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電湧保護器SPD的基礎知識

發布時間:2014-03-31 23:21:23     被瀏覽:

有關電湧保護器(SPD)的我國標準在製訂中,麵市產品執行的技術標準、參數各廠不一,為使讀者對SPD產品有一個比較完整的概念,並能正確、合理的選用。現本刊與施耐德電氣(中國)投資有限公司配電電氣產品部聯合舉辦本講座。讀後若有裨益,甚感欣慰。 
本講座包括下列七部分: 
第一講 低壓電網中的過電壓及其防範 
第二講 電湧保護器(SPD)的基礎知識 
第三講 電湧保護器(SPD)的選擇 
第四講 應用SPD的保護配合 
第五講 應用示例 
第六講 關於SPD應用範圍的評估建議 
第七講 施耐德電氣SPD的快速選型 
第一講 低壓電網中的過電壓及其防範 
1 過電壓的分類 
低壓電網中的過電壓可分為三類:大氣過電壓(或稱為雷電過電壓)、操作過電壓及工頻過電壓。根據過電壓幹擾電網的模式又可分為兩種:共模過電壓和差模過電壓。 
共模(MC)過電壓:帶電導體(相線或中性線)與保護接地(大地)之間的過電壓。共模過電壓會引起電氣設備絕緣強度下降,造成設備故障。 
2 大氣過電壓 
大氣過電壓又稱雷電過電壓,它又可分為兩種:直擊雷過電壓(或稱傳導過電壓)和感應過電壓。 
直擊雷過電壓:架空線路直接遭受雷擊後,高壓衝擊波形成的過電壓沿線路傳播,損壞設備,稱為傳導過電壓。傳導過電壓會導致設備與大地間的絕緣損壞。 
感應過電壓:由於雷電是高頻脈衝電流,持續時間通常不超過100μs,雷擊點附近的線路由於電磁感應會產生脈衝浪湧。脈衝浪湧通過線路侵入設備係統,會造成設備失靈或永久性損壞。 
地電位的升高:雷電流流入大地時,由於存在散流電阻,該區域的不同地點會有不同電位,即使在很短的距離內都會產生電位差,在低壓配電裝置中也會產生過電壓。 
3 操作過電壓 
在低壓電網中,由於對電路進行操作、切換及熔斷體斷開等原因,所引起的過電壓稱為操作過電壓。 
4 工頻過電壓 
在低壓配電係統中,還會產生一些頻率為50HZ的過電壓,即工頻過電壓。引起這種過電壓的原因主要是線路故障,如中性線斷開,單相接地等。這種過電壓表現為線路中相線與相線或相線與中性線之間的電壓驟然升高,是一種差模過電壓。這種過電壓的持續時間為0.03-1S。因此,比高頻的雷電流波(μs級)的能量更大。 
5 過電壓防護措施的建議 
上述幾種過電壓的波形中,大氣過電壓與操作過電壓由於持續時間短,又統稱為瞬態過電壓。根據不同的過電壓的類型,其防護措施見表1。 
表1 依據過電壓類型的防護建議 
過電壓類型 頻率 持續時間 防護建議 二級保護 
大氣過電壓 ﹥1MHz 1~100μs 電湧保護器(進線端) 並聯安裝 
操作過電壓 數kHz-1MHz 0.05~10ms 濾波器 並聯安裝 
工頻過電壓 50Hz 0.03~1s UPS/濾波器 串聯安裝 
注:如果大氣過電壓和操作過電壓可明顯地區分開,則用濾波器來防止操作過電壓,當操作過電壓持續時間不超過100μs時,也可使用電湧保護器來保護。
第二講 電湧保護器(SPD)的基礎知識 
1 SPD的工作原理 
SPD是一個非線性阻性元件,它的工作決定於施加其兩端的電壓U和觸發電壓Ud值的大小,對於不同產品Ud為標準給定值。 
當U<Ud時:SPD的電阻很高(1MΩ),隻有很小的漏電電流(<1mA)通過。 
當U≥Ud時:SPD的阻值減小到隻有幾歐姆,瞬間釋放過電流,使電壓突降,待U<Ud時,SPD又呈現高阻性。 
根據上述原理,SPD廣泛用於低壓配電係統,用以限製電網中的大氣過電壓,使其不超過各種電氣設備及配電裝置所承受的衝擊耐受電壓,保護設備免受由於雷電造成的危害。但不能保護暫時的工頻過電壓。 
2 SPD的主要技術數據 
電湧保護器必須能承受預期通過其上的雷電流,並應能對線路上的過電壓峰值進行限幅,且應能熄滅雷電流通過後的工頻續流。表征性能的參數有: 
1)導通時間t 電湧保護器的導通時間是一個很重要的參數,它決定了所釋放的能量值(電荷量):Q=i*t,導通時間越長,可釋放越多的能量。由於SPD承受高能量會導致組件的老化,因此要求浪湧電壓到來時,SPD應迅速響應,以便盡快把能量泄放到大地中。 
2)殘餘電壓Ur 當電湧保護器導通時,其兩端的電壓被稱為殘餘電壓。其值決定於保護器的電阻下降時,在其上通過的電流的大小。如果係統的過電壓隻是瞬時的,短時的電流通過可以吸收過電壓及減小通過的波幅,這稱為過電壓保護器“斬斷”,此時在保護器上的電壓即為殘餘電壓。 
3)開斷能力 所有的過電壓保護器元件都有可承受的最大電流,在這個電流之下不會被損壞,這就是電湧保護器的開斷能力。 
4)最大放電電流Imax Imax為電湧保護器隻能通過2次8/20μs電流波的峰值電流。 
5)標稱放電電流In 指SPD能20次通過8/20μs電流波的峰值電流。 
6)電壓保護水平Up 指在標稱放電電流In作用期間測量的SPD兩端的最大電壓,共有2.5、2、1.8、1.5、1.2 、1.0六級,單位為千伏。 
7)最大持續運行電壓Uc 指能持續加在SPD上且不引起SPD特性變化和擊活SPD的最大電壓。 
8)泄漏電流Ic 指SPD在未導通下的泄漏電流,Ic〈1mA。 

SPD的組件主要有氣體放電管和氧化鋅(ZnO)壓敏電阻,它們的性能見表2。 
表2 電湧保護器中主要組件的性能 
釋放能量 電壓保護水平Up 反應時間 
氣體放電管 很高 高 長 
(ZnO)壓敏電阻 高 低 短 

這兩種器件理論上可用於任何形式的過電壓防護,但由於它們是非線性元件,對長波(工頻)有可變的阻抗,因此電湧保護器不適合用於工頻過電壓的防護。 
4 SPD的技術標準 
SPD的保護特性和耐受雷擊的性能直接與雷電過電壓和浪湧電流有關。 
電湧保護器的生產廠商必須用標準波形對其產品進行實驗。(略) 

 

 

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