信号浪涌隔离器原理接线部署的行业应用-电子发烧友网

在现代工业与信息系统中，信号浪涌隔离器（Signal SPD / 信号防雷器）与信号安全栅（本安栅 / 隔离安全栅）常同时出现在控制柜、机房和现场仪表接口处，但它们的目的与工作原理不同：前者侧重于抑制来自雷电或开关冲击的瞬态过电压/过电流（电涌），保护电子设备免受瞬态能量破坏；后者用于在危险场所（易燃易爆）将危险区的能量限制到“本质安全”范围，防止点燃可燃气体或粉尘。信号防雷器受国家与国际SPD标准规范（如GB/T 18802.21 / IEC 61643-21）约束；信号安全栅则按本安/隔爆与齐纳二极管安全栅等标准（如GB/T 30241 系列、IEC/60079 系列）设计与验收。

二、工作原理（对比）

（1）信号浪涌隔离器（Signal SPD）

核心是将瞬态能量分流或钳制到地（或线路间），常用元件包括：气体放电管（GDT）、金属氧化物压敏电阻（MOV/Varistor）、瞬态抑制二极管（TVS）、以及浪涌限流与分段吸收组合电路。工作流程简述：

正常工作时：SPD高阻、不过流或不影响信号。

出现瞬态（如雷感应电压或直击耦合）：非线性元件瞬间导通，将过电压/电流泄放到接地或对端，限制流向被保护设备的“残压”（Up），并通过选择合适的In（8/20μs标称放电电流）与残压等级保证设备安全运行。关键参数包括最大持续工作电压Uc、额定冲击电流In、电压保护水平Up与响应时间（常为ns至十几ns级）。

（2）信号安全栅（本安栅 / Zener Barrier / 隔离栅）

本安栅分为齐纳（Zener）型安全栅和隔离型安全栅（带变压/光耦隔离）：

齐纳型（被动）：由限流电阻、齐纳二极管与熔断元件构成。当外部发生故障或高电压时，齐纳二极管钳制电压，并靠限流电阻与熔断器限制流入危险区的能量，确保在任何单一故障条件下流入危险区的电能不足以点燃气体/粉尘（满足本安参数Lo, Co, Li, Ci）。GB/T 30241 系列对齐纳安全栅技术条件给出了要求。

隔离型安全栅：通过隔离变换器或光耦将安全端与危险端电气隔离，内部设计保证即使隔离失效也不会产生可点燃能量，常用于需要双向通讯或回路供电的场合，优点是对信号带宽影响小、可带HART等协议。

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三、地凯科技信号浪涌隔离器接线与部署

1.DK-GLS 信号浪涌隔离器

执行标准：GB/T18268.1-2010/IEC61326-1：2005;

GB/T 18802.21-2016 低压电涌保护器第 21 部分:电信和信号网络的电涌保护器（SPD）性能要求和试验方法。

2.功能特点：具有信号隔离及多级防雷效果；信号隔离输入电压或电压信号，经过变换，输出隔离的电流或电压信号，实现了输入、输出、电源之间的三端隔离，给现场的仪表提供信号隔离的功能。通过泄放过电流、限制过电压达到多级防雷的效果。

3.适用范围：适用于具有两路或三路信号芯线模拟量信号设备的雷电防护，可与模块化仪表和 DCS、PLC 等系统配合使用。

4.温度环境：-20℃～60℃

下面以常见模拟量/数字信号与以太网等数据线为例，给出接线与布署要点。

A. 模拟量（4–20mA）信号

保护元件：在控制柜侧（非现场端）并联安装信号SPD（或在配电箱处分级保护：一级总配电、二级机房、三级设备），若现场为危险区，同时在安全界面处采用本安栅或隔离栅来隔离危险区回路。

接线顺序（由现场到控制柜）：现场传感器 ——（屏蔽屏蔽线，屏蔽接地）—— 本安栅/隔离栅（若有） —— SPD（机柜端并联于信号线对地/对对） —— PLC/采集模块。

接地：SPD接地端应短、粗、低阻连接到系统等电位地；屏蔽线在一端接地以避免环路干扰。

B. 数字/以太网（PoE）信号

要点：选用专用数据线SPD，支持PoE电压（常见48V或最高60V），并具有线对—线对与线对—地保护。典型参数示例：线对—地 In 2kA（8/20μs），线对—线对 In 100A；最大持续电压Uc应兼容PoE（±60V DC）；残压Up在In工况下须保证低于设备耐受值（例如<150V或更低，视设备而定）。可参考厂商模块规格（如Phoenix Contact DT-LAN 系列）。

接线示意：室外摄像机端网线 ——（外置或机柜前端SPD）—— 机柜接地 —— 机柜内交换机（若交换机具备PoE，SPD需兼容PoE电压）。若现场为高风险电磁/雷击区，建议采用机柜内外双级防护与接地网配合。

C. 安装布局建议（工程级）

分级防护：总进线（建筑/站点）—配电柜/光交柜—终端设备（摄像机、传感器）三级防护；信号SPD通常放在离被保护设备最近但又便于更换维护的位置（终端或机柜端）。

接地短路线：SPD→接地端子的连线尽量粗短（≤0.5m为佳），避免共模回路。

等电位连接：SPD接地、屏蔽、结构金属等应实现等电位连接以减少差模电位。

环境/等级：户外设备使用IP等级更高的防雷器（IP65/66），易燃易爆场合则优先本安方案并满足防爆合格证要求。

四、地凯科技信号浪涌隔离器关键参数与选型建议

最大持续工作电压 Uc：选择要≥系统正常工作电压（例如以太网PoE时需≥60Vdc，4–20mA回路一般24V）。

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额定放电电流 In（8/20μs）：信号SPD常见为几百安至数千安（线—地 1–2kA 常见），而线—线可能仅百安级；按雷击风险与接地条件选择。示例：以太网模块常见线—地 In=2kA/线对—线 In=100A。

电压保护水平 Up（残压）：越低越好，必须低于被保护设备能承受的最大瞬态电压。高带宽数据线产品会在资料中给出Up值（参考Raycap等器件目录）。

响应时间：TVS 型可达 <1ns，组合型略大；对高速信号（千兆以太网）需选择低电容、低插入损耗的SPD。