防雷器电路及保护原理与行业应用解决方案

雷电和瞬态过电压是电子设备与电力系统的主要威胁之一，轻则导致设备损坏，重则引发火灾或系统瘫痪。防雷器（SPD, Surge Protective Device）作为现代防雷体系的核心组件，通过科学的电路设计与合理的安装方案，可有效抵御雷击和浪涌冲击。地凯科技将从防雷器的电路结构、接线方式、保护原理出发，结合不同行业场景，探讨其应用解决方案。

一、防雷器的接线方式与保护原理

1. 并联接入、等电位连接

SPD的核心保护动作是“分流＋限压”：当线路出现过电压时，SPD内部非线性元件（如压敏电阻MOV、气体放电管GDT、TVS二极管等）瞬时导通，将浪涌电流引入大地或中性线，从而将线路电压钳制在安全水平。为保证系统正常电流不受影响，SPD总是与被保护线路并联连接；地线必须采用低阻抗粗导体，确保泄放回路畅通无阻。

并联后，平时SPD呈高阻状态，不影响线路；当电压超过其钳位电压时，内部阻抗骤降，浪涌电流“哪里阻抗低走哪里”，优先经SPD流向地/中性，保护后端设备不受冲击。系统中还要做等电位连接（Equipotential Bonding），将所有金属外壳、屏蔽层与地相连，避免不同部件间产生电位差。

2. 级联配置，分区防护

为应对不同幅值与波形的浪涌，IEC 61643-11标准将SPD按安装位置和浪涌冲击能力分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类（又称Type 1/Type 2/Type 3）

Ⅰ类（Type 1）：放电管为主，承受10/350 µs雷击波大电流（25–100 kA），安装在配电主干处，与避雷带系统协同，保护整个建筑进线。

Ⅱ类（Type 2）：以MOV为主，承受8/20 µs浪涌（10–40 kA），安装在各分配电箱，防止雷电或开关操作感应过电压向末端蔓延。

Ⅲ类（Type 3）：以TVS、RC网络等为主，承受高频窄脉冲（≈1 kA），可贴近敏感设备，进行末端精细保护。

在大型系统中，应采用“Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ”多级级联防护。Ⅰ类先截留最大浪涌电流，Ⅱ类继续吸收剩余过电压能量，Ⅲ类对残余小幅过电压做快速钳位，从而构建高性能SPD体系。

二、不同种类防雷器的内部元件与工作细节

Ⅰ类（Type 1）：气体放电管（GDT），10/350 µs，高钳位，µs级，主配电柜

Ⅱ类（Type 2）：金属氧化物压敏电阻（MOV）， 8/20 µs，中钳位，10–100 ns，分配电箱

Ⅲ类（Type 3）：TVS二极管、RC滤波，1.2/50 µs ，低钳位，ns级，终端设备附近

GDT（Gas Discharge Tube）：在气体击穿后导通，适合大能量浪涌；但恢复较慢，不适合高频脉冲。

MOV（Metal Oxide Varistor）：非线性电阻，钳位电压可调，响应快，能量吸收能力中等；需并联冗余以提升可靠性。

TVS（Transient Voltage Suppressor）：半导体结构，响应极快（ns级），钳位精度高，但能量承受有限，常与MOV、GDT组合使用。

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三、地凯科技防雷器行业应用解决方案

1. 电力系统与配电网

场景痛点：高压侧雷击能量大，配电设备及变压器易遭损坏；

解决方案：在进线柜安装Ⅰ类SPD（GDT主元件），并与避雷针、接地网形成联动；各低压分配箱配置Ⅱ类SPD（MOV），对剩余浪涌做二次吸收；对关键馈线再加装Ⅲ类SPD（TVS）。

效果：构建“高能—中能—末端”三级防护链，有效降低维修停电成本。

2. 通信与弱电系统

场景痛点：网线、光纤、同轴电缆对高频脉冲敏感，易造成设备瘫痪；

解决方案：

网络信号防雷器：利用GDT+TVS+隔离变压器结构，网线串联隔离变压器，浪涌并联至地。

光纤防雷：采用光电隔离器+GDT，保证无电传输同时提供浪涌通道。

效果：兼顾信号完整性与防护性能，适用于监控、数据中心、基站等。

3. 工业自动化与控制系统

场景痛点：PLC、传感器、执行器对浪涌极度敏感，生产线停机损失大；

解决方案：在控制柜母线安装Ⅱ类SPD，对各分支回路加装Ⅲ类SPD；对模拟量、数字量I/O口使用带滤波的SPD模块，实现“浪涌+EMI”双重抑制。

效果：显著减少误动作与停机故障，提升产线可靠性。

4. 可再生能源（光伏、风电）

场景痛点：户外阵列与逆变器之间跨距大，直流高压下雷击风险高；

解决方案：

光伏阵列侧：安装直流Ⅱ类SPD（MOV+GDT组合），承受直流浪涌。

逆变器侧：在直流输入与交流输出端分别配置Ⅱ/Ⅲ类SPD，并保证良好接地。

效果：降低组件老化与逆变器故障率，延长系统寿命。

5. 楼宇智能与消防系统

场景痛点：楼宇综合布线、大楼自动化系统对防雷要求高；

解决方案：

综合布线配线架处部署Ⅱ类SPD；

末端工作站、消防主机等处加装Ⅲ类SPD；

做好机房、配电间与建筑接地网的等电位联结。

效果：保证安防、通信、火灾报警系统在雷雨季稳定运行。

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四、设计与施工要点

接地设计：

地网电阻＜10Ω，局部接地＜4Ω；

SPD地线尽量短且粗（＜0.5 m，截面积≥16 mm²）。

选型规范：

遵循IEC 61643-11、GB 18802.1标准；

按系统电压等级、最大持续运行电压（Uc）及标称放电电流（In）选型。

协调配置：

级SPD应在相间、相地间形成级联；

确保各级钳位电压依次递减，避免上级未导通时下级先动作。

维护与更换：

定期检查SPD故障指示或测量其漏电流；

MOV过载或GDT老化后需及时更换，保持系统防护完整性。

防雷器（SPD）并非“买贵即优”，而是要“买对＋买配＋买合规”：

买对：根据浪涌特性与安装位置，合理选择Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ类SPD；

买配：构建多级协调防护体系，兼顾电力、信号、控制多种回路；

买合规：遵照国际/国家标准，确保接地与等电位网设计正确。

地凯科技防雷器的设计与应用需紧密结合行业特点，从电路拓扑到安装工艺均需科学规划。随着新能源与智能电网的普及，防雷技术将持续向高可靠、智能化方向发展，为关键基础设施提供坚实保障。

审核编辑 黄宇