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IEC 61643-11:2011 — 低压电涌保护器（SPD）性能要求和试验方法
IEC 61643-11:2011 规定了用于连接低压交流电源电路（50/60 Hz，额定电压不超过1,000 V RMS）的电涌保护器（SPD）的性能要求和试验方法。它是指导建筑物电气装置中SPD选型、分类和验证的首要国际标准。该标准取代了早期的IEC 61643-1:2005，并采用了现代三级分类体系（1型、2型、3型）。
SPD分类速览
1型（I级）SPD处理直接雷击电流（10/350 µs波形）。2型（II级）SPD处理感应电涌电流（8/20 µs波形）。3型（III级）SPD为敏感终端设备提供精细保护。完善的防雷系统需要三类SPD协调配合安装。
1型（I级）SPD处理直接雷击电流（10/350 µs波形）。2型（II级）SPD处理感应电涌电流（8/20 µs波形）。3型（III级）SPD为敏感终端设备提供精细保护。完善的防雷系统需要三类SPD协调配合安装。
一、SPD分类与性能参数
IEC 61643-11根据试验波形和能量处理能力定义了三种SPD类型：
| 类型 | 试验波形 | 典型Iimp或Imax | 主要应用 |
|---|---|---|---|
| 1型 | 10/350 µs | 12.5–50 kA | 主配电盘（直接雷击） |
| 2型 | 8/20 µs | 20–100 kA | 分配电盘（感应电涌） |
| 3型 | 复合波（1.2/50 µs，8/20 µs） | 5–20 kA | 插座/终端设备 |
标准中定义的关键性能参数包括：
- Up — 电压保护水平：电涌电流注入期间SPD端子间的残余电压。必须低于设备的冲击耐受电压（Uw）。
- Uc — 最大持续工作电压：SPD可连续承受的最大RMS电压。
- In — 标称放电电流（8/20 µs）：用于2型和3型分类。
- Iimp — 冲击放电电流（10/350 µs）：用于1型分类，代表直接雷电荷量。
- TOV耐受 — 暂态过电压耐受能力：SPD在电网故障条件下的生存关键参数。
关键设计原则——Up与Uw的配合
一个常见的安装错误是选用了Up高于设备冲击耐受电压Uw的SPD。例如，若某敏感PLC的Uw = 1.5 kV，则SPD的Up必须不高于1.2 kV（通常需保留20%安全裕量）。务必在最大预期电涌电流下验证Up值，而不仅是在In条件下。
一个常见的安装错误是选用了Up高于设备冲击耐受电压Uw的SPD。例如，若某敏感PLC的Uw = 1.5 kV，则SPD的Up必须不高于1.2 kV（通常需保留20%安全裕量）。务必在最大预期电涌电流下验证Up值，而不仅是在In条件下。
二、试验项目与合格判定
IEC 61643-11规定了一套全面的试验程序，涵盖1型、2型和3型SPD。主要试验类别包括：
2.1 电涌电流耐受试验
对于1型SPD，施加5次正极性、5次负极性的Iimp（10/350 µs）冲击。对于2型SPD，施加15次In冲击，随后施加1次Imax（8/20 µs）冲击。SPD必须保持功能正常且无明显损坏。测得的Up值须在标称范围内。
2.2 TOV试验
对SPD施加暂态过电压（典型情况：在电网故障条件下施加1.32–1.45 × Uc持续5秒，或在中性线断开情况下施加1,200 V持续200 ms）。SPD必须耐受TOV而不损坏，或者安全失效（热脱扣器动作导致短路）。
2.3 热稳定性试验
在最大额定电流下将SPD加热至热脱扣器动作阈值的80%。以验证热脱扣器能正确动作且不引发火灾或危险。该试验对于基于MOV的SPD尤为重要，因为MOV会随时间退化并可能短路失效。
2.4 老化试验
在Uc和45 °C环境条件下进行1,000小时加速老化试验，验证长期稳定性。漏电流在整个试验期间的增长不得超过初始值的100%。
| 试验项目 | 1型 | 2型 | 3型 |
|---|---|---|---|
| 电涌电流（Iimp / Imax） | 5正+5负 Iimp | 15次In + 1次Imax | 复合波 |
| TOV耐受 | 是 | 是 | 否 |
| 热稳定性 | 是 | 是 | 否 |
| 老化（1,000小时） | 可选 | 必需 | 必需 |
最佳实践——SPD配合
当1型和2型SPD串联安装（间隔至少10 m电缆）时，两者之间的自然阻抗即可提供配合。若距离较短，则必须使用SPD专用仿真工具或制造商提供的配合表进行配合分析。配合不当会导致2型SPD吸收直接雷击能量并灾难性损坏。
当1型和2型SPD串联安装（间隔至少10 m电缆）时，两者之间的自然阻抗即可提供配合。若距离较短，则必须使用SPD专用仿真工具或制造商提供的配合表进行配合分析。配合不当会导致2型SPD吸收直接雷击能量并灾难性损坏。
三、SPD应用的工程见解
除了标准的试验要求外，实际SPD应用还涉及多项直接影响保护可靠性的工程考量：
- 引线长度至关重要：SPD连接电缆每增加1米，将额外产生约1 kV的压降（在di/dt = 10 kA/µs条件下）。总引线长度（L + N + PE）不应超过0.5 m以获得最佳保护效果。这是现场观察到的最常见安装错误。
- 寿命终止指示：基于MOV的SPD会随每次电涌事件而退化。IEC 61643-11要求配备可视指示器（绿色=正常，红色=需更换）和可选的远程信号接点。定期检查至关重要。
- 后备过流保护：需要上游的MCB或熔断器提供短路后备保护。标准建议对于Imax不超过40 kA的2型SPD，使用最大125 A的gG熔断器。后备保护装置必须与SPD内部脱扣器协调配合。
- TN-C系统中的SPD：在TN-C网络中，SPD必须连接在相线和PEN导体之间。使用N-PE配置的SPD（常见于TN-S系统）是错误的，可能产生危险的中性线对地电压差。
常见错误——SPD安装位置
将SPD安装在配电盘内部但位于主开关下游，且未验证其电涌电流额定值是否满足该点要求的做法是一个常见错误。配电盘入口处的SPD必须能处理该点的全预期电涌电流——仅匹配配电盘的故障电流额定值是不够的。
将SPD安装在配电盘内部但位于主开关下游，且未验证其电涌电流额定值是否满足该点要求的做法是一个常见错误。配电盘入口处的SPD必须能处理该点的全预期电涌电流——仅匹配配电盘的故障电流额定值是不够的。
四、常见问题解答
问1：IEC 61643-11与IEC 61643-21有何区别？
IEC 61643-11涵盖低压AC电源电路的SPD。IEC 61643-21涵盖电信和信号网络的SPD。两者的试验波形、性能参数和分类体系各不相同。
问2：可以单独使用2型SPD而不安装1型吗？
可以，如果建筑物已由外部防雷系统（LPS）保护以处理直接雷击能量，或根据IEC 62305-2风险评估表明不需要1型SPD。但对于装有外部LPS的建筑物或在雷暴多发地区使用架空电力线路的建筑物，强烈建议安装1型SPD。
问3：SPD应多久更换一次？
带有寿命终止指示器的SPD应每年检查一次。在正常电网条件下，基于MOV的SPD通常可使用5–10年，但多次电涌事件会缩短其寿命。一些现代化SPD配备了电涌计数器以记录事件历史。指示器变红或实测漏电流超过初始值2倍的SPD应立即更换。
问4：TOV耐受在实际中意味着什么？
TOV耐受是指SPD在暂时性工频过电压（如三相系统中的中性线故障或上游电网调压器故障所引起）下生存的能力。TOV耐受能力不足的SPD在电网故障时可能剧烈爆炸，造成二次危害。务必根据安装点预期的最大暂态过电压水平核对SPD的标称TOV耐受值。
