低壓配電系統(tǒng)電涌保護(hù)器簡(jiǎn)介

低壓配電系統(tǒng)電涌保護(hù)器簡(jiǎn)介上海市防雷中心防雷產(chǎn)品測(cè)試中心上海市防雷產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站2023年2月6日電涌保護(hù)器的定義電涌保護(hù)器(SPD)surgeprotectivedevice

用于限制瞬時(shí)過(guò)電壓和泄放電涌電流的電器，它至少包含一個(gè)非線性元件。實(shí)質(zhì)上是一個(gè)限位開(kāi)關(guān)，沒(méi)有雷電波來(lái)的時(shí)候它處于開(kāi)路狀態(tài)，對(duì)電源和信號(hào)沒(méi)有影響，當(dāng)雷電流侵入并且電壓超過(guò)某一定值時(shí)，它迅速成為通路狀態(tài),把電壓鉗制在一定的安全范圍，所以安裝避雷器實(shí)質(zhì)上也是等電位連接的，不過(guò)它把雷電流的大部分削去，只留下設(shè)備能夠耐受的小部分。因此又可稱它為準(zhǔn)電位連接，當(dāng)雷電波過(guò)后，防雷器又恢復(fù)高阻狀態(tài)，使電路又從新復(fù)原。SPD分類一端口，二端口電壓開(kāi)關(guān)型，電壓限制型，復(fù)合型戶內(nèi)，戶外易觸及，不易觸及固定，移動(dòng)火花間隙的原理為兩個(gè)形狀象牛角的電極，由絕緣材料分開(kāi)，彼此間有很短的距離。當(dāng)兩個(gè)電極間的電位差達(dá)到一定程度時(shí)，電荷將穿過(guò)兩個(gè)角型的空間打火放電，由此將過(guò)電流釋放入地。電壓開(kāi)關(guān)型-火花間隙優(yōu)點(diǎn)：殘壓低。響應(yīng)時(shí)間快，為25ns左右。無(wú)續(xù)流。通流容量大對(duì)稱的伏安特性（即產(chǎn)品無(wú)極性）電壓溫度系數(shù)低缺點(diǎn)：

有泄漏電流；寄生電容較大，不利于對(duì)高頻電子線路的保護(hù)。

壓敏電阻電路符號(hào)電壓限制型-壓敏電阻SPD的分類試驗(yàn)

I類試驗(yàn)（T1）標(biāo)志性參數(shù)：Iimp定義：按標(biāo)稱放電電流In，1.2/50沖擊電壓和I類試驗(yàn)的最大沖擊電流Iimp進(jìn)行的試驗(yàn)。沖擊電流波形試驗(yàn)分類II級(jí)試驗(yàn)（T2）標(biāo)志性參數(shù)：Imax定義：按標(biāo)稱放電電流In，1.2/50沖擊電壓和II類試驗(yàn)的最大放電電流Imax進(jìn)行的試驗(yàn)。

標(biāo)稱放電電流試驗(yàn)波形—8/20試驗(yàn)分類III類試驗(yàn)（T3）標(biāo)志性參數(shù)：Uoc定義：按復(fù)合波（1.2/50,8/20）進(jìn)行的試驗(yàn)。·標(biāo)識(shí)和標(biāo)志

本項(xiàng)測(cè)試包括兩部分內(nèi)容，標(biāo)識(shí)和標(biāo)志的檢驗(yàn)及標(biāo)志的耐久性試驗(yàn)。標(biāo)識(shí)和標(biāo)志的檢驗(yàn)主要考察制造廠提供的關(guān)于產(chǎn)品的技術(shù)信息是否完全和規(guī)范。其中以下內(nèi)容應(yīng)標(biāo)于或持久地標(biāo)貼在SPD本體上：制造廠名或商標(biāo)和型號(hào)；最大持續(xù)工作電壓Uc（每種保護(hù)模式有一個(gè)電壓值）；制造廠聲明的每種保護(hù)模式的試驗(yàn)類別和放電參數(shù)；電壓保護(hù)水平Up（每種保護(hù)模式有一個(gè)電壓值）；外殼防護(hù)等級(jí)（當(dāng)IP20時(shí)）；過(guò)電流保護(hù)推薦的最大額定值（如果適用時(shí)）；接線端的標(biāo)志(如果需要)；電流類型（交流/直流或二者都可）。

I級(jí)分類試驗(yàn)classItests用標(biāo)稱放電電流In、1.2/50μs沖擊電壓和沖擊電流Iimp進(jìn)行的試驗(yàn)。沖擊電流Iimp以電流峰值Ipeak和電荷量Q定義。其試驗(yàn)根據(jù)動(dòng)作負(fù)載試驗(yàn)的程序進(jìn)行，用于I級(jí)試驗(yàn)的SPD分級(jí)試驗(yàn)。注：沖擊電流試驗(yàn)要求的電荷量Q=0.5Ipeak，其中電荷量單位為庫(kù)侖（C），電流單位為千安（kA）。Q應(yīng)在10ms內(nèi)通過(guò)。如電流波形為單脈沖，波頭時(shí)間為T1，半峰值時(shí)間為T2，且T1<<T2，則Q=（1/0.7）ⅹIpeakⅹT2（Ipeak單位為kA,T2單位為s）。10/350μs波形就是能滿足此要求的一種波形。SPD各級(jí)分類試驗(yàn)要求II級(jí)分類試驗(yàn)classIItests用標(biāo)稱放電電流In、1.2/50μs沖擊電壓和最大放電電流Imax進(jìn)行的試驗(yàn)。III級(jí)分類試驗(yàn)classIIItests用復(fù)合波(開(kāi)路電壓1.2/50μs，短路電流8/20μs)進(jìn)行的試驗(yàn)。復(fù)合波由沖擊發(fā)生器產(chǎn)生，該沖擊發(fā)生器能對(duì)開(kāi)路電路施加1.2/50μs波形沖擊電壓，對(duì)短路電路施加8/20μs波形沖擊電流。復(fù)合波發(fā)生器提供給SPD的電壓、電流幅值及其波形由上述沖擊發(fā)生器及該沖擊發(fā)生器作用下的SPD的阻抗而定。復(fù)合波發(fā)生器的開(kāi)路電壓峰值Uoc和短路電流峰值Isc之比取為2Ω。該比值定義為虛擬阻抗Zf。SPD各級(jí)分類試驗(yàn)要求SPD實(shí)例SPD的組合方式在三相五線制系統(tǒng)（TT制）中，可以通過(guò)SPD基本線路圖區(qū)分3+1組合方式和4+0組合方式，如圖1、圖2所示。從圖中我們可以看出：3+1組合方式L1、L2、L3相線通過(guò)SPD與N線相連，最后N線通過(guò)放電管與PE線相連。4+0組合方式L1、L2、L3、N均是相線通過(guò)一片SPD與PE線相連。在什么情況下需要電涌保護(hù)器?當(dāng)存在外部防雷保護(hù)裝置時(shí)!當(dāng)屋頂上安裝了天線時(shí)!

當(dāng)電源線從屋頂引進(jìn)室內(nèi)時(shí)!

當(dāng)鄰近上述建筑物時(shí)!S19221922.ppt/06.08.98/OB根據(jù)防雷的保護(hù)分區(qū)選取I、II、III級(jí)SPDGB/T21714和GB50057、GB50343中都提到了防雷的保護(hù)分區(qū)，根據(jù)保護(hù)分區(qū)的要求需要在每個(gè)分區(qū)的交界處，安裝相對(duì)應(yīng)的防雷器，在LPZ0區(qū)與LPZ1區(qū)的交界處安裝第I級(jí)電涌保護(hù)器，在LPZ1區(qū)與LPZ2區(qū)的交界處安裝第II級(jí)電涌保護(hù)器，在LPZ2區(qū)內(nèi)的設(shè)備前端及之后的分區(qū)交界處應(yīng)安裝第III級(jí)電涌保護(hù)器。確定防雷器的通流容量流入導(dǎo)體或線路的雷電流If取決于導(dǎo)體的數(shù)量、各自的等效接地電阻和接地裝置電阻及雷擊強(qiáng)度。為了方便計(jì)算，可假定有50%的雷電流通過(guò)直擊雷系統(tǒng)入地，有50%的雷電流進(jìn)入導(dǎo)體，粗略估計(jì)如下：

If=0.5x（I/n1)，n1為導(dǎo)體的數(shù)量，I為雷電流。一般在設(shè)計(jì)防雷方案，無(wú)法測(cè)得雷電流等參數(shù)，可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中的要求來(lái)確定。23根據(jù)防雷的保護(hù)分區(qū)選取保護(hù)分級(jí)第一級(jí)沖擊放電電流或標(biāo)稱放電電流（KA）第二級(jí)標(biāo)稱放電電流（KA）第三級(jí)標(biāo)稱放電電流（KA）第四級(jí)標(biāo)稱放電電流（KA）10/350us8/20us8/20us架空線纜埋地線纜A>=12.5>=40>=30>=20>=10>=5B>=12.5>=40>=30>=20>=10C>=10>=30>=20>=10D>=6.5>=30>=20>=10確定最大持續(xù)工作電壓最大連續(xù)工作電壓UC

，指能持續(xù)加在SPD各種保護(hù)模式間的電壓有效值（直流和交流）。UC不應(yīng)低于低壓線路中可能出現(xiàn)的最大連續(xù)工頻電壓。選擇230/400V三相系統(tǒng)中的SPD時(shí)，其接線端的最大連續(xù)工作電壓UC不應(yīng)小于下列規(guī)定(IEC60364-5-534)：TT系統(tǒng)中UC≥1.5U0TN、TT系統(tǒng)中UC≥1.1U0

IT系統(tǒng)中UC≥U0注1：在TT系統(tǒng)中UC≥1.1U0是指SPD安裝在剩余電流保護(hù)器的電源側(cè)；UC≥1.5U0是指SPD安裝在剩余電流保護(hù)器的負(fù)荷側(cè)。注2：U0低壓系統(tǒng)相線對(duì)中性線的電壓，在230/400V三相系統(tǒng)中U0=230V。防雷器的最大持續(xù)工作電壓應(yīng)符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，同時(shí)還應(yīng)考慮供電電網(wǎng)可能出現(xiàn)的電壓波動(dòng)和可能出現(xiàn)的最大持續(xù)故障電壓。-判斷供電環(huán)境是否惡劣？-電源電壓是否穩(wěn)定？-接地網(wǎng)地阻值是否偏高？確定防雷器的最大持續(xù)工作電壓持續(xù)工作電壓的選擇電涌保護(hù)器（SPD）的最大持續(xù)工作電壓UC不應(yīng)低于下表中的值！電壓保護(hù)水平UP的選擇電涌保護(hù)器（SPD)電壓保護(hù)水平（UP)應(yīng)負(fù)荷UP<0.8Ui確定防雷器的殘壓在防雷方案中，并非要求殘壓越低越好。通常情況下，防雷器的殘壓越低時(shí)，最大持續(xù)工作電壓也隨之降低。防雷器殘壓過(guò)低時(shí)，防雷器可能在供電電網(wǎng)不穩(wěn)定地區(qū)，最大持續(xù)電壓長(zhǎng)時(shí)間加在防雷器上，容易造成防雷器的老化和損壞。電涌保護(hù)器（SPD）的過(guò)電流保護(hù)和失效保護(hù)防止電涌保護(hù)器（SPD）短路的保護(hù)是采用過(guò)電流保護(hù)器，應(yīng)當(dāng)根據(jù)電涌保護(hù)器（SPD）產(chǎn)品手冊(cè)中推薦的過(guò)電流保護(hù)器的最大額定值選擇。如果過(guò)電流保護(hù)器的額定值小于或等于推薦用的過(guò)電流保護(hù)器的最大額定值，則可省去過(guò)電流保護(hù)器。連接過(guò)電流保護(hù)器至相線的導(dǎo)線截面根據(jù)可能的最大短路電流值選擇。防雷器失效下的保護(hù)電路設(shè)計(jì)—后備保護(hù)空氣開(kāi)關(guān)定出后備保護(hù)空氣開(kāi)關(guān)的容量。后備保護(hù)的相關(guān)概念電涌保護(hù)器SPD數(shù)據(jù)表中給出的后備過(guò)電流保護(hù)值通常是指SPD的最大允許后備過(guò)電流保護(hù)。這種后備過(guò)電流保護(hù)器的首要任務(wù)是保證SPD的短路電流耐受能力。SPD的短路電流耐受能力的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試可以防止SPD內(nèi)部短路情況發(fā)生起火燃燒或閃絡(luò)。因此，緊鄰的上游系統(tǒng)過(guò)電流保護(hù)器可以作為SPD的后備保護(hù)，前提條件是其標(biāo)稱值不超過(guò)SPD最大允許后備過(guò)流值（方案A）。后備保護(hù)的相關(guān)概念然而，如果系統(tǒng)過(guò)電流保護(hù)器F1~F3的標(biāo)稱值超過(guò)SPD最大后備過(guò)流的標(biāo)稱值，則必須在SPD前端安裝具有最大允許后備過(guò)電流保護(hù)器的標(biāo)稱值的獨(dú)立后備保護(hù)（方案B）。后備保護(hù)的相關(guān)概念除了保證短路電流耐受能力以外，SPD后備過(guò)電流保護(hù)器還有一種功能，這種功能對(duì)電壓開(kāi)關(guān)型SPD特別重要。在雷電流過(guò)后，電壓開(kāi)關(guān)型SPD由于兩端施加了工頻電壓，所以將產(chǎn)生50Hz的續(xù)流，其必須被安全的熄滅。在最不利的情況下，這種電源續(xù)流可以和SPD安裝處的預(yù)期短路電流一樣大。通常電壓開(kāi)關(guān)型SPD具有一定的續(xù)流熄滅能力。但如果預(yù)期短路電流超過(guò)了SPD的續(xù)流熄滅能力，則后備過(guò)電流保護(hù)器必須切斷續(xù)流。后備保護(hù)的相關(guān)概念關(guān)于SPD在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用和過(guò)電流保護(hù)器，必須考慮到他們首先要承受電涌電流，接著還要承受電源的短路電流。德國(guó)學(xué)者曾研究過(guò)NH熔斷器在電涌電流負(fù)荷下的性能。根據(jù)熔斷器的標(biāo)稱電流和試驗(yàn)中的電涌電流，NH熔斷器有三種不同的特性。1.不熔斷；2.熔斷；3.爆炸。NH熔斷器的三種不同特性

工頻電流決定的選擇性按照我們之前提到的A方案對(duì)SPD進(jìn)行配置，則下游用電系統(tǒng)可能會(huì)被切斷。因此，根據(jù)方案B對(duì)SPD進(jìn)行配合是十分必要的。為了體現(xiàn)F1~F3與F4~F6之間的選擇性，其標(biāo)稱電流的關(guān)系為1.6：1。但這僅僅是按電源續(xù)流50Hz來(lái)考慮的，而未考慮電涌電流的影響。那么接著問(wèn)題就發(fā)生了。熔斷器的電涌耐受能力后備保護(hù)導(dǎo)致電壓保護(hù)水平升高更糟糕的情況是，F(xiàn)4~F6在熔斷以前將有最高2kV的殘壓，該電壓將直接施加在下游的SPD或被保護(hù)設(shè)備上，直接造成下游的SPD過(guò)載或被保護(hù)設(shè)備損壞，保護(hù)失效。試驗(yàn)結(jié)果MeasuredresultsforIMWandI15

試驗(yàn)結(jié)果MeasuredresultsforIMWandI15

MCB在8/20μs波形下的IMW

IMWofMCBsfor8/20μssurgesFig.2IMWofMCBsfor8/20μssurgesMCB的IMW

和熔斷器的單次沖擊耐受值

IMWofMCBsandsingleshotwithstandcurrentoffusesFig.3IMWofMCBsandsingleshotwithstandcurrentoffusesMCB和熔斷器的I15

I15ofMCBsandfusesFig.4I15ofMCBsandfusesIEC目前達(dá)成的相關(guān)共識(shí)額定電流

(inA)0-8080以上電涌耐受能力

(8/20)Ingeneralbreakersshowsignificanthigherwithstandthanfuses(2timesgreater)通常，斷路器的耐受能力顯著高于熔斷器（2倍或更高）Ingeneralbreakersstillshowhigherwithstandthanfuses(30%to50%more)通常，斷路器的耐受能力仍然高于熔斷器（30%-50%或更高）電涌耐受能力(10/350)NorealstatementpossiblethisisnotlinkedtoratedcurrentofCBsbutmoretotheirtechnologyandmaybesignificantlylowerorhigherthanforfuses斷路器的電涌耐受能力和其額定電流沒(méi)有顯著的聯(lián)系，而是更多的取決于