低壓配電系統(tǒng)電涌保護器簡介

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

用于限制瞬時過電壓和泄放電涌電流的電器，它至少包含一個非線性元件。實質(zhì)上是一個限位開關(guān)，沒有雷電波來的時候它處于開路狀態(tài)，對電源和信號沒有影響，當(dāng)雷電流侵入并且電壓超過某一定值時，它迅速成為通路狀態(tài),把電壓鉗制在一定的安全范圍，所以安裝避雷器實質(zhì)上也是等電位連接的，不過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，移動火花間隙的原理為兩個形狀象牛角的電極，由絕緣材料分開，彼此間有很短的距離。當(dāng)兩個電極間的電位差達到一定程度時，電荷將穿過兩個角型的空間打火放電，由此將過電流釋放入地。電壓開關(guān)型-火花間隙優(yōu)點：殘壓低。響應(yīng)時間快，為25ns左右。無續(xù)流。通流容量大對稱的伏安特性（即產(chǎn)品無極性）電壓溫度系數(shù)低缺點：

有泄漏電流；寄生電容較大，不利于對高頻電子線路的保護。

壓敏電阻電路符號電壓限制型-壓敏電阻SPD的分類試驗

I類試驗（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類試驗的最大沖擊電流Iimp進行的試驗。沖擊電流波形試驗分類II級試驗（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類試驗的最大放電電流Imax進行的試驗。

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

本項測試包括兩部分內(nèi)容，標(biāo)識和標(biāo)志的檢驗及標(biāo)志的耐久性試驗。標(biāo)識和標(biāo)志的檢驗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；最大持續(xù)工作電壓Uc（每種保護模式有一個電壓值）；制造廠聲明的每種保護模式的試驗類別和放電參數(shù)；電壓保護水平Up（每種保護模式有一個電壓值）；外殼防護等級（當(dāng)IP20時）；過電流保護推薦的最大額定值（如果適用時）；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級分類試驗classItests用標(biāo)稱放電電流In、1.2/50μs沖擊電壓和沖擊電流Iimp進行的試驗。沖擊電流Iimp以電流峰值Ipeak和電荷量Q定義。其試驗根據(jù)動作負載試驗的程序進行，用于I級試驗的SPD分級試驗。注：沖擊電流試驗要求的電荷量Q=0.5Ipeak，其中電荷量單位為庫侖（C），電流單位為千安（kA）。Q應(yīng)在10ms內(nèi)通過。如電流波形為單脈沖，波頭時間為T1，半峰值時間為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各級分類試驗要求II級分類試驗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進行的試驗。III級分類試驗classIIItests用復(fù)合波(開路電壓1.2/50μs，短路電流8/20μs)進行的試驗。復(fù)合波由沖擊發(fā)生器產(chǎn)生，該沖擊發(fā)生器能對開路電路施加1.2/50μs波形沖擊電壓，對短路電路施加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各級分類試驗要求SPD實例SPD的組合方式在三相五線制系統(tǒng)（TT制）中，可以通過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SPD與N線相連，最后N線通過放電管與PE線相連。4+0組合方式L1、L2、L3、N均是相線通過一片SPD與PE線相連。在什么情況下需要電涌保護器?當(dāng)存在外部防雷保護裝置時!當(dāng)屋頂上安裝了天線時!

當(dāng)電源線從屋頂引進室內(nèi)時!

當(dāng)鄰近上述建筑物時!S19221922.ppt/06.08.98/OB根據(jù)防雷的保護分區(qū)選取I、II、III級SPDGB/T21714和GB50057、GB50343中都提到了防雷的保護分區(qū)，根據(jù)保護分區(qū)的要求需要在每個分區(qū)的交界處，安裝相對應(yīng)的防雷器，在LPZ0區(qū)與LPZ1區(qū)的交界處安裝第I級電涌保護器，在LPZ1區(qū)與LPZ2區(qū)的交界處安裝第II級電涌保護器，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級電涌保護器。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度。為了方便計算，可假定有50%的雷電流通過直擊雷系統(tǒng)入地，有50%的雷電流進入導(dǎo)體，粗略估計如下：

If=0.5x（I/n1)，n1為導(dǎo)體的數(shù)量，I為雷電流。一般在設(shè)計防雷方案，無法測得雷電流等參數(shù)，可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中的要求來確定。23根據(jù)防雷的保護分區(qū)選取保護分級第一級沖擊放電電流或標(biāo)稱放電電流（KA）第二級標(biāo)稱放電電流（KA）第三級標(biāo)稱放電電流（KA）第四級標(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，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器的電源側(cè)；UC≥1.5U0是指SPD安裝在剩余電流保護器的負荷側(cè)。注2：U0低壓系統(tǒng)相線對中性線的電壓，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，同時還應(yīng)考慮供電電網(wǎng)可能出現(xiàn)的電壓波動和可能出現(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！電壓保護水平UP的選擇電涌保護器（SPD)電壓保護水平（UP)應(yīng)負荷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，最大持續(xù)工作電壓也隨之降低。防雷器殘壓過低時，防雷器可能在供電電網(wǎng)不穩(wěn)定地區(qū)，最大持續(xù)電壓長時間加在防雷器上，容易造成防雷器的老化和損壞。電涌保護器（SPD）的過電流保護和失效保護防止電涌保護器（SPD）短路的保護是采用過電流保護器，應(yīng)當(dāng)根據(jù)電涌保護器（SPD）產(chǎn)品手冊中推薦的過電流保護器的最大額定值選擇。如果過電流保護器的額定值小于或等于推薦用的過電流保護器的最大額定值，則可省去過電流保護器。連接過電流保護器至相線的導(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電路設(shè)計—后備保護空氣開關(guān)定出后備保護空氣開關(guān)的容量。后備保護的相關(guān)概念電涌保護器SPD數(shù)據(jù)表中給出的后備過電流保護值通常是指SPD的最大允許后備過電流保護。這種后備過電流保護器的首要任務(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)過電流保護器可以作為SPD的后備保護，前提條件是其標(biāo)稱值不超過SPD最大允許后備過流值（方案A）。后備保護的相關(guān)概念然而，如果系統(tǒng)過電流保護器F1~F3的標(biāo)稱值超過SPD最大后備過流的標(biāo)稱值，則必須在SPD前端安裝具有最大允許后備過電流保護器的標(biāo)稱值的獨立后備保護（方案B）。后備保護的相關(guān)概念除了保證短路電流耐受能力以外，SPD后備過電流保護器還有一種功能，這種功能對電壓開關(guān)型SPD特別重要。在雷電流過后，電壓開關(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)期短路電流超過了SPD的續(xù)流熄滅能力，則后備過電流保護器必須切斷續(xù)流。后備保護的相關(guān)概念關(guān)于SPD在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用和過電流保護器，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。德國學(xué)者曾研究過NH熔斷器在電涌電流負荷下的性能。根據(jù)熔斷器的標(biāo)稱電流和試驗中的電涌電流，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SPD進行配置，則下游用電系統(tǒng)可能會被切斷。因此，根據(jù)方案B對SPD進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來考慮的，而未考慮電涌電流的影響。那么接著問題就發(fā)生了。熔斷器的電涌耐受能力后備保護導(dǎo)致電壓保護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或被保護設(shè)備上，直接造成下游的SPD過載或被保護設(shè)備損壞，保護失效。試驗結(jié)果MeasuredresultsforIMWandI15

試驗結(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目前達成的相關(guān)共識額定電流

(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有顯著的聯(lián)系，而是更多的取決于