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浪涌电流(什么叫浪涌保护器(SPD),在选型设计中有哪些原则?图文详解)

浪涌保护器(电涌保护器)又称避雷器,简称(SPD)适用于交流50/60HZ,额定电压至380V的供电

  浪涌保护器(电涌保护器)又称避雷器,简称(SPD)适用于交流50/60HZ,额定电压至380V的供电系统(或通信系统)中,对间接雷电和直接雷电影响或其他瞬时过压的电涌进行保护,适用于家庭住宅、第三产业以及工业领域电涌保护的要求,具有相对相,相对地,相对中线,中线对地及其组合等保护模式。

  

  浪涌也叫突波,顾名思义就是超出正常工作电压的瞬间过电压。本质上讲,浪涌是发生在仅仅几百万分之一秒时间内的一种剧烈脉冲,可能引起浪涌的原因有:重型设备、短路、电源切换或大型发动机。而含有浪涌阻绝装置的产品可以有效地吸收突发的巨大能量,以保护连接设备免于受损。

  浪涌保护器,也叫防雷器,是一种为各种电子设备、仪器仪表、通讯线路提供安全防护的电子装置。当电气回路或者通信线路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时,浪涌保护器能在极短的时间内导通分流,从而避免浪涌对回路中其他设备的损害。

  

  SPD是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装置,其作用是把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内,或将强大的雷电流泄流入地,保护被保护的设备或系统不受冲击。

  浪涌保护器的类型和结构按不同的用途有所不同,但它至少应包含一个非线性电压限制元件。用于浪涌保护器的基本元器件有:放电间隙、充气放电管、压敏电阻、抑制二极管和扼流线圈等。

  按其工作原理分类,SPD可以分为电压开关型、限压型及组合型。

  (1)电压开关型SPD。在没有瞬时过电压时呈现高阻抗,一旦响应雷电瞬时过电压,其阻抗就突变为低阻抗,允许雷电流通过,也被称为“短路开关型SPD”。

  (2)限压型SPD。当没有瞬时过电压时,为高阻抗,但随电涌电流和电压的增加,其阻抗会不断减小,其电流电压特性为强烈非线性,有时被称为“钳压型SPD”。

  (3)组合型SPD。由电压开关型组件和限压型组件组合而成,可以显示为电压开关型或限压型或两者兼有的特性,这决定于所加电压的特性。

  

  (1)开关型电源防雷器 MG-50B

  产品特点:

  ① 主材采用多层石墨间隙和高耐热的特氟纶隔环。

  ② 无漏流、无续流,可安装在电表前端。

  ③ 无需额外加装电路熔断保护装置。

  ④ 泄放能量大。

  ⑤ 使用寿命长。

  (2)开关型电源防雷器 MG-15

  产品特点:

  ① 标准模块化设计,标准35mm导轨安装,使用方便。

  ② 核心器件采用压敏电阻(MOV),通流容量大,输出残压低,响应速度快。

  ③ 每只模块都设置两至三组脱扣装置,其中一组芯片老化时,其他正常的芯片可继续使用。

  ④ 外壳采用高阻燃性材料,符合电气安全要求。

  ⑤ 可附加声光报警遥信模块。

  参数对比如表1所示。

  表1 开关型电源防雷器参数对比

  

  (3)复合型电源防雷器 MGBC-30

  产品特点:

  ① 主材采用多层放电管,用压敏点火,通流容量大,输出残压低。

  ② 解决B级、C级之间安装空间达不到规范要求的问题,适合小机房、基站等。

  ③ 并联安装,无工作瓶颈。

  技术参数如表2所示。

  表2 复合型电源防雷器技术参数

  

  (4)限压型电源防雷器 B级(M-100/M-80)

  产品特点:

  ① 标准模块化设计,标准35mm导轨安装,使用方便。

  ② 核心器件采用高质量压敏电阻(MOV),通流容量大,输出残压低,响应速度快。

  ③ 每只模块都设置两至三组脱扣装置,其中一组芯片老化时,其他正常的芯片可继续使用。

  ④ 外壳采用高阻燃性材料,负荷电气安全要求。

  ⑤ 可附加声光报警遥信模块。

  (5)限压型电源防雷器 C/D级(M-40/M-20)

  产品特点:

  ① 插拔式设计,更换方便。

  ② 核心器件采用高质量压敏电阻(MOV),通流容量大,输出残压低,响应速度快。

  ③ 脱扣装置隔舱式设计,确保保护器因过热过流、击穿失效时,自动脱离电网。

  ④ 外壳采用高阻燃性材料,负荷电气安全要求。

  ⑤ 可附加声光报警遥信模块。

  参数对比如表3所示。

  表3 限压型电源防雷器参数对比

  

  (6)计算机防雷器

  产品特点:

  ① 主材采用高质量气体放电管和进口半导体器件,质量稳定。

  ② 集成式设计,可同时保护8~24路信号,方便使用。

  ③ 采用全保护模式(共模、差模),保护全面。

  ④ 采用两级防护,保护精细,安全可靠。

  ⑤ 通流容量大,输出残压低,响应速度快。

  ⑥ 独立接地端子,保证接地效果。

  (7)电话线防雷器

  产品特点:

  ① 主材采用高质量气体放电管和进口半导体器件,质量稳定。

  ② 采用全保护模式(共模、差模),保护全面。

  ② 采用两级防护,保护精细,安全可靠。

  ④ 通流容量大,输出残压低,响应速度快。

  ⑤ 独立接地端子,保证接地效果。

  ⑥ 附装专用轨道卡后,可安装于35mm轨道。

  (8)控制线防雷器

  产品特点:

  ① 主材采用高质量气体放电管和进口半导体器件,质量稳定。

  ② 集成式设计,可同时保护12路信号,方便使用。

  ③ 采用全保护模式(共模、差模),保护全面。

  ④ 采用两级防护,保护精细,安全可靠。

  ⑤ 通流容量大,输出残压低,响应速度快。

  ⑥ 独立接地端子,保证接地效果。

  1. SPD选型设计原则

  (1)SPD的电压保护水平Up应始终小于被保护设备的冲击耐受电压Uchoc,并且大于根据接地类型得出的电网最高运行电压Usmax,即Usmax<Up<Uchoc,若线路无屏蔽,尚应计入线路感应电压,Uchoc宜按其值的80%考虑;

  

  (2)SPD与被保护设备两端引线应尽可能短,控制在0.5m以内;

  (3)如果进线端SPD的Up加上其两端引线的感应电压以及反射波效应与距其较远处的被保护设备的冲击耐受电压相比过高,则需在此设备处加装第二级SPD,其标称放电电流In不宜小于8/20μs 3kA;当进线端SPD距被保护设备不大于10m时,若该SPD的Up加上其两端引线的感应电压小于设备的Uchoc的80%,一般情况在该设备处可不装SPD;

  (4)当按上述第3点要求装的SPD之间设有配电盘时,若第一级SPD的Up加上其两端引线的感应电压保护不了该配电盘内的设备,应在该配电盘内安装第二级SPD,其标称放电电流In不宜小于8/20μs 5kA;

  

  (5)当在线路上多处安装SPD时,电压开关型SPD与限压型SPD之间的线路长度不宜小于10m,限压型SPD之间的线路长度不宜小于5m。例如:被保护设备与配电中心距离较近,在线路敷设上可特意多绕一些导线;

  (6)当进线端的SPD与被保护设备之间的距离大于30m时,应在离被保护设备尽可能近的地方安装另一个SPD,通流容量可为8kA;

  (7)选择SPD时应注意保证不会因工频过压而烧毁SPD,因SPD是防瞬态过电压(μs级),工频过电压是暂态过电压(ms级),工频过电压的能量是瞬态过电压能量的几百倍,因此,应注意选择较高工频工作电压的SPD;

  (8)SPD的保护:每级SPD都应设保护,可采用断路器或熔断器进行保护,保护器的断流容量均大于该处最大短路电流;

  

  (9)此外,选用SPD时还应注意:响应时间尽可能快;使用寿命的长短、价格因素、可维护性要好、通流容量的大小、耐湿性能等方面。

  2. SPD的主要技术参数

  (1)最大持续运行电压——Uc

  定义:SPD在运行中能持续耐受的最大直流电压或工频电压有效值。

  最高持续运行电压取决于SPD的标称导通电压。

  SPD的最高持续运行电压应略高于当地电网可能出现的最高电压。在不能到现场考察,或在现场用户不能提供最高电网电压时,应选用Uc≥350V的产品。Uc在275V以下的SPD一般只能用在UPS电源后面。

  (2)放电电流——In

  标称放电电流:施加规定波形(8/20μs)和次数(同一极性5次)放电电流冲击后,标称导通电压变化率小于10%,漏泄电流和限制电压仍在合格范围内的最大的放电电流幅值。

  最大放电电流:施加规定波形(8/20μs)放电电流冲击1次后不发生实质性损坏,不炸裂,不燃烧的最大放电电流幅值,一般最大放电电流=(1.5~2.5)×标称放电电流。

  (3)限制电压——Up

  定义:施加规定波形(8/20μs)、幅值(标称放电电流)和次数(同一极性5次)的冲击时,在SPD端子间测得的电压峰值的最大值。

  在选用SPD时应兼顾限制电压和最大持续运行电压,限制电压是SPD对设备保护的有效性指标,而最大持续运行电压与SPD本身工作可靠性相关。

  (4)漏泄电流

  除放电间隙外,限压型SPD在并联接入低压配电线路后所通过的微安级电流。

  漏泄电流指标反映了所用压敏电阻的劣化情况,电源避雷器漏泄电流一般应小于20μA。

  3. 各级SPD选择的参数

  (1)SPD1

  第一级电涌保护器SPD1若安装在某建筑物总配电室,用三片开关型电涌保护器就能满足系统的要求,我国现行的供电方式即使整个供电系统采用TN-S方式,而在总配电室N与PE是一个接地点,如此在配电机房总配电柜安装三片开关型SPD就能起到作用。N到地之间可以不加。

  SPD1选择的参数建议如下:

  最大持续运行电压:Uc=440V

  最大放电电流:一般按规范要求进行计算设计或参考标准中要求

  保护电平:Up≤2.5KV

  响应时间:tA≤100ns

  (2)SPD2

  第二级电源电涌保护器是应用最广泛的一个产品,雷电电磁脉冲能对LPZ1区电源线入侵产生20KA以上的雷电流情况不多,因此第二级SPD作为限压型电涌保护器额定通流量In定位为20~40KA。

  SPD2建议技术参数选择如下:

  最大持续运行电压:Uc=260~320V

  额定放电电流(8/20μs)In=20KA

  最大放电电流(8/20μs)Imax=40KA

  保护电平:Up≤1.5KV

  响应时间:tA≤25ns

  (3)SPD3

  第三级电源电涌保护器一般安装于重要设备的前端,所谓细保护。

  SPD3建议技术参数选择如下:

  最大持续运行电压:Uc=255V

  标称放电电流(8/20μs):In L→N 3KA N→PE 5KA

  电压保护级别Up:L→N≤1.25KV L→PE≤1.5KV

  响应时间:tA≤25ns

  (浪涌保护器的两种接线方式)

  安装方法及注意事项:配电柜或低压总开关柜内,并联在电源进线外,作为电源的第一级保护。

  1、电源连接导线用不小于16mm2的多股铜线,接地线用不小于25mm2的多股铜线。连接线应尽量的短、直、粗,接地电阻:R≤4Ω。

  2、模块结构防雷器前端应串联合适的熔断器或空开。

  3、安装时必须断开电源,严禁带电操作,连接导线必须符合要求。

  4、安装完毕后将模块插入到位,检查工作是否正常。

  5、当模块故障显示窗口指示红色时,遥信端子输出告警信号,表示防雷器发生故障,应及时更换。

  6、防雷器无须特别维护,只需定期检查其连接是否有松动,状态指示是否正常。

  浪涌保护器SPD安装在防雷区交界处的配置示例如图1所示。

  图1 SPD在防雷区交界处的安装图

  SPD在不同接地形式系统中的安装如图2~图6所示。

  图2 SPD在TN-C-S系统中的安装

  图3 SPD在TN-S系统中的安装

  图4 SPD在TT系统中的安装

  图5 SPD在IT系统中的安装

  图6 SPD在TT系统中的安装

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