SPD 概論：結構、分類與工業廠房選型指南
在現代工業環境中，廠房電力系統不僅為馬達與生產設備提供能源，還負責自動控制、安全監控及 SCADA 網絡的運作。由於系統中包含眾多敏感電子設備，極易受到突波電壓（特別是雷擊傳導）的影響與損害。
突波保護器（SPD，Surge Protective Device）是防範這類過電壓的必要保護設備，可有效保護電力系統不受瞬間電壓衝擊影響。本篇內容將系統性介紹 SPD 的基本概念、內部結構、常見分類，並說明如何根據工業廠房的運行條件來選擇適當的 SPD 解決方案。
1. 什麼是 SPD？
SPD（Surge Protective Device，突波保護器）是一種與電力系統並聯安裝的裝置，主要功能是吸收並導引突波電壓（如雷擊、切換大型設備或外部干擾）至接地路徑，防止設備受損。
1.1. 主要目的
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保護電氣與電子設備免於高電壓突波損壞
-
維持電力系統穩定與延長設備壽命
-
降低生產中斷與火災爆炸的風險
1.2. 運作原理
SPD 的作用類似於「電壓開關閥」：
-
正常狀態：SPD 處於斷開狀態，與系統絕緣
-
突波發生時：SPD 將瞬間導通，將突波電流導入地線，保護後端設備不受影響
2. SPD 的基本結構
SPD 主要由以下幾種元件構成：
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元件 |
功能說明 |
|---|---|
|
壓敏電阻（MOV） |
對電壓敏感，當超過閾值時導通，吸收突波能量 |
|
雙向可控矽 / 齊納二極體 |
控制啟動電壓精度，常用於訊號線保護型 SPD |
|
火花間隙（Spark Gap） |
導通大電流突波，常見於 Type 1 SPD（雷擊等級） |
|
熱脫扣裝置 |
當 SPD 過熱或損壞時自動切離，避免進一步損壞或起火 |
|
指示燈 / 告警觸點 |
提供 SPD 狀態指示，當裝置失效時發出警告訊號 |
3. SPD 分類（依功能與安裝位置）
根據國際標準 IEC 61643-11，SPD 分為三個等級：
3.1. Type 1 SPD（第一級保護）－粗略保護
-
安裝位置：總配電盤（MSB）或電網進線點
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防護目標：處理雷擊等級突波（波形：10/350 μs）
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標準放電電流：25 – 100 kA
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主要元件：大型火花間隙或高功率 MOV
-
特點：無法完全濾除突波，只能限制突波峰值，適合作為第一道防線
3.2. Type 2 SPD（第二級保護）－中階保護
-
安裝位置：分電盤、樓層配電箱、次配電盤（Sub-panel）
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用途：處理來自內部系統的突波干擾，波形為 8/20 μs
-
放電電流：10 – 40 kA
-
主要元件：壓敏電阻（MOV）或氣體放電管（GDT）
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特點：是廠房內部的主要防護設備，有效抑制殘餘雷擊能量，防止設備損壞
3.3. Type 3 SPD（第三級保護）－精密防護
-
安裝位置：靠近敏感設備（如 PLC、變頻器、電腦、監視器）
-
放電電流：2 – 10 kA
-
附加功能：內建 EMI/RFI 電磁干擾濾波器
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備註：必須配合前端已有 Type 1 與 Type 2 SPD 才能發揮最佳效果
4. 依保護對象分類的 SPD 類型
|
SPD 類型 |
保護對象 |
工作電壓範圍 |
|---|---|---|
|
交流電源 SPD |
動力設備、配電盤、UPS 系統 |
220/380VAC |
|
直流 SPD |
太陽能系統、逆變器、DC 電源 |
12 – 1000VDC |
|
訊號 SPD |
感測器、PLC、RS485、4–20mA 訊號 |
5 – 24VDC |
|
網路 SPD |
網路設備、乙太網路、IP 攝影機 |
5 – 48VDC |
5. 工業廠房選用 SPD 的方法
5.1. 根據電氣配置與安裝位置選型
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安裝位置 |
推薦 SPD 類型 |
|---|---|
|
總配電盤（MSB） |
安裝 Type 1 SPD（可搭配 Type 2 模組） |
|
分配電盤（DB, MDB） |
安裝 Type 2 SPD |
|
控制箱（PLC、VFD） |
安裝 Type 3 SPD |
|
訊號／數據線 |
根據訊號標準選用專用訊號型 SPD |
5.2. 選擇 SPD 時應注意的參數
|
參數名稱 |
說明 |
選擇建議 |
|---|---|---|
|
Uc（或 Un） |
持續工作電壓 |
≥ 系統額定電壓 |
|
Imax / In |
最大放電電流 / 額定放電電流 |
根據所需防護等級選擇 |
|
Up（殘壓） |
SPD 經過後的殘餘電壓（保護電壓） |
越低越好（可減少設備損壞風險） |
|
接地系統類型 |
TT、TN、IT... |
必須符合實際配電系統設計 |
|
品牌與國際認證 |
是否通過 IEC 61643、TUV、UL、CE 等認證 |
優先選用通過國際安全與性能標準之產品 |
6. 安裝 SPD 的注意事項
- SPD 的接地線必須極短（≤ 0.5 公尺），避免繞線與彎折
- 嚴禁共用中性線（N）與接地線（PE）
- SPD 不得直接與終端負載串接（應併聯安裝）
- SPD 必須接至接地電阻 ≤ 4 歐姆的地網
- 建議在 SPD 前端加裝斷路器（MCB）或保險絲（Backup Fuse），以防 SPD 故障時引發更大問題
7. SPD 的保養與定期檢查
- 每 6 個月檢查一次 SPD 的狀態指示燈，確認是否正常運作
- 若 SPD 含有故障訊號接點（NO/NC），建議連接至 SCADA 或 BMS 系統進行遠端監控
- 每次發生大雷雨或電氣異常後，應立即測試 SPD 是否仍具備防護能力
- 若發現 SPD 已損壞或超出其額定放電能力，應立即更換
SPD 是現代工業廠房電力系統設計中不可或缺的關鍵設備。依照保護等級、保護對象與安裝位置，正確選用合適的 SPD 型號，並搭配合格的接地系統，可有效保護整體電力系統免於各種突波危害，確保生產運作的安全性與穩定性。
業主應從設計初期即投入對 SPD 系統的完整規劃，選用原廠合格產品，並與具備專業能力的單位合作，完成 SPD 的安裝、測試與定期維護，以確保長期防護效果與降低設備損壞風險。
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