有：扼流线圈、高通滤波器、低通滤波器、1/4波长短路器等。
按用途分：(1)电源保护器：交流电源保护器、直流电源保护器、开关电源保护器等。
(2)信号保护器：低频信号保护器、高频信号保护器、天馈保护器等。
二、SPD的根本元器件与其工作原理：
1．放电间隙(又称保护间隙)：
它一般由暴露在空气中的两根相隔一定间隙的金属棒组成(如图15a)，其中一根金属棒与所需保护设备的电源相线L1或零线〔N〕相连，另一根金属棒与接地线(PE)相连接，当瞬时过电压袭来时，间隙被击穿，把一局部过电压的电荷引入，防止了被保护设备上的电压升高。这种放电间隙的两金属棒之间的距离可按需要调整，结构较简单，其缺点时灭弧性能差。改良型的放电间隙为角型间隙，它的灭弧功能较前者为好，它是*回路的电动力F作用以与热气流的上升作用而使电弧熄灭的。 2．气体放电管：
它是由相互离开的一对冷阴板封装在充有一定的惰性气体(Ar)的玻璃管或瓷管组成的。为了提高放电管的触发概率，在放电管还有助触发剂。这种充气放电管有二极型的，也有三极型的，
氨分解制氢气体放电管的技术参数主要有：直流放电电压Udc；冲击放电电压Up(一般情况下Up≈(2～3)Udc；工频而授电流In；冲击而授电流Ip；绝缘电阻R(>109Ω)；极间电容(1-5PF)
气体放电管可在直流和交流条件下使用，其所选用的直流放电电压Udc分别如下：在直流条件下使用：Udc≥1.8U0〔U0为线路正常工作的直流电压〕
在交流条件下使用：U dc≥1.44Un(Un为线路正常工作的交流电压有效值) 3．压敏电阻：
它是以ZnO为主要成分的金属氧化物半导体非线性电阻，当作用在其两端的电压达到一定数值后，电阻对电压十分敏感。它的工作原理相当于多个半导体P-N的串并联。压敏电阻的特点是非线性特性好〔I=CUα中的非线性系数α〕，通流容量大〔～2KA/cm2〕，常态泄
漏电流小〔10-7～10-6A〕，残压低〔取决于压敏电阻的工作电压和通流容量〕，对瞬时过电压响应时间快〔～10-8s〕，无续流。
压敏电阻的技术参数主要有：压敏电压〔即开关电压〕UN，参考电压Ulma；残压Ures；残压比K(K=Ures/UN)；最大通流容量Imax；泄漏电流；响应时间。
压敏电阻的使用条件有：压敏电压：UN≥[〔√2×1.2〕/0.7]U0〔U0为工频电源额定电压〕最小参考电压：Ulma≥〔1.8～2〕Uac (直流条件下使用)
Ulma≥〔2.2～2.5〕Uac〔在交流条件下使用，Uac为交流工作电压〕
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压敏电阻的最大参考电压应由被保护电子设备的耐受电压来确定，应使压敏电阻的残压低于被保护电子设备的而损电压水平，即(Ulma)max≤Ub/K，上式中K为残压比，Ub为被保护设备的而损电压。
4．抑制二极管：
抑制二极管具有箝位限压功能，它是工作在反向击穿区〔图19〕，由于它具有箝位电压低和动作响应快的优点，特别适合用作多级保护电路中的最末几级保护元件。抑制二极管在击穿区的伏安特性可用下式表示：I=CUα，上式中α为非线性系数，对于齐纳二极管α=7～9，在雪崩二极管α=5～7。
抑制二极管的技术参数主要有
〔1〕额定击穿电压，它是指在指定反向击穿电流〔常为lma〕下的击穿电压，这于齐纳二极管额定击穿电压一般在 2.9V～4.7V围，而雪崩二极管的额定击穿电压常在5.6V～200V围。
〔2〕最大箝位电压：它是指管子在通过规定波形的大电流时，其两端出现的最高电压。
〔3〕脉冲功率：它是指在规定的电流波形〔如10/1000μs〕下，管子两端的最大箝位电压与管子中电流等值之积。
〔4〕反向变位电压：它是指管子在反向泄漏区，其两端所能施加的最大电压，在此电压下管子不应击穿。此反向变位电压应明显高于被保护电子系统的最高运行电压峰值，也即不能在系统正常运行时处于弱导通状态。
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〔5〕最大泄漏电流：它是指在反向变位电压作用下，管子中流过的最大反向电流。
〔6〕响应10-11s
5．扼流线圈：扼流线圈是一个以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件，它由两个尺寸一样，匝数一样的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上，形成一个四端器件，如图15e 所示，要对于共模信号呈现出大电感具有抑制作用，而对于差模信号呈现出很小的漏电感几乎不起作用。扼流线圈使用在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号〔如雷电干扰〕，而对线路正常传输的差模信号无影响。
这种扼流线圈在制作时应满足以下要求：
〔1〕绕制在线圈磁芯上的导线要相互绝缘，以保证在瞬时过电压作用下线圈的匝间不发生击穿短路。
〔2〕当线圈流过瞬时大电流时，磁芯不要出现饱和。
〔3〕线圈中的磁芯应与线圈绝缘，以防止在瞬时过电压作用下两者之间发生击穿。
〔4〕线圈应尽可能绕制单层，这样做可减小线圈的寄生电容，增强线圈对瞬时过电压的而授能力。
6． 1/4波长短路器
1/4波长短路器是根据雷电波的频谱分析和天馈线的驻波理论所制作的微波信号电涌保护器，其结构如图21所示。这种保护器中的金属短路棒长度是根据工作信号频率〔如900MHZ或1800MHZ〕的1/4波长的大小来确定的。此并联的短路棒长度对于该工作信号频率来说，其阻抗无穷大，相当于开路，不影响该信号的传输，但对于雷电波来说，由于雷电能
量主要分布在n+KHZ以下〔如图22所示〕，此短路棒对于雷电波阻抗很小，相当于短路，雷电能量级被泄放入地。
由于1/4波长短路棒的直径一般为几毫米，因此耐冲击电流性能好，可达到30KA〔8/20μs〕以上，而且残压很小，此残压主要是由短路棒的自身电感所引起的，其不足之处是工频带较窄，带宽约为2％～20％左右，另一个缺点是不能对天馈设施加直流偏置，使某些应用受到限制。
三、SPD的根本电路
电涌保护器的电路根据不同需要，有不同的形式，其根本元器件就是上面介绍的几种，一个技术精通的防雷产品研究工作者，可设计出五花八门的电路，好似一盒积木可搭出不同的结构图案。研制出既有效又性能价格比好的产品，是防雷工作者的重任。下面仅列出一些电路供设计者参考。
敏压分流？浪涌保护器，也叫防雷器，是一种为各种电子设备、仪器仪表、通讯线路提供安全防护的电子装置。当电气回路或者通信线路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时，浪涌保护器能在极短的时间导通分流，从而防止浪涌对回路中其他设备的损害。电涌保护器的作用是把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压围，或将强大的雷电流泄流入地，保护被保护的设备或系统不受冲击而损坏。电涌保护器的类型和结构按不同的用途有所不同，但它至少应包含一个非线性电压限制元件。用于电涌保护器的根本元器件有：放电间隙、充气放电管、压敏电阻、抑制二极管和扼流线圈等。
接地的概念
一、“地〞和“接地〞的概念
1．地
〔1〕电气地是一个电阻非常低、电容量非常大的物体，拥有吸收无限电荷的能力，而且在吸收大量
电荷后仍能保持电位不变，因此适合作为电气系统中的参考电位体。这种“地〞是“电气地〞，并不等干“地理地〞，但却包含在“地理地〞之中。“电气地〞的围随着结构的组成和与带电体接触的情况而定。
〔2〕地电位与严密接触并形成电气接触的一个或一组导电体称为接地极，通常采用圆钢或角钢，也可采用铜棒或铜板。图 1示出圆钢接地极。当流入地中的电流I通过接地极向作半球形散开时，由于这半球形的球面，在距接地极越近的地方越小，越远的地方越大，所以在距接地极越近的地方电阻越大，而在距接地极越远的地方电阻越小。试验证明：在距单根接地极或碰地处 20m 以外的地方，呈半球形的球面已经很大，实际已没有什么电阻存在，不再有什么电压降。换句话说，该处的电位已近于零。这电位等于零的“电气地〞称为〞地电位〞。假设接地极不是单根而为多根组成时，屏蔽系数增大，上述 20m 的距离可能会增大。图 1中的流散区是指电流通过接地极向流散时产生明显电位梯度的土壤围。地电位是指流散区以外的土壤区域。在接地极分布很密的地方，很难存在电位等于零的电气地。
〔3〕逻辑地电子设备中各级电路电流的传输、信息转换要求有一个参考的电位，这个电位还可防止外界电磁场信号的侵入，常称这个电位为“逻辑地〞。这个“地〞不一定是“地理地〞，可能是电子设备的金属机壳、底座、印刷电路板上的地线或建筑物的总接地端子、接地干线等；逻辑地可与接触，也可不接触，而“电气地〞必须与接触。
2．接地
将电力系统或电气装置的某一局部经接地线连接到接地极称为“接地〞。“电气装置〞是一定空间中假设干相互连接的电气设备的组合。“电气设备〞是发电、变电、输电、配电或用电的任何设备，例如电机、变压器、电器、测量仪表、保护装置、布线材料等。电力系统中接地的一点一般是中性点，也可能是相线上某一点。电气装置的接地局部那么为外露导电局部。“外露导电局部〞为电气装置中能被触与的导电局部，它在正常时不带电，但在故障情况下可能带电，一般指金属外壳。有时为了安全保护的需要，将装置外导电局部与接地线相连进展接地。“装置外导电局部〞也可称为外部导电局部，不属于电气装置，一般是水、暖、煤气、空调的金属管道以与建筑物的金属结构。外部导电局部可能引入电位，一般是地电位。接地线是连接到接地极的导线。接地装置是接地极与接地线的总称。
超过额定电流的任何电流称为过电流。在正常情况下的不同电位点间，由于阻抗可忽略不计的故障产生的过电流称为短路电流，例如相线和中性线间产生金属性短路所产生的电流称为单相短路电流。由绝缘损坏而产生的电流称为故障电流，流入的故障电流称为接地故障电流。当电气设备的外壳接地，且其绝缘损坏，相线与金属外壳接触时称为“碰壳〞，所产生的电流称为“碰壳电流〞。
3．接触电压
当电气装置M绝缘损坏碰壳短路时，流经接地极的短路电流为 Id 。如接地极的接地电阻力 Rd ，那么
在接地极处产生的对地电压Ud = Id·Rd ，通常称 Ud为故障电压，相应的电位分布曲线为图 2 中的曲线 C 。一般情况下，接地线的阻抗可不计，那么M上所呈现的电位即为 Ud 。当人在流散区时，由曲线 C 可知人所处的地电位为Uφ 。此时如人接触M，由接触所产生的故障电压 Ut = Ud -Uφ 。人站立在地上，而一只脚的鞋、袜
和地面电阻为 Rp，当人接触M时．两只脚为并联，其综合电阻为 Rp／2 。在 Ut的作用下，Rp／2 与人体电阻RB串联，那么流经人体的电流 IB = Uf／〔RB+Rp／2〕，人体所承受的电压Ut = IB·RB = Uf ·RB／〔RB+Rp／2〕。这种当电气装置绝缘损坏时，触与电气装置的手和触与地面的双脚之间所出现的接触电压Ut与M和接地极间的距离有关。由图 2 可见，当 M 越*近接地极，Uφ 越大，那么 Uf 越小，相应地 Ut 也越小。当人在流散区围以外，那么Uφ = 0，此时 Uf = Ud，Ut = Ud·RB／〔RB+Rp ／2〕，Ut为最大值。由于在流散区人所站立的位置与Uφ 有关，通常以站立在离电气装置水平方向 0. 8m 和手接触电气装置垂直方向 1.8m 的条件计算接触电压。如电气装置在流散区以外，计算接触电压 Ut 时就不必考虑上述水平和垂直距离。
4．跨步电压
人行走在流散区，由图 2 的曲线 C 可见，一只脚的电位为Uφ1 ，另一只脚的电位为Uφ2 ，那么由于跨步所产生的故障电压Uk = Uφ1 - Uφ2 。在Uk 的作用下，人体电流 IB从人体的一只脚的电阻 Rp ，
流过人体电阻 RB ，再流经另一只脚的电阻 Rp ，那么人体电流 IB = Uk／〔RB十2Rp〕。此时人体所承受的电压Ut = IB·RB = Uk·RB ／〔RB+2p〕。这种当电气装置绝缘损坏时，在流散区跨步的条件下，人体所承受的电压频率补偿
Uk为跨步电压。一般人的步距约为 0.8m，因此跨步电压 Uk以地面上 0.8m 水平距离间的电位差为条件来计算。由图 2 可见，当人越*近接地极，Uφ1 越大。当一只脚在接地极上时Uφ1 = Ud ，此时跨步所产生的故障电压 Uk为最大值，即图 2 中的 Ukm，相应地跨步电压值也是最大值。反之，人越远离接地极，那么跨步电压越小。当人在流散区以外时，Uφ1 和U φ2都等于零，那么 Uk = 0 ，不再呈现跨步电压。
下变频器5．流散电阻、接地电阻和冲击接地电阻
接地极的对地电压与经接地极流入地中的接地电流之比，称为流散电阻。
电气设备接地局部的对地电压与接地电流之比，称为接地装置的接地电阻，即等于接地线的电阻与流散电阻之和。一般因为接地线的电阻甚小，可以略去不计，因此，可认为接地电阻等于流散电阻。
为了降低接地电阻，往往用多根的单一接地极以金属体并联连接而组成复合接地极或接地极组。由于各处单一接地极埋置的距离往往等于单一接地极长度而远小于40m，此时，电流流入各单一接地极时，四辊冷轧机
将受到相互的限制，而妨碍电流的流散。换句话说，即等于增加各单一接地极的电阻。这种影响电流流散的现象，称为屏蔽作用，如图 3所示。
由于屏蔽作用，接地极组的流散电阻，并不等于各单一接地极流散电阻的并联值。此时，接地极组的流散电阻
Rd = Rd1／(n·η)〔1〕
式中：Rd1──单一接地极的流散电阻
n ──单一接地极的根数
η ──接地极的利用系数，它与接地极的形状、单一接地极的根数和位置有关
以上所谈的接地电阻，系指在低频、电流密度不大的情况下测得的，或用稳态公式计算得出的电阻值。这与雷击时引入雷电流用的接地装置的工作状态是大不一样的。由于雷电流是个非常强大的冲击波，其幅度往往大到几万甚至几十万安的数值。这样，使流过接地装置的电流密度增大，并受到由于电流冲击特性而产生电感的影响，此时接地电阻称为冲击接地电阻，也可简称冲击电阻. 由于流过接地装置电流密度的增大，以致土壤中的气隙、接地极与土壤间的气层等处发生火花放电现象，这就使土壤的电阻率变小和土壤与接地极间的接触面积增大。结果，相当于加大接地极的尺寸，降低了冲击
电阻值。
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