SPD (Surge Protective Device，電涌保護器) 是一種在規(guī)定條件下，用來保護電源系統(tǒng)和設(shè)備免受如雷電電涌和操作電涌等各種過電壓和過電流損壞的一種保護裝置。過電壓包括低頻過電壓和瞬態(tài)過電壓，SPD是作為一種限制瞬態(tài)過電壓的保護裝置，可以限制的過電壓類型包括緩波前過電壓，快波前過電壓，特快波前過電壓。低頻過電壓包括持續(xù)過電壓和暫態(tài)過電壓，SPD對于這類低頻過電壓并不能提供相應的保護，在這類過電壓下SPD應以某種方式失效或者可以耐受這類過電壓，而不會產(chǎn)生一些不期望的結(jié)果，例如燃燒。

IEC 61643-41:2025 標準

SPD

由于直流電源的應用場景不斷增多，如分布式發(fā)電和采用直流電供電的設(shè)施：風力發(fā)電、水力發(fā)電、PV 系統(tǒng)、地熱能源、燃料電池、電動汽車充電和/或供電設(shè)施、電池及其他儲能裝置、分布式網(wǎng)絡(luò)、多電機驅(qū)動的中間直流環(huán)節(jié)、直流/直流及交流/直流變流器、控制電路等。但在IEC 61643系列標準中尚無關(guān)于直流SPD的標準，為了更好的滿足市場的需要和促進行業(yè)的健康發(fā)展，國際電工委員會 (IEC) 于2025年5月正式發(fā)布關(guān)于低壓直流電源系統(tǒng)電涌保護器的性能要求和試驗方法。本部分標準適用于對雷電的間接和直接效應或其他瞬態(tài)過電壓的電涌進行保護的電涌保護器，這些SPD將被連接到額定電壓不超過1500V的直流電路和設(shè)備。

IEC 61643-41:2025標準是在IEC 61643-01:2024的基礎(chǔ)上，增加了部分適用于直流系統(tǒng)的試驗項目，這些試驗項目基于SPD將要被連接到線性直流電源系統(tǒng)中而設(shè)置，如SPD要被連接到其他形式的電源中，需要進行特別考慮。

典型試驗項目解析

SPD

1

短路電流特性試驗

SPD在失效時應不造成危險或能承受在SPD失效過程中可能出現(xiàn)的電源預期短路電流。當SPD的壽命終結(jié)時，可能會有短路電流流過，為確保短路電流傳導過程中所耗散的能量不會引起火災，需根據(jù)標準進行短路耐受能力試驗，SPD本體和與其相連的脫離裝置或過電流保護器一起能夠耐受制造商聲明的額定短路電流值，試驗中SPD不應燃燒、燒焦或排出熔融物質(zhì)，也不應在外殼上形成開孔。本項試驗只適用于當SPD處于壽命終結(jié)時表現(xiàn)為開路失效模式的SPD， SPD應裝有必要的脫離裝置，脫離裝置可以集成在SPD內(nèi)部，也可以是SPD制造商聲稱的獨立裝置 (例如斷路器、熔斷器或SSD) ，外部脫離裝置或過電流保護器應符合有關(guān)過流保護裝置的相關(guān)標準。如果發(fā)生SPD故障，脫離裝置動作，從而保護SPD，并維持供電的連續(xù)性。在直流電路中，時間常數(shù)τ=L/R是決定性因素。隨著時間常數(shù)增加，預期短路電流增加，標準中對電源的時間常數(shù)和對應的電源預期短路電流有明確的要求，在試驗過中需要特別注意。本項試驗需要制造商準備特殊的試驗樣品，應將電壓限制元件和電壓開關(guān)元件替換成銅塊，除此之外，SPD的內(nèi)外部結(jié)構(gòu)及材料等均不能改變。

對于聲明的額定短路電流試驗，試驗需要在Utest和ISCCR下進行，根據(jù)被試品的不同類型有以下四種試驗方式：

01

具有集成或者外接熔斷器的SPDA，可以參考IEC 60269系列標準中不同標準的要求 (工業(yè)用、家用和類似場所用、電池和電池系統(tǒng)用、太陽能光伏系統(tǒng)用等不同的應用場景) ，確定SPDA的ISCCR 。

02

具有集成或者外接斷路器的SPDA，可以參考IEC 60947-2 (工業(yè)用) ，IEC 60898系列標準 (家用和類似場所用) 中不同標準的要求，確定SPDA的ISCCR。

03

具有集成特定短路保護功能的SPD (無外部脫離器) 。

04

具有電涌保護功能和特定短路保護功能的SPDA (這種SPD的兩種功能是組合在一起的，無論是在試驗或者樣品準備的時候都是不可分離的) 。

對于低短路電流試驗，試驗需要在Utest下進行，具體的預期短路電流值，需要根據(jù)被試品的不同類型具體選擇：

01

如分類為SPD和熔斷器的組合，即SPDA，短路電流可以根據(jù)熔斷器的額定電流查表選擇。

02

如分類為SPD和斷路器的組合，即SPDA，使用的是基于IEC60898標準的斷路器，要使用瞬時脫扣電流的上限值進行試驗，如果使用的是基于IEC60947標準的斷路器，要使用1.2倍的瞬時脫扣電流進行試驗 (瞬時脫扣電流與斷路器的額定電流有關(guān)) 。

03

如果分類為具有特定短路保護功能 (無外部脫離器) 的SPD和有復合功能的SPDA，被試品需要進行三個預期短路電流值 (Imin; Imin + 0.05 × (ISCCR ? Imin); Imin + 0.1 × (ISCCR ? Imin)) 的試驗，這里要注意，對于這類的SPD，短路電流要在5s (+0.5/0) 內(nèi)被斷開。如果聲稱了ISCCRMIN，則Imin= ISCCRMIN，如沒有聲稱，則Imin = 300A，當SPD應用在額定電流小于等于20A的電路中，Imin= 100A。

2

專用過載試驗

本試驗需要準備特殊的試驗樣品，如對于僅包含電壓限制元件的保護模式，按照步驟1) 的方式準備試驗樣品，如對于電壓限制元件和電壓開關(guān)元件串聯(lián)的保護模式，可依次按照步驟1)2)3)4) 的方式準備試驗樣品。如對于僅包含電壓開關(guān)元件的保護模式，按照步驟3) 的方式準備試驗樣品，如果不可行 (例如空氣間隙) ，則該試驗不適用于這種保護模式。

步驟1

對于僅包含電壓限制元件的保護模式，要替換電壓限制元件，替換后的電壓限制元件的U1mA值要降低到Uc值的90%及以下，樣品準備完畢，進行過載試驗。對于電壓限制元件和電壓開關(guān)元件串聯(lián)的保護模式，在假定保護模式中的開關(guān)元件都已經(jīng)短路的情況下，同樣要替換電壓限制元件，替換后的電壓限制元件的U1mA值要降低到Uc值的90%及以下，樣品準備完畢，進行過載試驗。

步驟2

對于電壓限制元件和電壓開關(guān)元件串聯(lián)的保護模式，可在過載試驗的同時對SPD施加1.2/50的沖擊電壓波，如能使開關(guān)元件處于導通狀態(tài)，樣品準備完畢，進行過載試驗。

步驟3

對于電壓限制元件和電壓開關(guān)元件串聯(lián)的保護模式，如按照步驟1)2) 準備的樣品在過載試驗中沒有使開關(guān)元件處于導通狀態(tài)，則需要按照步驟3) 準備樣品，替換電壓開關(guān)元件，可使用同類型更低額定值的開關(guān)元件，樣品準備完畢，進行過載試驗。

步驟4

對于電壓限制元件和電壓開關(guān)元件串聯(lián)的保護模式，如按照步驟1)2)3) 準備的樣品在過載試驗中沒有使開關(guān)元件處于導通狀態(tài)，則短路該保護模式中的開關(guān)元件，樣品準備完畢，進行過載試驗。

過載試驗需要在UC下進行，電源的時間常數(shù)要滿足標準要求，試驗用電源要有足夠的容量，能提供試驗所需的ISCCR和低短路電流值，內(nèi)部或外部脫離器必須要在規(guī)定的時間內(nèi)中斷試驗電流，使試驗樣品處于OCM模式。如內(nèi)部或外部脫離器的動作時間不能滿足標準要求，則提高試驗電壓，使用新的樣品進行試驗。

3

暫時過電壓 (TOV) 下的特性

試驗程序取決于SPD制造商安裝說明書中提供的在直流低壓配電系統(tǒng)中的預期應用，標準中規(guī)定了四種暫時過電壓的類型，分別是:

01

低壓系統(tǒng)故障 (接地故障和短路故障) 引起的TOV。
在該TOV應力下，可接受的壽命終結(jié)方式是耐受模式。

02

低壓系統(tǒng)故障 (失中點連接) 引起的TOV。

在該TOV應力下，可接受的壽命終結(jié)方式是耐受或可接受的安全失效模式。

03

中高壓交流系統(tǒng)故障轉(zhuǎn)移到直流系統(tǒng) (該直流系統(tǒng)起源于TT-或IT-低壓交流系統(tǒng)，并且是無隔離的)。

在該TOV應力下，可接受的壽命終結(jié)方式是耐受或可接受的安全失效模式，如SPD預期應用的直流系統(tǒng)與AC系統(tǒng)是電氣隔離的，則該TOV應力不適用于該預期應用的場景。

04

中高壓直流系統(tǒng)故障轉(zhuǎn)移到TT-或IT-直流系統(tǒng)。

在該TOV應力下，可接受的壽命終結(jié)方式是耐受或可接受的安全失效模式，如SPD預期應用的直流系統(tǒng)與上游直流系統(tǒng)是電氣隔離的，則該TOV應力不適用于該預期應用的場景。

IEC 61643-01:2024 標準的更新對全球范圍內(nèi)電涌保護器的設(shè)計、測試和認證產(chǎn)生重要影響。尤其針對相關(guān)設(shè)備的制造商和使用者，該標準不僅在技術(shù)要求上有所增強，并且其應用的范圍更廣，特別是在SPD自身安全性、與其他電氣元件配合及產(chǎn)品類型等方面做出了更多詳細規(guī)定。