隨著智能電網、新能源、軌道交通、數據中心、工業互聯網等領域的高速發展，傳統的被動式浪涌防護器（SPD）已難以滿足現代電氣系統對實時監測、遠程運維與安全評估的要求。為此，數字化雷電浪涌防護與管理系統應運而生。該系統將浪涌防護、在線監測、智能通信與云端管理技術融合，實現防雷裝置的數字化、可視化、智能化全生命周期管理。

根據國家標準《GB/T 18802.1-2020 低壓配電系統的浪涌保護器(SPD) 第1部分：性能要求和試驗方法》和《GB/T 21714-2023 雷電電磁脈沖防護通用要求》，數字化雷電浪涌防護系統的設計應遵循“防護+監測+管理”三位一體原則。

二、數字化雷電浪涌防護系統定義與構成

（1）系統定義

數字化雷電浪涌防護與管理系統是一種集電源浪涌防護、信號浪涌防護、接地監測、在線狀態檢測與云端數據分析為一體的綜合防雷系統。它不僅能抑制雷擊或操作過電壓造成的瞬態浪涌，還能實時監測SPD的工作狀態、劣化程度、環境參數及接地電阻值，通過數字通信接口上傳至監控平臺，實現遠程告警與設備運維管理。

（2）系統組成結構

數字化雷電浪涌防護與管理系統主要由以下五大模塊構成：

電源型智能SPD模塊：保護交流或直流線路免受浪涌沖擊 標稱電壓Un: 220/380V；最大持續運行電壓Uc: 275V/385V；通流容量Imax ≥ 80kA；殘壓≤1.5kV

信號/數據線SPD模塊：保護通信、控制、網絡等低壓信號接口，傳輸速率：10M~1Gbit/s；保護電壓≤15V；響應時間<25ns

監測與采集模塊：實時采集SPD狀態、電壓、電流、溫度、接地電阻等，測量精度：±1%；響應周期：≤1s

通信傳輸模塊：負責數據上傳與遠程通訊，支持RS485、Modbus、4G/5G、以太網

后臺云端管理平臺：數據分析、告警、趨勢監測、設備管理，支持Web/APP遠程可視化；歷史數據追溯與報表導出.

三、系統原理與工作機制

當電氣系統遭受雷擊或電網操作引發浪涌電壓時，SPD模塊迅速將浪涌能量分流至接地系統，保護下游設備不被擊穿或燒毀。與此同時，智能監測單元實時采集SPD內部的通流狀態、溫度變化及漏電流信號，判斷SPD是否發生退化或失效。

數據經RS485或無線網絡上傳至上位機或云端平臺后，系統自動完成以下任務：

狀態診斷與預警：識別SPD劣化趨勢并發出黃色/紅色告警；

雷擊事件記錄：記錄浪涌次數、峰值電流、持續時間等數據；

接地系統監測：檢測接地電阻變化（一般要求≤10Ω），防止接地劣化；

智能統計分析：通過AI算法預測SPD壽命與雷電高發時段；

遠程運維管理：通過Web平臺統一管理分布式防雷設備。

四、數字化雷電浪涌防護系統的部署與選型

（1）選型原則

系統選型需根據供電系統制式、保護級別、安裝位置與環境特性進行。按照國家標準《GB 50057-2014 建筑物防雷設計規范》及《GB/T 18802.12-2021 SPD選用與應用導則》要求，應遵循以下設計思路：

一級防護：總配電室（建筑物引入處），Type 1（I級）SPD，Iimp ≥ 12.5kA(10/350μs)；Uc=385V；Up≤2.5kV

二級防護：分配電箱/機房配電柜，Type 2（II級）SPD，In ≥ 20kA(8/20μs)；Imax≥40kA；Up≤1.5kV

三級防護：終端設備前端/插座端，Type 3（III級）SPD，In=5kA(8/20μs)；Up≤1.2kV

在數字化系統中，I、II、III級SPD均需配置智能監測接口（RS485或NB-IoT模塊），并由統一監控平臺管理。

（2）安裝部署方案

① 配電系統部署方案

總配電柜：安裝I級智能SPD，型號推薦：DK-I385/12.5-DM型，具備數字通信與熱脫扣保護；

分配電箱：安裝II級智能SPD，型號推薦：DK-II385/40-DM型，監測電流、溫度；

終端設備：使用III級插座型SPD模塊，與監測主機聯動；

接地系統：采用獨立防雷接地與電氣設備接地共用方式，接地電阻≤10Ω；

② 通信信號系統部署方案

網絡通信線（RJ45接口）：安裝信號SPD，如DK-NET1000-DM型；

監控視頻線：采用BNC或POE專用信號SPD模塊；

RS485總線：在兩端安裝通信SPD（Up≤20V），并加裝監測傳感模塊。

③ 數據采集與平臺部署

現場端：監測單元通過Modbus-RTU采集各SPD數據；

傳輸層：通過以太網或4G模塊上傳至云平臺；

管理端：部署在服務器或云端（支持API/OPC接口），用于雷電事件分析與設備生命周期管理。

（3）安裝技術要求

SPD接線長度：相-地≤0.5m；中-地≤0.5m，GB/T 18802.31-2020

SPD接地導線：≥16mm2銅線，接地端子牢固壓接，GB 50057-2014

安裝環境：溫度-40℃～+85℃；濕度≤95%RH，GB/T 4208-2017

通信接口布線：RS485總線≤1200m，終端電阻120Ω，GB/T 19582-2008

安裝完畢后，須使用SPD檢測儀進行動作電壓與通流能力測試，并錄入系統編號以便監測管理。

五、數字化雷電浪涌防護系統行業應用解決方案

（1）新能源場站（光伏、風電）

風險特點：雷擊密集、分布廣、通信鏈長；

解決方案：在光伏匯流箱、逆變器、監控主機處部署智能SPD，配置雷電流計數器與云端監控，實現遠程維護與過壓記錄；

標準依據：GB/T 50797-2012《光伏發電站設計規范》。

（2）數據中心與IDC機房

風險特點：信息設備密集，需高可靠電源保護；

解決方案：采用三級數字SPD體系+智能接地檢測模塊，接入監控BMS系統，實現防雷狀態與機房環境數據融合監控；

標準依據：GB 50174-2017《數據中心設計規范》。

（3）軌道交通與鐵路通信

風險特點：長距離通信線路易感應雷擊；

解決方案：在信號機房、綜合通信機柜、道岔控制箱配置智能信號SPD與雷電流監測裝置，通過光纖或RS485上傳中心調度系統；

標準依據：TB/T 3074-2019《鐵路通信防雷技術條件》。

（4）石化與工業控制系統

風險特點：存在易燃易爆環境；

解決方案：選用防爆型數字SPD（Ex dⅡCT6），集中監測控制柜SPD運行狀態；

標準依據：GB/T 3836系列《爆炸性環境用電氣設備》。

（5）智慧城市與公共基礎設施

應用方向：智能路燈、監控桿、5G基站等；

方案配置：桿頂安裝微型智能SPD，通過NB-IoT模塊上傳至城市防雷云平臺，實現統一監管與運維。