防雷器残压和电压保护水平关系

残压（residual voltage Ures）是避雷器或电涌保护器流过放电电流时两端的电压峰值。

电压保护水平（voltage protection level  U_p）表征电涌保护器限制接线端子间电压的性能参数，其值可从优先值的列表中选择。电压保护水平值应大于限制电压的最高值。

下图是压敏电阻型防雷器（MOV）电压—电流曲线，根据MOV的特性，不同的放电电流对应不同的残压。对于Ⅱ级试验的限压型防雷器，电压保护水平是标称放电电流I_n下的最大残压值。

电压保护水平U_p可以将电涌电压限制到允许的范围内，为了做到对被保护设备的有效保护，应考虑防雷器上下引线的电感电压降ΔU，有效电压保护水平U_p/f不应大于被保护设备的耐冲击电压限值U_w，即：

U_p/f = U_p + ΔU ≤ U_w      （1）

式中：

U_p/f —— 电涌保护器的有效电压保护水平，kV；

U_p —— 电涌保护器的电压保护水平，kV；

U_w —— 设备耐冲击电压额定值，kV。

曾经有文献讨论过一个案例：I_n为20 kA、U_p = 1.8 kV的SPD1，其有效电压保护水平为：U_p/f = U_p + ΔU = U_p + L × （di/dt） = 1.8 + 0.5 × 20/8 = 1.8 + 1.25 = 3.05 kV。

当将SPD1替换为I_n为80 kA、U_p = 2.5 kV的SPD2时，将产生以下问题：

a. 问题1：对于SPD2，U_p/f = U_p + ΔU ≤ U_p + L ×（di/dt）= 2.5 + 5 = 7.5 kV，远远大于被保护设备要求的U_w（4 kV），因此，SPD2将不能保护设备，公式（1）不合理。

b. 问题2：I_n为80 kA的SPD2实际采用4片压敏电阻并联，当出现20 kA电涌电流，每片压敏电阻分流约5 kA，SPD2上的残压比SPD1上的残压更小，实际保护效果也更好，和问题1矛盾。

实际上，SPD浪涌保护器的选择依赖两个重要参数：

a. 安装处被保护设备的耐冲击电压限值U_w，以此选择SPD的电压保护水平U_p。

b. SPD的I_n应根据安装处的预期放电电流选择，制造厂申明的SPD标称放电电流应满足15次8 / 20 μs正极性I_n 。

首先，设计选择I_n为20 kA、U_p = 1.8 kV的SPD1，维护更换也应按此规格，不可选择I_n为80 kA、U_p = 2.5 kV的SPD2，否则，不仅造价高，而且不利于多个SPD之间能量配合。

其次，问题1中SPD2上的电感电压降ΔU不能用SPD的标称放电电流参数（I_n = 80 kA）带入公式L ×（di/dt）计算，而应取安装处预期放电电流（I_n = 20 kA），因此“ΔU = L × (di/dt) = 5 kV”是错误的。

第三，对于限压型SPD，根据GB 50057 - 2010第 6.4.6条，户外线路进入建筑物处ΔU按1 kV / m计算，在其后可按ΔU = 0.2U_P计算。GB 50343 - 2012第5.4.3条第8款要求，SPD两端引线“总长度不宜大于0.5 m”，即户外线路进入建筑物处ΔU不宜大于0.5 kV；GB 50057 - 2010第 4.3.8条第4款“电涌保护器的电压保护水平值应小于或等于2.5 kV”，后续SPD的ΔU = 0.2U_P≤ 0.5 kV计算。“ΔU = L ×（di/dt）= 1.8 + 0.5 × 20/8 = 1.8 + 1.25”的计算方法并非规范本意。

第四，模块导轨式SPD防雷器为了提高通流能力，需要增加压敏电阻片的面积和并联数量；为了提高寿命，还会增加压敏电阻片的厚度，以应对不同等级，不同场所的被保护设备的需要。不推荐用I_n为80 kA、U_p = 2.5 kV的SPD2替代I_n为20 kA、U_p = 1.8 kV的SPD1。

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本文全文载于《建筑电气》2021年第2期，详文请见杂志。