SPD選型參考資料

1、SPDB型參考資料 1 綜述： 現(xiàn)代建設(shè)工程中的機(jī)電工程包含著眾多復(fù)雜的電氣電子子系統(tǒng)，如供配電、監(jiān)控、通信、工業(yè)自動(dòng)化、計(jì)算 機(jī)網(wǎng)絡(luò)等，以 CMOS集成組件組成這些系統(tǒng)的電子設(shè)備普遍存在著對(duì)瞬態(tài)和暫態(tài)過(guò)電壓、過(guò)電流耐受能力較弱的 缺點(diǎn)。瞬態(tài)和暫態(tài)過(guò)電壓不僅會(huì)造成電子設(shè)備誤操作乃至損壞，也會(huì)造成更大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。實(shí)踐證明， 雷電波侵入、雷擊感應(yīng)過(guò)電壓和操作過(guò)電壓（均以瞬態(tài)或暫態(tài)過(guò)電壓的形式存在）是危害機(jī)電工程電氣電子系統(tǒng) 的罪魁禍?zhǔn)?，而這些過(guò)電壓的最終破壞途徑，絕大多數(shù)是從電源線路和各類(lèi)信號(hào)線路引入的。因此，瞬態(tài)和暫態(tài) 過(guò)電壓的防護(hù)除等電位連接外，宜從電源線路和各類(lèi)信號(hào)線路著手進(jìn)行，合

2、理配置電源SPD和信號(hào)SPD目前，SPD生產(chǎn)廠家如雨后春筍般遍地開(kāi)花，可供選擇的產(chǎn)品也越來(lái)越多，但并非所有合格的產(chǎn)品都適合建 設(shè)工程使用。只有針對(duì)不同建設(shè)工程特點(diǎn)、不同電氣電子系統(tǒng)特性要求，才能選擇出最合適的SPD2選型設(shè)計(jì)原則我們知道，任何建設(shè)項(xiàng)目的防雷是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不可能依靠一、二種先進(jìn)的防雷設(shè)備和防雷措施就 能完全消除雷擊過(guò)電壓和感應(yīng)過(guò)電壓的影響，必須針對(duì)雷害侵入途徑，對(duì)各類(lèi)可能產(chǎn)生雷擊的因素進(jìn)行排除，采 用綜合防治的現(xiàn)代防雷技術(shù)手段，才能將雷害減少到最低限度。（1）整體原則。將整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目機(jī)電系統(tǒng)作為一個(gè)整體保護(hù)對(duì)象來(lái)考慮防雷保護(hù)。既要考慮各個(gè)子系統(tǒng)的 防雷保護(hù)，又要考慮各個(gè)弱

3、電子系統(tǒng)之間及其與供配電子系統(tǒng)之間的有效銜接，做到系統(tǒng)配置、經(jīng)濟(jì)合理、安全 可靠、適當(dāng)冗余。（2）劃分界面。根據(jù) GB50057-94 （2000年版）關(guān)于雷電保護(hù)區(qū)域LPZ的劃分原則以及某些建設(shè)項(xiàng)目機(jī)電系統(tǒng)的分散分布的特點(diǎn)，確定若干個(gè)不同的“建筑單體” ，再實(shí)施分級(jí)保護(hù)；（3）綜合防治。充分利用“均壓、屏蔽、接閃、分流、接地、保護(hù)”等傳統(tǒng)的防雷技術(shù)措施，選用可靠的接閃裝置和電涌保護(hù)器 SPD,實(shí)施可靠、全面的技術(shù)方案；（4）合理選型。根據(jù)具體建設(shè)項(xiàng)目所處的地理環(huán)境特點(diǎn)以及機(jī)電設(shè)備所處的雷電保護(hù)區(qū)域范圍，選擇合理的SPD電氣性能參數(shù)（Imax、Uc、Ae等）和產(chǎn)品功能（老化預(yù)報(bào)、熱備份、熱脫扣

4、、指示燈告警）。3選型設(shè)計(jì)方法3.1 電源SPD的選擇電源SPD有開(kāi)關(guān)型和限壓型兩種類(lèi)型，關(guān)鍵性能參數(shù)有最大放電電流、限制電壓、持續(xù)耐壓、漏電流等，使 用功能有可視告警、老化脫扣、短路脫扣、老化預(yù)報(bào)、熱備份等，告警方式有遙信、聲光和可視三種。 （1）類(lèi)型的選擇目前電源SPD有串聯(lián)式和并聯(lián)式兩大類(lèi)型。串聯(lián)式電涌保護(hù)器其實(shí)也是由兩級(jí)并聯(lián)的SPD模塊或MOV片組成，中間串聯(lián)一組退耦電感，其殘壓很小，但與被保護(hù)設(shè)備的容量匹配要求較高，體積也較大，適用于機(jī)房配電箱或 UPS前端或重要場(chǎng)所的孤立設(shè)備的保護(hù)。電源SPD絕大多數(shù)場(chǎng)合都采用并聯(lián)式。對(duì)于并聯(lián)式SPD又存在著兩種基本形式一一開(kāi)關(guān)型（間隙型）和限壓型

5、（壓敏電阻型）。由于間隙型 SPD的起動(dòng)電壓高且不穩(wěn)、電壓保護(hù)水平大（約為3.54kV）,極易損壞后續(xù)設(shè)備，因此不能單獨(dú)使用，作為多級(jí)保護(hù)中的一級(jí)；而壓敏電阻型 SPD的標(biāo)稱(chēng)導(dǎo)通電壓較低（約為 500750V）,電氣性 能穩(wěn)定，而殘壓也很低（1.02.5kV）,可以單獨(dú)或組合使用，實(shí)行多級(jí)保護(hù)。另一方面，間隙型電源SPD的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間較慢（約為 100ns）,而壓敏電阻型 SPD的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間快（約為25ns）,若將間隙型 SPD和壓敏電阻型SPD配套使用構(gòu)成多級(jí)防護(hù)，首先導(dǎo)通的可能是壓敏電阻型而非間隙型SPR首級(jí)（間隙型 SPD）可能起不到防護(hù)作用，因此系統(tǒng)防護(hù)不建議全部選用間隙型或首級(jí)選用

6、間隙型SPD而后級(jí)選用壓敏電阻型SPD）當(dāng)然在十分惡劣環(huán)境下（如強(qiáng)雷區(qū)架空線直接入戶），也可用間隙型和大容量的壓敏電阻型SPD組合使用構(gòu)成首級(jí)防護(hù)。 不同型SPD的對(duì)比見(jiàn)表 1。表1 SPD特點(diǎn)的比較起動(dòng)電壓?jiǎn)?dòng)特性電壓保護(hù)水平響應(yīng)時(shí)間使用特性間隙型SPD高受環(huán)境影響，不穩(wěn)定大慢不能單獨(dú)使用，也不建 議組合使用壓敏電阻型SPD低不受環(huán)境影響，穩(wěn)定小快可單獨(dú)使用，也可組合 使用(2)關(guān)鍵性能參數(shù)的選擇最大放電電流 % (&20RS)最大放電電流Imax是指一個(gè)整體防雷系統(tǒng)的LPZ0A LPZ0B與LPZ1區(qū)界面處首級(jí)電源SPD預(yù)期承受的最大雷電流。Imax 一般根據(jù)建構(gòu)筑物地理位置等環(huán)境

7、因素以及年平均雷暴日Td或雷暴強(qiáng)度 Ng來(lái)確定，Imax可用函數(shù)式表達(dá)如下Imax=f1 (Ng, ki) =f2 (Td, k2), Ng=0.024(Td)“3。(最大放電電流的選取見(jiàn)表2。)表2選取最大放電電流的值序號(hào)I max 取值條 件應(yīng)用備 注1>100kA （等效 10/350 之 15kA）當(dāng)2<NgW2.5 ,架空線入戶高速公路、水電站、變電站、鋼 鐵化工等企業(yè)A級(jí)保護(hù)2A 80700kA當(dāng)1.3<N g< 2,架空線入戶高速公路、水電站、變電站、鋼 鐵化工等企業(yè)A級(jí)保護(hù)3A 70700kA當(dāng)1.3<N g< 2,埋地線入戶高速公路、水電站

8、、變電站、鋼 鐵化工等企業(yè)B級(jí)保護(hù)4>5070kA當(dāng)1<NgW 1.3 ,埋地線入戶城巾建筑C級(jí)保護(hù)；D級(jí)保護(hù)表2與GB50343基本一致。確定Imax后，后級(jí) SPD的通流量一般按遞減考慮。對(duì)于地處山區(qū)野外空曠地帶，易遭雷擊，一般取Imax>80100kAo殘壓Ur的選擇殘壓Ur是SPD動(dòng)作后在其兩端產(chǎn)生的瞬時(shí)電壓，它是考核SPD性能的一個(gè)很重要的指標(biāo)。對(duì)于被保護(hù)設(shè)備(圖1)來(lái)講，加于其兩端的系統(tǒng)殘壓Us=Ur+UL= Ur+UL1+UL2, Ul=LX HXdi/dt。一般來(lái)說(shuō)，限壓型 SPD在額定放電電流下的殘壓 Ur的差別只有 100200V左右，而 SPD的接線及接

9、地線上的感抗所引起的線間壓降UL=LXHXdi/dt將占很大比例。實(shí)驗(yàn)表明，一段 1m長(zhǎng)白10m二導(dǎo)線通以10kA (&20s)的模擬雷電流時(shí)，其兩端產(chǎn)生的 電壓降UL= 1200V,而目前限壓型 1040kA (820 s)范圍的 SPD的Ur只有300V左右的差距，以限壓型10kA(820科s) SPD為例，額定通流時(shí)其 Ur= 10001300V左右，UL/Us= 48%55%因此只考慮 SPD本身的殘壓 Ur是 不夠的，而應(yīng)考慮整個(gè)系統(tǒng)的殘壓Us=Ur+ULo為減少系統(tǒng)殘壓 Us,可以應(yīng)用凱文接法將UL降低為零。也就是說(shuō)，殘壓的選擇不是最重要的(應(yīng)當(dāng)與持續(xù)耐壓Uc協(xié)調(diào)考慮)，合

10、理接線才是根本。a圖2 B相短路時(shí)的向量圖L 壓敏保護(hù)設(shè)備L 1U2Jb220VUrL2 U L2圖1 SPD接線示意圖線間壓降與SPD殘壓的比較見(jiàn)表3 。表3 線間壓降與SPD殘壓的比較殘壓Ur線間壓降UL=LX HX di/dt統(tǒng)殘壓US=Ur+UL線壓比UL/Us1.0m, 10mm2 , 10kA (8/20 0)10001300V1200V22002500V48%55%1.5m, 10mm2 , 10kA (8/20 0)10001300V1800V28003100V58%64%凱文接法10001300V010001300V0最大持續(xù)耐壓Uc最大持續(xù)耐壓Uc是指SPD在該電壓值下能連

11、續(xù)（非瞬時(shí)）工作而不影響其作為SPD的性能參數(shù)，反之當(dāng)電網(wǎng)持續(xù)電壓Uc>UCJt其性能參數(shù)發(fā)生改變（SPD的壓敏電阻動(dòng)作，由理論上的斷路截止?fàn)顟B(tài)變?yōu)槔碚撋系亩?路導(dǎo)通狀態(tài)）乃至破壞，這表明最大持續(xù)耐壓Uc值是一理論上的臨界值。關(guān)于Uc, GB50057-94 （2000年版）作了如下規(guī)定：第6.4.5條第一款，共模接線的TT供電系統(tǒng)中，Uc不應(yīng)小于 1.55U0=1.55X220=341V第6.4.5條第二款，共模接線的TN/TT供電系統(tǒng)中，Uc不應(yīng)小于 1.15U0=1.15 X 220=253V第6.4.6條規(guī)定 在供電的電壓偏差超過(guò)所規(guī)定的10%以及諧波使電壓幅值加大的場(chǎng)所，應(yīng)根據(jù)

12、具體情況對(duì)氧化鋅壓敏電阻 SPD提高本章第6.4.5條所規(guī)定的 Uc值”；我們知道 GB50057-94 （2000年版）是參照IEC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定的，而我國(guó)電網(wǎng)質(zhì)量與歐美還存在很大差距， 雖經(jīng)城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)改造，仍然存在著電壓偏差、高次諧波、故障短接等，很多地方電力系統(tǒng)甚至規(guī)定，當(dāng)有一相接 地短路時(shí)，電網(wǎng)電壓在 +15%額定工作電壓范圍內(nèi)波動(dòng)允許工作1小時(shí)。如 B相短路，此時(shí)另外兩相的相電壓由220V升至380V （圖2）,考慮15%波動(dòng)則相電壓有 380 X 1.15=437V若最大持續(xù)耐壓選為小于437V,則極易加速電源SPD的老化乃至損壞。當(dāng)然，持續(xù)耐壓Uc與殘壓 Ur是一對(duì)矛盾體，Uc選高

13、了，SPD的壽命長(zhǎng)但 Ur也高，對(duì)被保護(hù)設(shè)備不利；Uc選低了，SPD的Ur低但壽命也短，所以選擇合適的Uc非常關(guān)鍵。我們注意到，目前限壓型 SPD的殘壓 Ur在Uc=320V和440V時(shí)，相差100300V而已（10kA, 820科s）,根據(jù)上述殘壓 Ur的選擇方 法，100300V的Ur對(duì)設(shè)備的影響很小。綜上所述，選擇最大持續(xù)耐壓Uc>385V,條件惡劣場(chǎng)合選用420V甚至440V。漏電流的選擇根據(jù)GB18802.1-2002,在83%的標(biāo)稱(chēng)導(dǎo)通電壓下，所測(cè)得的SPD兩端的電流，稱(chēng)為電源SPD的漏電流I0,國(guó)標(biāo)I0W 40 MA漏電流I0越大，電源SPD的MOV發(fā)熱的可能性增大，而MO

14、V的發(fā)熱又加速I(mǎi)0增大，因此SPD 的性能將會(huì)越來(lái)越差。判別一個(gè) SPD的漏流性能好壞，不僅僅在于它的I0 （W40w»的大小，更重要的是在于它的漏流變化率（W200%的穩(wěn)定程度。（3）使用功能的選擇目前限壓型 SPD使用功能有老化熱脫扣、可視告警、短路脫扣、熱備份、老化預(yù)報(bào)等幾種，但很多產(chǎn)品并 不同時(shí)具備這幾種功能，需要認(rèn)真篩選。老化熱脫扣老化熱脫扣是指每極 SPD內(nèi)部MOV等器件發(fā)生老化失效時(shí)，SPD隨即與保護(hù)電路斷開(kāi)，不至于發(fā)生短路故障。目前模塊式 SPD絕大多數(shù)都采用機(jī)械式熱脫扣裝置，彈簧一頭與變色牌機(jī)構(gòu)相連，另一頭與SPD內(nèi)的MOV芯片通過(guò)低溫（100120C）焊接固定，并

15、始終處于拉緊或壓縮狀態(tài)。當(dāng)SPD出現(xiàn)劣化發(fā)熱，達(dá)到脫扣溫度（100120C）時(shí)，彈簧則脫離固定狀態(tài)，帶動(dòng)色牌運(yùn)動(dòng)至可視窗口。由于長(zhǎng)時(shí)間處于拉緊或壓縮狀態(tài)，彈簧極易失效，其彈 性系數(shù)選取、熱處理工藝、周?chē)惑w的結(jié)構(gòu)和摩擦系數(shù)以及彈簧焊點(diǎn)的熱容量等等都是影響熱脫扣裝置可靠性 的關(guān)鍵因素。另外產(chǎn)品從出廠到各級(jí)經(jīng)銷(xiāo)商，再到用戶可能需要半年或更多時(shí)間，而SPD安裝完后并不一定馬上動(dòng)作，有時(shí)可能安裝半年甚至更長(zhǎng)時(shí)間才能動(dòng)作！等到電氣浪涌來(lái)臨，SPD動(dòng)作乃至老化時(shí)，恐怕彈簧早已失效！尤其是仿造進(jìn)口品牌的國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品，其彈簧的質(zhì)量及其焊點(diǎn)的熱容量控制更是令人擔(dān)憂。事實(shí)證明，這種機(jī)械式熱 脫扣裝置由于可靠性差而存在

16、安全隱患。相對(duì)可靠的是電子式熱脫扣裝置。MOV的細(xì)長(zhǎng)引腳線（而非芯片）與拓?fù)潆娐返蜏睾附樱ú粫?huì)破壞MOV內(nèi)部晶格和晶界層），當(dāng)SPD出現(xiàn)劣化發(fā)熱，達(dá)到脫扣溫度時(shí)，MOV與電路迅速斷開(kāi)，非常簡(jiǎn)單可靠。如易龍防雷公司的EPP系列SPD可視告警可視告警是指每極 SPD的面板上具有顯示 SPD內(nèi)部器件老化失效狀態(tài)的變色窗口或指示燈。目前模塊式SPD絕 大多數(shù)都采用機(jī)械式熱脫扣裝置（彈簧）帶動(dòng)色牌的運(yùn)動(dòng)來(lái)顯示窗口的顏色變化 機(jī)械式可視告警。由于上述原因，一旦彈簧失效，則不可能實(shí)現(xiàn)這一功能。而電子式熱脫扣裝置采用 LED 指示燈可視告警。當(dāng) MOV 與電路斷開(kāi)（過(guò)熱或短路過(guò)流脫扣）時(shí)，則指示燈熄滅。如易龍

17、防雷公司的 EPP 系列SPD。 短路脫扣短路脫扣是指每極 SPD內(nèi)部以及所在回路發(fā)生短路或過(guò)流故障時(shí)，SPD也可隨即與回路斷開(kāi)。目前模塊式SPD 絕大多數(shù)都不具備短路過(guò)流功能。短路脫扣功能的 SPD 采用特殊的拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)，當(dāng) SPD 出現(xiàn)劣化過(guò)熱、短路或過(guò)流時(shí)，電路隨即自動(dòng)斷開(kāi)，脫離工作狀態(tài)，杜絕了起火、爆炸事故。如易龍防雷公司的 EPP 系列SPD。 熱備份熱備份是指每極SPD 內(nèi)部至少具備兩組可供同時(shí)工作的 MOV 群組。其中一組失效時(shí)，另外一組仍可繼續(xù)工作。目前模塊式 SPD絕大多數(shù)（主要是歐洲或其仿造品牌）都采用 40kA的34X 34或更大尺寸的 MOV,并通過(guò)并聯(lián)解決大容量問(wèn)題

18、。但大尺寸以及方形的 MOV 由于其晶界層的性能一致性難以保證，導(dǎo)致使用一段時(shí)間后MOV性能突然快速下降。 MOV 的失效就意味著該片 SPD 的失效。國(guó)際上 MOV閥片的直徑一般控制在14mm20mm左右，而我國(guó)尺寸在這個(gè)范圍內(nèi)的國(guó)產(chǎn)MOV性能也是非常穩(wěn)定的。采用性能穩(wěn)定的尺寸小于20mm的MOV,通過(guò)嚴(yán)格的參數(shù)篩選、性能配對(duì)、冗余并聯(lián)而成，既可保證每片 MOV 性能的一致性和穩(wěn)定性，又可獲得不同通流容量的規(guī)格，當(dāng) SPD 內(nèi)一組 MOV 老化時(shí)另幾組仍可使用或可投入使用因此具有熱備份功能。這對(duì)于受連續(xù)電涌（如雷擊放電）侵?jǐn)_的情況，其意義重大，可以最大限度地保護(hù)設(shè)備。如易龍防雷公司的 EPP

19、 系列SPD。 老化預(yù)報(bào)老化預(yù)報(bào)是指每極SPD的壽命完全失效前能夠提前報(bào)警。對(duì)于 2P 寬的 SPD 的每極模塊上可設(shè)置兩組 MOV 群，對(duì)應(yīng)兩個(gè)指示燈，接入電路中正常情況下兩燈均亮，完化時(shí)兩燈均滅（此時(shí)必須更換） 。當(dāng)其中一個(gè)指示燈熄滅時(shí)，表明該組MOV 群老化失效而另一路 MOV 群尚可，提醒用戶準(zhǔn)備更換新的SPD如易龍防雷公司的EPP系列SPD （見(jiàn)圖3）。（ 4 ）告警方式的選擇目前 SPD 的告警方式主要有遙信、聲光和可視三種。 遙信告警遙信告警就是現(xiàn)場(chǎng)的SPD的工作狀態(tài)可以通過(guò)開(kāi)關(guān)量信號(hào)線傳輸?shù)娇刂剖遥蛋嗳藛T在控制室即可了解SPD的運(yùn)行狀況。遙信告警可以不必現(xiàn)場(chǎng)巡檢，但增加了成本，也增加了新的故障點(diǎn)，目前工程中很少采用。 聲光告警聲光告警就是在SPD上增加一個(gè)聲光告警模塊。由于人們習(xí)慣于依賴(lài)聲音判斷SPD的失效，一旦該模塊失效則失去保護(hù)功能。很多事實(shí)也證明了聲光告警的缺點(diǎn)。 可視告警可視告警就是在每極SPD上面增加一個(gè)或兩個(gè)可視的變色窗口或狀態(tài)指示燈，依賴(lài)人工巡視判別SPD的工作狀態(tài)。這種告警方式雖然增加了工作量，但簡(jiǎn)單可靠，被廣泛采用。 因此建議采用可視告警方式。（ .2 信號(hào) SPD 的選擇由于信號(hào)電平不斷趨向低壓化，所以愈容易受到過(guò)電壓的侵害。同時(shí)電子化產(chǎn)品已涉及各行各業(yè)，種類(lèi)繁多，歸納起來(lái)信號(hào)SPD 一般包括：（ 1