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电涌保护器SPD的基础知识

发布时间:2014-03-31 23:21:23     被浏览:

有关电涌保护器(SPD)的我国标准在制订中,面市产品执行的技术标准、参数各厂不一,为使读者对SPD产品有一个比较完整的概念,并能正确、合理的选用。现本刊与施耐德电气(中国)投资有限公司配电电气产品部联合举办本讲座。读后若有裨益,甚感欣慰。 
本讲座包括下列七部分: 
第一讲 低压电网中的过电压及其防范 
第二讲 电涌保护器(SPD)的基础知识 
第三讲 电涌保护器(SPD)的选择 
第四讲 应用SPD的保护配合 
第五讲 应用示例 
第六讲 关于SPD应用范围的评估建议 
第七讲 施耐德电气SPD的快速选型 
第一讲 低压电网中的过电压及其防范 
1 过电压的分类 
低压电网中的过电压可分为三类:大气过电压(或称为雷电过电压)、操作过电压及工频过电压。根据过电压干扰电网的模式又可分为两种:共模过电压和差模过电压。 
共模(MC)过电压:带电导体(相线或中性线)与保护接地(大地)之间的过电压。共模过电压会引起电气设备绝缘强度下降,造成设备故障。 
2 大气过电压 
大气过电压又称雷电过电压,它又可分为两种:直击雷过电压(或称传导过电压)和感应过电压。 
直击雷过电压:架空线路直接遭受雷击后,高压冲击波形成的过电压沿线路传播,损坏设备,称为传导过电压。传导过电压会导致设备与大地间的绝缘损坏。 
感应过电压:由于雷电是高频脉冲电流,持续时间通常不超过100μs,雷击点附近的线路由于电磁感应会产生脉冲浪涌。脉冲浪涌通过线路侵入设备系统,会造成设备失灵或永久性损坏。 
地电位的升高:雷电流流入大地时,由于存在散流电阻,该区域的不同地点会有不同电位,即使在很短的距离内都会产生电位差,在低压配电装置中也会产生过电压。 
3 操作过电压 
在低压电网中,由于对电路进行操作、切换及熔断体断开等原因,所引起的过电压称为操作过电压。 
4 工频过电压 
在低压配电系统中,还会产生一些频率为50HZ的过电压,即工频过电压。引起这种过电压的原因主要是线路故障,如中性线断开,单相接地等。这种过电压表现为线路中相线与相线或相线与中性线之间的电压骤然升高,是一种差模过电压。这种过电压的持续时间为0.03-1S。因此,比高频的雷电流波(μs级)的能量更大。 
5 过电压防护措施的建议 
上述几种过电压的波形中,大气过电压与操作过电压由于持续时间短,又统称为瞬态过电压。根据不同的过电压的类型,其防护措施见表1。 
表1 依据过电压类型的防护建议 
过电压类型 频率 持续时间 防护建议 二级保护 
大气过电压 ﹥1MHz 1~100μs 电涌保护器(进线端) 并联安装 
操作过电压 数kHz-1MHz 0.05~10ms 滤波器 并联安装 
工频过电压 50Hz 0.03~1s UPS/滤波器 串联安装 
注:如果大气过电压和操作过电压可明显地区分开,则用滤波器来防止操作过电压,当操作过电压持续时间不超过100μs时,也可使用电涌保护器来保护。
第二讲 电涌保护器(SPD)的基础知识 
1 SPD的工作原理 
SPD是一个非线性阻性元件,它的工作决定于施加其两端的电压U和触发电压Ud值的大小,对于不同产品Ud为标准给定值。 
当U<Ud时:SPD的电阻很高(1MΩ),只有很小的漏电电流(<1mA)通过。 
当U≥Ud时:SPD的阻值减小到只有几欧姆,瞬间释放过电流,使电压突降,待U<Ud时,SPD又呈现高阻性。 
根据上述原理,SPD广泛用于低压配电系统,用以限制电网中的大气过电压,使其不超过各种电气设备及配电装置所承受的冲击耐受电压,保护设备免受由于雷电造成的危害。但不能保护暂时的工频过电压。 
2 SPD的主要技术数据 
电涌保护器必须能承受预期通过其上的雷电流,并应能对线路上的过电压峰值进行限幅,且应能熄灭雷电流通过后的工频续流。表征性能的参数有: 
1)导通时间t 电涌保护器的导通时间是一个很重要的参数,它决定了所释放的能量值(电荷量):Q=i*t,导通时间越长,可释放越多的能量。由于SPD承受高能量会导致组件的老化,因此要求浪涌电压到来时,SPD应迅速响应,以便尽快把能量泄放到大地中。 
2)残余电压Ur 当电涌保护器导通时,其两端的电压被称为残余电压。其值决定于保护器的电阻下降时,在其上通过的电流的大小。如果系统的过电压只是瞬时的,短时的电流通过可以吸收过电压及减小通过的波幅,这称为过电压保护器“斩断”,此时在保护器上的电压即为残余电压。 
3)开断能力 所有的过电压保护器元件都有可承受的最大电流,在这个电流之下不会被损坏,这就是电涌保护器的开断能力。 
4)最大放电电流Imax Imax为电涌保护器只能通过2次8/20μs电流波的峰值电流。 
5)标称放电电流In 指SPD能20次通过8/20μs电流波的峰值电流。 
6)电压保护水平Up 指在标称放电电流In作用期间测量的SPD两端的最大电压,共有2.5、2、1.8、1.5、1.2 、1.0六级,单位为千伏。 
7)最大持续运行电压Uc 指能持续加在SPD上且不引起SPD特性变化和击活SPD的最大电压。 
8)泄漏电流Ic 指SPD在未导通下的泄漏电流,Ic〈1mA。 

SPD的组件主要有气体放电管和氧化锌(ZnO)压敏电阻,它们的性能见表2。 
表2 电涌保护器中主要组件的性能 
释放能量 电压保护水平Up 反应时间 
气体放电管 很高 高 长 
(ZnO)压敏电阻 高 低 短 

这两种器件理论上可用于任何形式的过电压防护,但由于它们是非线性元件,对长波(工频)有可变的阻抗,因此电涌保护器不适合用于工频过电压的防护。 
4 SPD的技术标准 
SPD的保护特性和耐受雷击的性能直接与雷电过电压和浪涌电流有关。 
电涌保护器的生产厂商必须用标准波形对其产品进行实验。(略) 

 

 

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