電源浪涌保護(hù)器的參數(shù)選擇及線路保護(hù)

浪涌保護(hù)器(Su rge p ro tect ive device, SPD) , 也稱電涌保護(hù)器、避雷器等， 它的作用是保證電子設(shè)備免受浪涌過電壓(雷電過電壓、操作過電壓等) 的破壞， 既不影響設(shè)備的正常工作， 又將浪涌過電壓限制在相應(yīng)設(shè)備的耐壓等級范圍內(nèi)， 目的在于限制瞬態(tài)過電壓和分走電涌電流， 也是等電位連接的一種方法。

在實(shí)驗(yàn)中， 以電壓波形保持不變， 升高電壓， 每個電壓可以獲得一個擊穿時間， 以電壓為縱軸， 時間為橫軸， 可以畫出伏秒特性， 由此得知， 為了保證SPD 能夠在全時域范圍內(nèi)保護(hù)設(shè)備不受浪涌過電壓的破壞， 它的沖擊伏秒特性必須在用電器沖擊伏秒特性的下方， 這是選擇SPD 的原則， 也是SPD生產(chǎn)廠家必須提供的保證。

1 SPD 的分類， 按使用非線性元件的特性來分

1.1 電壓開關(guān)型SPD

常用的非線性元件有放電間隙、氣體放電管等，它具有大通流容量(標(biāo)稱通流電流和最大通流電流) 的特點(diǎn)， 特別適用于易遭受直接雷擊部位的雷電過電壓保護(hù)(即L PZ0A 區(qū))。

1.2 電壓限制型SPD

常用的非線性元件有氧化鋅壓敏電阻、瞬態(tài)抑制二極管等， 是大量常用的過電壓保護(hù)器， 一般適用于室內(nèi)(即L PZ0B、L PZ1、L PZ2 區(qū))。

1.3 組合型SPD

由電壓開關(guān)型元件和限壓型元件混合使用， 隨著施加的沖擊電壓特性不同， SPD 有時會呈現(xiàn)開關(guān)型SPD 特性， 有時呈現(xiàn)限壓型SPD 特性， 有時同時呈現(xiàn)兩種特性。

2 表征SPD 的主要技術(shù)參數(shù)選擇

2.1 保護(hù)模式

SPD 可連接在L (相線)、N (中性線)、PE (保護(hù)線) 間， 如L 2L、L 2N、L 2PE、N 2PE, 這些連接方式與供電系統(tǒng)的接地型式有關(guān)。

2.2 最大持續(xù)工作電壓Uc

可能持續(xù)加于SPD 兩端的最大方均根電壓或直流電壓， 其值等于SPD 本身的額定電壓。

IEC6036452534 中提出， 在TT 系統(tǒng)中， 當(dāng)SPD 設(shè)在漏電流保護(hù)器(RCD) 的電源側(cè)時， U c≥1.1U o; 當(dāng)SPD 設(shè)在漏電流保護(hù)器的負(fù)荷側(cè)時， U c≥1.5U o.

在TN 系統(tǒng)和IT 系統(tǒng)中， U c≥1.1U o.U c 的選擇要考慮到當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的水平波動及用戶用電的具體情況， 不是一味取大值為好， 因?yàn)閁 c 取大， 整個壓敏器件啟動電壓也高， 浪涌電壓將對設(shè)備產(chǎn)生危害。國際標(biāo)準(zhǔn)有一系列的優(yōu)選值， 與當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)水平有關(guān)。

2.3 雷電通流量Imax

一般在L PZ0 與L PZ1 區(qū)交界處選用10/350u s波形、每相通流量≥10KA 的SPD 安裝， 在L PZ1 與L PZ2 區(qū)交界處選用8/2 0u s 波形， 每相通流量≥5KA 的SPD 安裝。由于10/350u s 波形的能量比8/20u s 的大20 倍， 其電流相應(yīng)大5 倍， 如果要用8/20u s 波形的SPD 代替， 其雷電通流量相應(yīng)要大5倍。

2.4 保護(hù)水平Up

該值應(yīng)比在SPD 端子測得的最大限制電壓大，與設(shè)備的耐壓Uw 一致(1.2U p ≤Uw ) , 可以從一系列的參考值中選取(如0108、0109、……1、1.2、1.5、1.8、2、……8、10KV 等)。目前國標(biāo)當(dāng)中較好的U p有800V、900V.

2.5 漏電流

并聯(lián)型SPD 要求漏電流≤30uA (公安部要求≤20uA ) , 串聯(lián)型SPD 要求漏電流≤01.mA.

2.6 啟動電壓Uas

過去認(rèn)為啟動電壓即標(biāo)稱壓敏電壓， 實(shí)際上通過SPD 的電流可能遠(yuǎn)大于測試電流1mA , 這時不能不考慮已經(jīng)抬高的殘壓對設(shè)備保護(hù)的影響。從壓敏電壓到啟動電壓的時間(即SPD 的響應(yīng)時間) 比較長， 約為100n s.啟動電壓越高則殘壓也越高， 越低則壓敏電阻易老化。其值不應(yīng)大于被保護(hù)設(shè)備的絕緣水平。

2.7 殘壓Ures

是真正加在被保護(hù)設(shè)備端口的電壓。殘壓越低越好， 應(yīng)小于被保護(hù)設(shè)備耐沖擊過電壓額定值。見表1:

表1 220/380V 三相系統(tǒng)各種設(shè)備耐沖擊過電壓額定值Uw

2.8 標(biāo)稱放電電流In

用來劃分SPD 等級， 具有8/20u s 或10/350u s 模擬雷電流沖擊波的放電電流。Imax= 2~ 3 In。

2.9 持續(xù)工作電流Ic

在最大持續(xù)工作電壓U c 下保護(hù)模式上流過的電流， 實(shí)際上是各保護(hù)元件及與其并聯(lián)的內(nèi)部輔助電路流過的電流之和。為避免過電流保護(hù)設(shè)備或其它保護(hù)設(shè)備(如RCD) 不必要動作， Ic 值的選擇非常有用。在正常狀態(tài)下， Ic 應(yīng)不會造成任何人身安全危害(非直接接觸) 或設(shè)備故障(如RCD)。一般情況下對RCD, Ic 應(yīng)小于額定殘壓電流值( I△n) 的1/3.[!--empirenews.page--]

2.10 以上是選擇SPD 時所要考慮的幾種主要的參數(shù)， 可以通過下圖來具體比較幾種電壓之間的關(guān)系：

圖1 Up Un 和Uc 相關(guān)曲線

3 電源SPD 的線路安裝

3.1 安裝位置

按照IEC131221 (L PZ) 的概念， 當(dāng)電氣線路穿過兩防雷區(qū)交界處時要安裝浪涌保護(hù)器， 根據(jù)設(shè)備的不同位置和耐壓水平， 可將保護(hù)級別分為三級或更多， 但保護(hù)器必須很好的配合， 以便按照它們耐能量的能力在各浪涌保護(hù)器之間分配可接受的承受值和原始的閃電威脅值有效地減至需要保護(hù)的設(shè)備的耐電涌能力。但由于工藝要求或其它原因， 被保護(hù)設(shè)備的安裝位置不會正好設(shè)在界面處而是設(shè)在其附近， 在這種情況下， 當(dāng)線路能承受所發(fā)生的電涌電壓時， 浪涌保護(hù)器可安裝在被保護(hù)設(shè)備處， 而線路的金屬保護(hù)層或屏蔽層宜首先于界面處做一次等電位連接。在實(shí)際的工作中， 一般都將電源浪涌保護(hù)器設(shè)在總配電房、各樓層的配電箱中及被保護(hù)設(shè)備前， 均取得了較好的防護(hù)效果。

3.1.1 在L PZ0 區(qū)與L PZ1 區(qū)交界處， 在從室外引來的線路上安裝的SPD 應(yīng)選用符合? 級分類試驗(yàn)(即通過SPD 的10?350u s 波形的雷電流幅值) 的產(chǎn)品。通過對建筑物的防雷類別確定雷電流的幅值及雷電流直擊在該建筑后在各種管道、線路上的能量分配來確定其通流量的取值。

3.1.2 在L PZ1 區(qū)與L PZ2 區(qū)交界處， 分配電盤處或U PS 前端宜安裝第二級SPD, 可選用經(jīng)? 或? 級分類試驗(yàn)的產(chǎn)品。其標(biāo)稱放電電流In 不宜小于5KA(8?2 0u s)。

31.13 在重要的終端設(shè)備或精密敏感設(shè)備處， 宜安裝第三級SPD, 可選用經(jīng)? 或? 級分類試驗(yàn)的產(chǎn)品，其標(biāo)稱放電電流In 不宜小于3KA (8?20u s) , 同時具有更短的響應(yīng)時間。

3.2 間距與能量匹配問題

在安裝SPD 時要考慮兩級之間的能量匹配問題， 在一般情況下， 當(dāng)在線路上多處安裝SPD 且無準(zhǔn)確數(shù)據(jù)時， 電壓開關(guān)型SPD 與限壓型SPD 之間的線路長度不宜小于10 米， 限壓型SPD 之間的線路長度不宜小于5 米。還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

3.2.1 SPD 采用低- 高配置時， 第二級SPD 幾乎沒有用處， 而采用高- 低配置時， 能前后配合分流。

3.2.2 隨著兩極間距的縮短， 前級分流作用下降，后級通過的電流和能量上升， 當(dāng)距離過近時， 前級幾乎不起作用。此時， 應(yīng)在兩級之間采取退耦措施，例如在兩個SPD 之間安裝一個電感阻抗器件， 可以起到退耦作用。

3.3 安裝方式： 宜采用"V "型連接方式(凱文法)。如下圖所示

由上圖可知， 在設(shè)備兩端的殘壓UL PE= U 1+U p , 由于連接導(dǎo)線較短， 大大減少了電涌在導(dǎo)線上的壓降(實(shí)驗(yàn)證明： 1m 導(dǎo)線在20KA、8?20u s 波形沖擊下產(chǎn)生的壓降為1KV ) , 也使加在設(shè)備兩端的電壓降低， 從而起到保護(hù)的作用。

3.4 SPD 的連接導(dǎo)線應(yīng)盡可能短、直， 兩端的引線長度不宜超過015m , 使其感應(yīng)電壓盡可能低， 減少殘壓， 連接導(dǎo)體應(yīng)符合相線采用黃、綠、紅色， 中性線用淺藍(lán)色， 保護(hù)線用綠/黃雙色線的要求。

4 綜述

如上所述， 在選擇220?3 80V 三相系統(tǒng)中的浪涌保護(hù)器時， 首先要區(qū)分低壓配電系統(tǒng)的型式， 是IT、TT 還是TN , 然后對所處建筑物確定防雷分類、確定雷電流的能量分配及設(shè)備的耐壓水平等方面綜合考慮SPD 的參數(shù)取值， 實(shí)地考查， 揚(yáng)長避短， 選取最適當(dāng)?shù)腟PD, 使被保護(hù)設(shè)備承受的浪涌減少至設(shè)備可接受的值(較低的保護(hù)水平)。