芯耀
294
在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，信號(hào)浪涌保護(hù)器（Signal Surge Protective Device，以下簡(jiǎn)稱“信號(hào)SPD”）已成為保障設(shè)備安全與可靠運(yùn)行的關(guān)鍵元件。
一、浪涌保護(hù)器的定義與工作原理
信號(hào)浪涌保護(hù)器（Signal SPD）是專門用于保護(hù)通信與信號(hào)線路免受雷電及其他瞬態(tài)過電壓侵害的防護(hù)裝置。
國際定義：IEC 61643-21標(biāo)準(zhǔn)指出，信號(hào)SPD適用于對(duì)受雷電或其它瞬態(tài)過電壓直接或間接影響的通信與信號(hào)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行防護(hù)，其額定系統(tǒng)電壓最高可達(dá)交流1 000 V（r.m.s.）及直流1 500 V。其核心功能是將過量的浪涌電壓或電流分流至接地，避免其進(jìn)入后端設(shè)備?
國家標(biāo)準(zhǔn)：中國標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18802.21-2016等同采用IEC 61643-21，對(duì)信號(hào)SPD的性能要求和試驗(yàn)方法作了全面規(guī)范，規(guī)定了沖擊電流能力、殘壓、響應(yīng)時(shí)間等關(guān)鍵指標(biāo)?
信號(hào)SPD內(nèi)部通常集成以下元件：金屬氧化物壓敏電阻（MOV）、氣體放電管（GDT）、電視濾波二極管（TVS）或電涌隔離變壓器（SIT）等。其基本工作過程為：當(dāng)線路電壓在正常范圍內(nèi)時(shí)，保護(hù)器呈高阻狀態(tài)；當(dāng)發(fā)生瞬態(tài)過電壓時(shí)，保護(hù)器迅速轉(zhuǎn)換至低阻狀態(tài)，將浪涌電流引入大地或內(nèi)部隔離結(jié)構(gòu)，從而將后端設(shè)備與高壓尖峰隔離。
二、信號(hào)浪涌保護(hù)器廣泛應(yīng)用的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)動(dòng)因
雷電與切換過電壓威脅無處不在
室外長(zhǎng)距離布線易受雷電電磁脈沖感應(yīng)，信號(hào)線與高壓線路并行布設(shè)時(shí)，感應(yīng)電壓可達(dá)數(shù)千伏?
工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)大量開關(guān)動(dòng)作（如電機(jī)啟動(dòng)/停機(jī)、繼電器切換）也會(huì)產(chǎn)生數(shù)十至數(shù)百伏的切換過電壓，對(duì)微處理器、傳感器等敏感元件構(gòu)成威脅。
現(xiàn)代信號(hào)設(shè)備（PLC、DCS、RTU、路由器、攝像機(jī)等）內(nèi)部集成度高、工作電壓低，耐受的過電壓裕量極小，稍高的浪涌即可導(dǎo)致功能失靈或元件損毀。
運(yùn)維成本與停機(jī)代價(jià)劇增
數(shù)據(jù)中心、軌道交通、石化生產(chǎn)等領(lǐng)域，一旦設(shè)備因浪涌損壞停機(jī)，其直接經(jīng)濟(jì)損失與安全風(fēng)險(xiǎn)極高。配置信號(hào)SPD可顯著降低設(shè)備更換和停機(jī)維護(hù)成本。
基于上述因素，信號(hào)SPD已成為提升系統(tǒng)可靠性、降低維護(hù)成本的重要手段，因而在幾乎所有涉及電子信號(hào)傳輸的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。
三、哪些行業(yè)必須安裝信號(hào)SPD
雖然信號(hào)SPD具有普適防護(hù)價(jià)值，但以下行業(yè)／場(chǎng)景已在標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范中明確規(guī)定必須安裝：
工業(yè)自動(dòng)化控制，NFPA 79規(guī)定，安全回路及控制回路必須配置UL 列表的SPD；PLC、DCS控制柜內(nèi)應(yīng)安裝Type 4級(jí)SPD以滿足設(shè)備安全要求?。
電力系統(tǒng)監(jiān)控，繼電保護(hù)與自動(dòng)化終端（RTU）、SCADA遠(yuǎn)動(dòng)信號(hào)線路與高壓線路并行敷設(shè)時(shí)，須配置信號(hào)SPD防止感應(yīng)過電壓。
通信網(wǎng)絡(luò)機(jī)房，《通信機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，對(duì)進(jìn)出機(jī)房的各類信號(hào)光/電纜均應(yīng)采取浪涌保護(hù)措施，以防雷電及電網(wǎng)切換影響。
鐵路與軌道交通，軌道信號(hào)聯(lián)鎖、電氣化牽引及通信系統(tǒng)要求在線路端安裝信號(hào)SPD，確保列控設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。
智能建筑與安防，視頻監(jiān)控、門禁報(bào)警、樓宇對(duì)講等系統(tǒng)多在室外或樓頂布線，必須安裝信號(hào)SPD以防畫面丟失與設(shè)備損壞。
石油化工與?；?，GB 50650石化裝置防雷規(guī)范強(qiáng)調(diào)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制信號(hào)回路必須實(shí)施等電位連接及SPD保護(hù)。
數(shù)據(jù)中心／金融系統(tǒng) 對(duì)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、服務(wù)器通信端口進(jìn)行信號(hào)SPD防護(hù)，可有效避免瞬態(tài)干擾導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟包與系統(tǒng)崩潰。
此外，任何關(guān)乎安全與連續(xù)運(yùn)行的關(guān)鍵電子信號(hào)線路（如醫(yī)療設(shè)備信號(hào)、航空導(dǎo)航信號(hào)、交通信號(hào)燈控制線路）均應(yīng)強(qiáng)制配置信號(hào)SPD。
四、地凱科技信號(hào)SPD的主要分類與功能
信號(hào)SPD可按多種維度分類，不同類別針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景發(fā)揮專業(yè)化防護(hù)作用。
MOV型（壓敏電阻），能量吸收能力大，適合中低頻信號(hào)，如4–20 mA電流環(huán)、0–10 V模擬量信號(hào)。響應(yīng)時(shí)間一般為幾十納秒。
GDT型（氣體放電管），針對(duì)高能雷擊浪涌，通流能力強(qiáng)（可達(dá)數(shù)十kA），適用于電信、鐵路信號(hào)及電力變電站。
TVS型（瞬態(tài)抑制二極管），響應(yīng)最快（<1 ns），適合數(shù)字信號(hào)、高速以太網(wǎng)（100 M/1 G）接口保護(hù)，但通流量相對(duì)有限。
SIT型（電涌隔離變壓器），通過隔離變壓降解浪涌能量，對(duì)高頻信號(hào)影響最小，常見于頻率范圍寬、帶寬要求高的現(xiàn)場(chǎng)總線。?
插拔式模塊，DIN導(dǎo)軌可插拔設(shè)計(jì)，維修更換方便，常見于工業(yè)控制柜。
同軸/網(wǎng)絡(luò)插入式，直接插入同軸視頻線、RJ45網(wǎng)線或光纖鏈路，適合監(jiān)控系統(tǒng)與通信機(jī)房。
多功能一體化，集成電源SPD與信號(hào)SPD于一體，適合視頻監(jiān)控“三合一”防護(hù)方案?
單通道，模擬量或單路數(shù)字信號(hào)；
多通道，8/16/24路數(shù)字或差分信號(hào)，適合大型I/O模塊群組。
各類型信號(hào)SPD的性能指標(biāo)
殘壓（Up）：浪涌來臨時(shí)，保護(hù)器兩端允許的最高電壓，應(yīng)低于被保護(hù)設(shè)備耐壓。
最大沖擊電流（Imax）：一次沖擊測(cè)試中的峰值通流能力，決定能否承受高能浪涌。
額定放電電流（In）：多次（通常10次）沖擊后仍能保持性能的通流能力。
響應(yīng)時(shí)間（ta）：從浪涌到器件觸發(fā)的時(shí)間，TVS最快，GDT略慢，MOV居中。
帶寬與插入損耗：對(duì)高速信號(hào)而言，必須保證SPD的等效電容與寄生電感足夠小，避免信號(hào)失真。
五、地凱科技信號(hào)防雷器選型與工程應(yīng)用建議
明確線路參數(shù)：先確認(rèn)信號(hào)類型（模擬／數(shù)字）、額定電壓、電流環(huán)、帶寬與傳輸速率等；
對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范：產(chǎn)品須符合IEC 61643-21/EN 61643-21及GB/T 18802.21等標(biāo)準(zhǔn)，并查看UL 1449、CE、ROHS等認(rèn)證標(biāo)志?
考慮沖擊等級(jí)與環(huán)境：雷電多發(fā)區(qū)或高干擾場(chǎng)合，宜選擇Imax ≥ 20 kA、Up低于設(shè)備耐壓的GDT+MOV復(fù)合型SPD；
關(guān)注響應(yīng)速度與帶寬：數(shù)字以太網(wǎng)或視頻監(jiān)控系統(tǒng)，優(yōu)先TVS或SIT產(chǎn)品，響應(yīng)≤1 ns，確保信號(hào)完整性；
維護(hù)與檢測(cè)：選用帶狀態(tài)指示及可拔插測(cè)試功能的模塊，便于在線監(jiān)測(cè)與定期維護(hù)。
地凱科技信號(hào)浪涌保護(hù)器作為電子系統(tǒng)的第一道防線，已經(jīng)從“可選”走向“必裝”。通過合理的分類選型、符合標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)和科學(xué)的施工安裝，能夠有效避免雷電及開關(guān)過電壓對(duì)設(shè)備造成的損壞，提升各行業(yè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。面對(duì)未來電子化、智能化程度不斷提升的趨勢(shì)，信號(hào)SPD的技術(shù)也將在更高能量承載、更快響應(yīng)與更小體積等方向持續(xù)創(chuàng)新，為各領(lǐng)域提供更可靠的防護(hù)保障。
