浪湧保護元件(SPD)在各種形式的電力系統中變得越來越重要，其使用目的是保護電子設備、電路和通訊線路免受電壓突波和瞬態浪湧的影響。導致突波的原因可能是雷擊、停電、電網開關操作，或其他導致電壓突然暫時性高出正常標準的干擾。SPD的主要功用是抑制瞬態電壓，並將突波電流轉離所要保護的元件上，有助於防止損害、減少停機時間並延長電子系統的壽命。為了幫助設計人員選出最符合應用需求的SPD，本文針對設計人員需要評估的功能和規格提供相關要訣，以協助聚焦適合的SPD選擇範圍。
SPD基本原理
SPD的基本原理是在瞬態過壓事件期間，將發生在電氣設備和系統的電壓抑制在安全的標準內。SPD一般安裝在電力進入建物或設施的位置，通常是主要配電盤或次要配電盤。SPD亦可以安裝在特定的設備位置，以提供局部保護。
SPD通常含有一個或多個突波防護元件，例如金屬氧化物壓敏電阻(MOV)和氣體放電管(GDT)。含有MOV的SPD通常被設計成一旦事故發生，即轉變成開路 (Fail-open)的特色。如果發生超出MOV承受能力的致災性突波，SPD會將MOV斷離電路，避免突波進一步傳遞到更大的範圍，或演變成熱失控狀態(圖1)。
依多方需求選用SPD
要選出正確的SPD，最佳方法涵蓋若干步驟，以確認所選出的SPD是否滿足電氣安裝的要求，以及是否提供足夠的保護力，避免系統的功能受到損害。以下是幫助設計師做出明智決定的逐步指南。
步驟1：檢查安全性和合規性標準
確定SPD 是否符合相關的安全和性能標準，例如國際安全標準IEC 61643-11或美國的UL 1449。記得評估SPD的其他安全功能，包括熱隔離元件，防止過熱以及電弧消除元件，以提高安全性。
步驟2：確定需要的SPD類型
需要分析目前的應用是否需要被設計成裝在服務入口處的第1型SPD，以防止外部突波，例如閃電。或者，此應用是否需要第2型SPD，用於配電板，以防止殘餘雷擊突波和建物內的其他內部突波？設計人員可能還必須思考是否應在靠近敏感設備的位置安裝第3型SPD，防止可能通過第1型和第2型SPD的突波提供。
步驟3：檢查電氣規格
設計人員亦必須評估應用的電氣規格以確定選擇何種SPD：
・標稱電壓(Vn)：SPD與系統的工作電壓相符嗎？
・最大連續工作電壓(MCOV)：這個項目的計算結果應高於最大預期線路電壓。
・標稱電流(In)：設計人員應依據預期的突波狀況，及可能超出最低安裝要求的突波狀況進行選擇。較高的突波電流額定值可提供更好的保護，但成本較高。
・電壓保護額定值(VPR)或箝位電壓(Vc)：VPR越低，保護越好，但不宜太低，以避免不必要的觸發。
步驟4：思考SPD配置和電源系統
SPD有多種配置方式，以符合不同電力系統類型的獨特特性和接地佈置。SPD 的「3+1」 和「4+0」配置尤其分別適合TT和TN-S系統(圖2)。
在TT系統中，中性線僅在電源處接地，每個建物或設施都有其獨立的接地連接。這樣的配置常用於電氣環境高度敏感，且在電氣異常下仍須優先確保安全性之處，例如鄉村地區或個別住家。
在TT系統的SPD 3+1配置中，「+1」代表中性線和接地線之間的附加保護模式。在TT系統中，這尤其重要，因為中性線和接地線只在電源處連接在一起。因此，接地線和中性線之間的瞬態電壓所造成的電位差可能是顯著的。這個模式可以為這些差異提供保護，這對TT系統中的突波是一個常見路徑。
另外在TN-S系統中，整個系統的中性線和保護用的接地線是分開的。這種配置通常用於商業和工業安裝上。在這些安裝中，很重要的一點是，必須防止中性線接地失常可能造成的任何干擾。
在TN-S系統的SPD 4+0配置中，「+0」代表沒有特定的中性線對接地線保護，這對TN-S系統是適當的，因為中性線和接地線是分開的，且它們之間通常不會遭遇到瞬態電壓。
步驟 5：分析SPD的特性和維護難易度
・模組性：有些SPD提供插入式模組，可在突波事件發生後，在無需拆卸整個元件下輕鬆更換。
・指示器：顯示運作狀態的視覺指示器，或遠端指示器有助於維護和及時更換。
・整合：確認SPD是否可以與現有的電氣設定輕鬆整合，無需大量改變。
步驟 6：諮詢專業人士
在做出最後的決定前，諮詢電氣專業人員或工程師可能有幫助，尤其是對於複雜的安裝，或者對於高度敏感的設備，應檢查保護度是否正確。
SPD使用場景案例
一家北美工廠的配電盤安裝了一個三相277 VAC TN-S供電系統，要求In 20 kA，VPR ≦ 1.5 kV)：
・步驟1：選擇符合北美市場的UL 1449第5版標準。
・步驟 2：第2型SPD適合配電盤應用所需要的保護。
・步驟3：
(1)電壓額定值高於系統電壓、
(2)15%容差：277×1.15＝318.55V —> MCOV≧320 VAC
(3)尋找In≧20kA和VPR≦1.5kV的交流電SPD
・步驟4：針對 TN-S 系統選用 SPD 4+0 配置
・步驟5：
(1)DIN導軌安裝，以方便安裝
(2)可插拔模組，以方便更換
(3)產品失效指示
遵循本文所提供的步驟，設計人員可以得到合適的選用指南，幫助他們選擇正確的SPD，為他們的電氣系統提供適當保護。選擇正確的SPD對保護貴重設備的安全性和使用壽命是非常重要的。
(本文由Bourns提供)
