电涌保护范文

电涌保护范文（精选9篇）

电涌保护 第1篇

关键词：低压配电系统,工程设计,电涌保护器

1低压配电系统用电设计

根据负荷种类的不同, 低压配电系统设计可分为:一般动力与照明系统设计、工艺系统设计。天然气场站项目中工艺配套的一般电力、电子设备, 往往容易受到周围供配电装置、电力线路、磁场等的干扰, 因此对安装环境 (一般要单独设置) 及电源质量要求较高。在一般电力与照明系统设计时可参照相关民用建筑标准与规范进行设计。工程中常见的低压配电系统接地方式主要有:IT、TT、TN (TN-C-S、TN-C、TN-S) , IT接地方式一般采用中性点与地绝缘方式, 也可采用高阻抗接地方式;TT是指将金属设备的金属外壳直接接地;TN是指电气设备的金属外壳与工作零线相接。要保证设备正常运行及人员安全, 设计人员应在设计文件中指出防触电方法--保护接零, 即:中性点接地的低压网络里, 把电气设备外露导电部分与零线连接到一起;保护接地, 电气设备导电部分在发生故障时容易带电, 为降低其电压对人体带来的危害, 把外露导电部分利用接地装置和大地进行安全的连接;重复接地, 把PE线或者零线多次和大地进行连接, 重复接地可以保护PE线或者零线。电气设备运用保护接零还是保护接地取决于配电系统电网性质、中性点是否接地。

2电涌保护器种类

电涌保护器是整个天然气配电工程的重要组成部分, 具要举足轻重的作用。天然气工程常用的电涌保护器有电压开关型、电压限压型、电压限压开关组合型等三种类型。开关型保护器—也就是我们常说的SPD, 它在电涌尚未产生时, 会表现出高阻抗值。限压型电涌保护器在电涌未产生时, 也常呈现高电阻抗值, 如通过此类保护器的电压和电流不断增大, 它会凭借其低阻抗状态而导通, 在配电系统的过压保护系统中, 这种电涌保护器会持续不断的彻底无残留的释放雷电。电压限压开关组合型是结合以上两种电涌保护器的特点而组成的, 这种保护器经常会安装在配电工程入口处, 起到有效释放雷电的作用。

3保护系统设计及电涌保护器的设计安装

电涌保护器系统在设计和安装时应主要考虑两方面问题即:电网系统连接方式及电涌保护器连接位置。天然气工程建筑分项中, 电涌保护器安装位置设定应参照工程整体结构和工程内部情况。电涌保护系统设计过程中, 必须参照相关规范, 确定工程电涌的防护等级, 各防护等级都应根据工程实际, 通过计算确定以下指标:a、工程等效受雷面积, b、防的雷等级, c、年平均雷暴日, d、年预计总雷击数。国家相关低压配电设计规范中规定电涌保护等级一般分为三级, 例如:天然气场站配电间等防护等级为三级, 高低压变配电工程的防护等级为二级, 而最高防护等级是一级。电涌保护等级确定完毕后, 还要选择保护器的安装位置和保护模式。在天然气工程入口位置, 电压开关是最常见的电涌保护器, 全保护膜是最常见的界限模式。保护器位置必须按电涌防护等级 (2.5KV以内) 确定, 配电中心母线进线位置必须与SPD等级相匹配。如果在直列系统与控制系统的电源侧布置SPD, 电源保护值宜定为1.5KV。工程其它位置均选择限制型电涌保护器, 每条支路必须安装熔断器来保护电路。设计安装电涌保护器时, 一定要先考虑保护器连接方式及外装置, 电容保护器经常安装在配电系统总进线位置, 如果用3P方式接线, 通常将其装在PE线和L线中间;如果用4P方式接线, 通常将其装在PE线和N线、PE线和L线中间, 即RCO的负荷侧;如果用3+NPE方式接线, 常常把保护器连接在PE线和N线、L线和N线中间, 即RCO的电源侧。对工程建筑来说, 电涌保护器和防雷设备间的协调配合体系要在工程防雷电位连接处, 把电涌保护器装在低压配电系统可以有效减弱雷电对工程的危害及保护工程内部电涌。工程入口处装设开关型的电涌保护器能够大大减弱雷电危害, 工程内部电路装设限压型保护器, 能够保护入口处保护器, 以及防止后级电路受到损坏。电涌保护器保护作用是凭借其自身安全性和可靠性, 对设备及电器实行保护。与此同时, 如果电涌保护器遇到危险或故障, 它会自动断开线路连接, 保护工程线路及电气设备。

4低压配电系统节能设计

低压配电系统的节能设计是在满足用户电力需求前提下, 最大限度降低电能的消耗, 电节能不仅包括有形的节能, 还包括无形的节能, 而不是我们日常所见的用电表计量的电能消耗数值, 有形节能方法通常是在施工维护阶段合理节约电力设施配件、电缆等相关物资消耗, 机械设备更新换代、加强系统维护保养、减少人力消耗、提升系统运行效率、降低资金不合理占用。无形节能方法主要是在可行性研究、方案及设计阶段对系统进行逐级优化, 降低配电系统自身能耗及机械、自控等系统能耗, 尤其是工艺系统所配套的电力、自控、动力、润滑系统设计方案优化效果更加明显。在天然气开采、储运、及加工等环节的可研、设计、施工和运行过程中, 无论是在有形节能还是在无形节能方面, 都应积极采取措施, 努力把能源消耗降至最低。为实现低压配电系统的节能, 必须在整个项目周期内统筹考虑。

5 结语

工程防雷设备和低压配电系统设计离不开电涌保护器, 它不仅保护工程项目的稳定运行, 而且对供配电系统安全具有重要作用。近二十年来, 随着工程智能化程度的不断发展, 计算机及网络技术在智能工程管理与控制中广泛应用, 同时雷电对计算机网络技术极具威胁, 在系统中安装电涌保护器是有效保护工程稳定和安全的关键所在。

参考文献

[1]尹强.地铁低压配电系统设计优化探讨[J].科技资讯, 2014 (23) .

[2]周帅.低压配电系统电气故障分析与研究[J].电子制作, 2014 (12) .

电涌保护 第2篇

摘要：探讨了电涌保护器(SPD)应用中的4个颇有争议的问题，这就是SPD的响应时间、多级SPD的动作顺序、不同波形冲击电流的等效变换以及SPD的残压与冲击电流峰值的关系。最后说明了SPD应用中各电压之间的相互关系。

关键词：电涌保护器响应时间冲击电流防雷保护

一、前言

电涌保护器(SPD)是抑制由雷电、电气系统操作或静电等所产生的冲击电压，保护电子信息技术产品必不可少的器件。随着各种电子信息技术产品越来越多地渗入到社会和家庭生活的各个领域，SPD的使用范围日益扩大，市场需求量日益增长。

总的来说，电子信息技术产品的过电压保护还是一个新的技术领域，两相关于SPD的国际标准IEC61643-1和IEC61643-21发表才几年，有关SPD应用中的许多问题还存在着争议，本文就其中的4个问题提出笔者个人的看法，以期引起讨论。它们是：SPD的响应时间，多级SPD的动作顺序，不同波形冲击电流的等效变换以及SPD的残压与冲击电流峰值的关系。最后对SPD应用中各个电压之间的相互关系作了说明。

二、SPD的响应时间

不少人错误地认为，响应时间是衡量SPD保护性能的一个重要指标，制造厂也在其技术资料中列明了这一参数，但许多制造厂并不知道它的确切含义，也未进行过测量。一个流行的观点是，在响应时间内，SPD对入侵的冲击无抑制作用，冲击电压是“原样透过”SPD而作用在下级的设备上。这不符合SPD的是工作情况，是错误的。

SPD中对冲击过电压起抑制作用的非线性元件，按其工作机理可区分为“限压型”(如压敏电阻器、稳压二极管)和“开关型”(如气体放电管、可控硅)。

氧化锌压敏电阻器是一种化合物半导体器件，其中的电流对于加在它上面的电压的响应本质上是很快的。

那么，以前的技术资料中所说的用压敏电阻构成的SPD响应时间r≤25ns是怎么回事呢?

这是技术标准IEEEC62.33-1982[2]中定义的响应时间，它是一个用来表征“过冲”特性的物理量，与通常意义上的响应时间是完全不同的另外一个概念。为了说明这一点。

IEEEC62.3(6.3)电压过冲(UOS)。在冲击电流波前很陡、数值又很大时，测量带引线压敏电阻的限制电压的结果表明，它大于以8/20标准波时的限制电压。这种电压增量UOS称作“过冲”。尽管压敏电阻材料本身对陡冲击的响应时间有所不同，但差别不大。造成过冲的主要原因是在器件的载流引线周围建立起了磁场，该此磁场在器件引线和被保护线路之间的环路中，或者在引线与模拟被保护线路的测量电路之间的环路感应出电压。

在典型的使用情况下，一定的引线长度是不可避免的，这种附加电压将加在压敏电阻器后面的被保护线路上，所以在冲击波波前很陡而数值又很大的条件下测量限制电压时，必须认识到电压过冲对于引线长度和环路耦合的依赖关系，而不能把过冲作为器件内在的特性来看待。

近几年来发表的国际电工委员会关于SPD的技术标准IEC61643-1和IEC6163-21都没有引入响应时间这一参数：IEEE技术标准C62.62-[]更明确指出，波前响应的技术要求对SPD的典型应用而言是没有必要的，可能引起技术要求上的误导，因此如无特别要求，不规定该技术要求，也不进行试验、测量、计算或其他认证。这是因为：

(1)对于冲击保护这一目的而言，在规定条件下测得的限制电压，才是十分重要的特性。

(2)SPD对波前的响应特性不仅与SPD的内部电抗以及对冲击电压起限制作用的非线性元件的导电机理有关，还与侵入冲击波的上升速率和冲击源阻抗有关，连接线的长短和接线方式也有重要影响。

笔者认为，对于电源保护用SPD，以下三项技术指标是重要的：①限制电压(保护电平);②通流能力(冲击电流稳定性);③3连续工作电压寿命。

三、多级SPD的动作顺序

当单级SPD不能将入侵的冲击过电压抑制到规定保护电平以下时，就要采用含有二级、三级或更多级非线性抑制元件的SPD。

非线性元件Rv2和Rv2都是压敏电阻，实用中RV1也可以使气体放电管，Rv2也可以是稳压管或浪涌抑制二极管(TVS管)。两极之间的隔离元件Zs可以是电感Ls或电阻Rs，若RV1和RV2的导通电压分别是Un1和Un2，所选用的元件总是Un2>Un1。

有人认为，当入侵冲击波加在X-E端子上时，总是第一级RV1先导铜，然后才是第二级。实际上，第一级或第二级先导通都是可能的，这取决于以下因素：

(1)入侵冲击波的波形，主要是电流波前的声速(di/dt);

(2)非线性元件Rv1和RV2的导通电压Un1和Un2的相对大小;

(3)隔离阻抗Zs的性质是电阻还是电感，以及它们的大小。

当Zs为电阻Rs时，多数情况是第二级先导通。第二级导通后，当冲击电流I上升到iRs+Un2≥Un1是第一级才导通。第一级导通后，由于在大电流下第一级的等效阻抗比Rs加第二级的等效阻抗之和小得多。因而大部分冲击电流经第一级泄放，而经第二级泄放的电流则要小得多。若第一级为气体放电管，它导通后的残压通常低于第二级的导通电压Un2，于是第二级截止，剩余冲击电流全部经第一级气体放电管泄放。

若Zs为电感Ls，且侵入电流一开始的上升速度相当快，条件Ls(di/dt)+Un2>Un1得到满足,则第一级先导通。若第一级导通时的限制电压为Uc1(1),则以后随着入侵冲击电流升速(di/dt)的下降，当条件UC1(1)≥Ls(di/dt)+Un2得到满足时，第二级才导通。第二级导通后，将输出端Y的电压，抑制在一个较低的电平上。

四、不同波形冲击电流的等效变换

SPD的冲击电流试验会碰到诸如8/20、10/350、10/1000或2ms等不同波形，那么从对于SPD的破坏作用等效的.角度看，如何进行不同波形冲击电流的峰值换算，有人主张按电荷量相等的原则进行换算。按照这一原则，只要将两种不同波形的电流波对时间积分，求得总的电荷量，令两个电荷量相等，就可得到两种波的电流峰值之间的比例关系了。这种变换方法与泄放冲击电流的元件没有一点关系，显然是不切合实际的。还有人主张按能量相等的原则进行换算。按照这一原则，不仅要知道两个电流波形，还要知道当这两个电流波流入电压抑制元件时，该元件两端限制电压的波形，然后将各个时刻对应的电流值和电压值相乘而得出功率波，再将功率波对时间积分得出能量，令两个能量值相等，就可得到两个电流峰值之间的比例关系了。这种变换方法考虑到了具体的非线性元件，但没有考虑冲击电流的热效应和电流值很大时的电动力效应。实际上就氧化锌压敏电阻而言，它能承受的8/20冲击电流的能量比承受2ms时的能量大。该图表明了厚度为1.3mm的早期压敏电阻样品能承受的冲击电流能量随电极面积的变化。可见，能量相等的原则至少对压敏电阻是不适用的。

对氧化锌压敏电阻在大电流下破坏机理的研究得出了下述结果[4];在大电流作用下，压敏电阻的破坏模式有两种，当大冲击电流的时间宽度不大于50μs时(例如4/10和8/20波)，电阻体开裂;当电流值较小而时间宽度大于100μs时(例如10/350、10/1000和2ms波)，电阻体穿孔。两种不同破坏模式可以这样解释：时间很短的大电流在电阻体内产生的热量来不及向周围传导，是个绝热过程，加上电阻体的不均匀使电流的分布不均匀，这样电阻体不同部位之间的温差很大，形成很大的热应力而使电阻体开裂。当冲击电流的作用时间较长时，电阻体不均匀造成的电流集中，使电阻体材料熔化而形成穿孔。

使用压敏电阻体破坏的电流密度J(Acm-2)与冲击电流波的时间宽度r(μs)之间的关系，在双对数坐标中大体为一条斜率为负值的直线，因而可用下面的方程式来表达：

logJ=C-Klogr

式中，C和K是与具体器件相关的两个常数，可以根据实验资料推算出来，于是就可以计算出这种产品能够承受的不同波形冲击电流的峰值了。

综上所述，对于以压敏电阻作为非线性抑制元件的SPD，为进行不同波形冲击电流之间的等效变换，应以两种不同波形(例8/20、10/350)的冲击电流对所选定的压敏电阻进行试验，分别得出使试样失效的两个电流峰值，代入上式，求得常数C和K的具体数值，然后利用该公式进行计算。试验式不一定进行到样品开裂或穿孔，可将压敏电压变化达到-10%作为失效判据。

电气设备机房电涌防护刍议 第3篇

关键词：电气设备；电涌；保护

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 16-0000-01

一、电涌的产生及防护原理

电涌通常是指微秒量级的异常电流，单位能量为2.5MJ/Ω至10MJ/Ω，可导致电子设备瞬间过压，在电子设备集成度不断提升，半导体元件之间距离更小的情况下，发生电涌可导致电子设备瞬间过压破坏性更大，可造成电子元件设使用寿命缩短或者导致其受到彻底破坏。最易引发电涌的原因为雷电，输电线路一旦被雷电击中会造成较大的损失，电源输出切换负载也会引发电涌导致电子元件使用寿命缩短。发电机、制冷设备、空调设备也易发生电涌。建筑物顶部接闪器和不间断电源在预防雷电和意外断电上具有重要作用，但均无法防止电涌现象，因此敏感电气设备机房需要加装电涌保护器。

电涌保护器是用来电涌防护的一种设备，对采用MOV技术，由于电涌包含较强能力，无法彻底阻止，为避免电气设备受到电涌损害常采用电涌分流，在电压高出一定范畴时，电涌保护器会立即动作，将能量转移。MOV技术在电涌发生后才工作，电气元件电压高于设定上限，MOV将在3毫微秒捏动作，工作期间MOV的电阻接近零，可使高电压瞬间接到入地通路。确保电气设备平稳原型。火花间隙技术与MOV技术的宗旨基本相同，火花间隙技术核心为牛角状的两个电极，在电极间电位差达到一定程度时，将发生放电现象，并进入接地通路。采用火花间隙技术过程中应注意当电能被释放过程中可能删除较多的热量，电气元件存在短路风险。为此IEC61643-1安全规范要求火花间隙技术在使用过程中必须配备系统保险和限制保险，以确保的火花间隙技术电涌防护器的安全运行。

二、电气设备机房电涌防护的注意事项

（一）安装了防雷设备依然不可忽视电涌防护问题。防雷设备主要防护对象为机房建筑和线路，对感应雷电及内部电涌无保护作用，用电力故障引发的电涌也不具有保护作用，对因感应电动机、发电机、空调设备引起的内部电涌同样不具有防护作用，因此电气设备机房即使安装了防雷设备，依然需要加装电涌保护器。

（二）电气设备机房接地不能代替电涌保护装置。大部分精密电子设备机房均要求有可靠接地，电气设备机房接地的主要作用在于泄放静电荷积累，防止电磁干扰。机房接地并非为了防止雷电危害，也无法彻底防止雷电危害。因此接地机房依然需要加装电涌保护器来防止雷电危害和电涌现象。

（三）采用不间断电源设备仍要进行必要的电涌防护。不间断电涌的作用是为确保系统电压问题，防止意外断电。保证在突发断电的情况下，电气设备及控制器数据不会遭到破坏。部分不间断电源设备带有防电涌功能，但此类内置电涌抑制器大部分是低能电涌抑制器，仅可用于弱点涌保护，不可作为专门设备来用于电涌保护。建议不间断电涌整流设备及旁路系统应加装有效电涌保护装置。

三、电气设备机房电涌防护器的选择

电气设备机房电涌保护器应选择技术先进、指标合格、具有销售证、标准证书的制造商，同时应兼顾以下七个方面内容。一是电涌防护器要与电气设备机房设计配套，易于安装。电涌保护器占地应较小，电涌防护器自身尺寸越大，内部电感线路也会越大，而电涌防护器体积越小电感也会越小，防护效果也会越好。小体积电涌防护器可靠近配电箱安装，避免因连线过长产生的电涌。二是要确保反应时间足够短。电涌保护器的反应时间应小于电涌时间，反应时间应控制在毫微秒级别，才能符合技术要求。三是处理电流能力要较大。峰流可准确反应电涌防护器的处理能力。实践表明，80kA的电涌防护器可基本满足电气设备机房的电涌保护问题，对于多雷击区可酌情将电涌保护峰流提升到160kA。四是要拥有足够的能量吸收能力。通常以焦耳为单位来反应电涌防护器的能量吸收能力，取值越高其使用寿命越长。五是要拥有一定钳制电压能力。鉗制电压能力即将过电压钳制到正常电压范围内，根据GA173—1998标准，电涌防护器的钳制电压应在2kV以内。六是电涌防护器应符合相应标准。电涌防护器应遵守IEEE、NEMA、UL449和IEC等国际标准及GA173—1998等国内标准，获取销售许可证方能生产使用。七是要确保产品质量可靠，应选择质保期较长的产品，确保产品出现质量问题可在第一时间获得高效的服务支撑。

我们应当认识到，因雷电和电力切换导致的外部电涌是电气设备机房产生电涌的最主要因素，此类电涌可沿电力线传输并进入到电气设备机房，在电涌设备配置过程中，应根据实际接地方式灵活选择。电气设备机房的电源、数据线、通信线等均可成为电涌进入通道，因此电气设备机房中电源线、数据线、通信线均应安装电涌防护器。

在电气设备机房中采取必要的电涌保护手段是确保电气设备平稳运行的重要保障，也是确保设备及网络正常运转的关键环节，具有十分突出的作用，应引起高度关注。

参考文献：

[1]Siegert R，Mohammed O A.Selection of varistor for surge prouection purposes based on their voltage-current characteristic[A].Southeastcon 2000.Proceedings of the IEEE[C]，2000：162-165.

[2]徐学文，梁志军.电源SPD安装?使用问题的探讨[J].内蒙古气象，2007（01）.

[3]陈平周.浪涌保护器（SPD）在低压配电系统中的应用[J].福建建设科技，2006（03）.

论电涌保护器(SPD)的正确选用 第4篇

进入21世纪,以信息技术改造与提升传统产业已成为制造业发展的方向和趋势。计算机、通信和电气电子系统已广泛用于国民经济的各个行业乃至家庭,防雷、安全与防护已成为其不可或缺的重要内容。而建筑物低压配电系统中的电子信息系统具体设计、选用和设置应参照国家规范《建筑物防雷设计规范》GB 500572010的有关规定设置电涌保护器(SPD)、《低压配电系统的电涌保护器(SPD)第1部分:性能要求和试验方法》GB 18802.12002,本文对此进行了介绍。

1 SPD的接线方式(MC、MD、CT1、CT2)

SPD接线方式可分为共模方式和差模方式。

(1)共模方式(MC)为相线或中性线与接地线之间设置SPD的接线方式。CT1接线就是在相线、中性线与接地线之间设置SPD,常用于TN制配电系统;在高压侧不接地系统或小电阻接地系统但高、低压不共地情况下,TT制配电系统SPD推荐用CT1接线。

(2)差模方式(MD)为相线与相线、相线与中性线之间设置SPD的接线方式。

(3)CT2接线即“3+1”接线,是在相线与中性线之间设置SPD,同时在中性线与接地线之间设置SPD(放电间隙“1”)。在小电阻接地系统且高、低压共地情况下,TT制配电系统SPD需采用CT2接线,否则在高压侧故障时低压侧会出现高电位,导致设备损坏。其原因是高压接地故障可能持续0.1～0.5s,工频暂态过电压则会高达数百伏甚至上千伏,而这是非放电间隙型SPD微秒级的过电压保护能力不能承担的。

2 SPD的连接方式

2.1 TN系统

当建筑物为TN系统,低压供电时采用TN-C-S系统,其PEN线在电源进线处分为PE保护接地线和N中性线;若以高压供电,则采用TN-S系统,PEN线在变电所低压配电盘出线处分为PE保护接地线和N中性线。这两种情况下,由于PE保护接地线和N中性线被短接,因此只需在L相线和PE保护接地线间安装第1级3个SPD,如图1所示。

2.2 TT系统

TT系统内SPD的连接方式较为复杂,N中性线自变电所引出后不再接地而对地绝缘,它和L相线一样能感应雷电冲击电压。因此在L相线和N中性线上都安装SPD,如图2所示。

随着10kV电网对地电容电流的剧增,需要将原不接地系统改为经小电阻接地系统,TT系统高、低压分开接地的SPD安装如图3(a)所示,高、低压共用接地的SPD安装如图3(b)所示。

3 标称放电电流In、冲击电流Iimp的确定

(1)TN系统。如果建筑物设有防雷装置,那么其冲击电流Iimp不应小于12.5kA。若只考虑由电源导入的雷电冲击电压,则其标称放电电流In不应小于5kA。

(2)TT系统。和TN系统相同,SPD的冲击电流Iimp和标称放电电流In应分别不小于12.5kA和5kA。

4 最大持续运行电压Uc的确定

最大持续运行电压Uc是可持续施加在SPD上且不损坏SPD的最大交流电压有效值或直流电压。它应大于电气装置内可能出现的工频持续或暂态过电压,以避免SPD被击穿损坏而形成短路故障。

(1)TN系统。SPD承受的工频过电压即是电气装置标称电压U0加上电网供电电压的正偏差。GB 123251990《电能质量供电电压偏差允许偏差》标准规定220V电网内的正偏差不大于7%,但实际电压正偏差常超过此值,再加上SPD老化等因素,因此防雷标准对TN系统取Uc≥1.15U0。

(2)TT系统。当10kV电网采用不接地系统(如图2所示)时,为防止TT系统内一相对地短路时另两相对地过电压引起绝缘表面的爬电起火,需限制电源端系统接地的接地电阻RB,使对地过电压不大于250V。按IEC标准,U0为230V时,SPD的Uc应不小于1.1U0,再加上电压偏差较大的因素,Uc应不小于1.15U0。

当10kV电网采用经小电阻接地系统(如图3所示)时,变电所高压侧接地故障电流Id将增大到数百安以至近千安,它在变电所接地电阻RB上产生的电压降将达数百伏以至近千伏以上。如果10kV变电所的保护接地和低压中性点的系统接地仍共用接地,低压TT系统(不包括TN系统)的相线和中性线将承受对地暂时过电压,其持续时间以百毫秒级计。TT系统中的SPD若接在带电导体(相线、中性线)和PE线之间,则SPD可能被暂时过电压击穿短路,从而被持续数百毫秒的放电热量烧毁。对此,较彻底的解决措施是将变电所低压侧中性点的系统接地另打接地极单独设置。这样,10kV侧的危险故障电压将无法传导至低压系统,也避免烧坏SPD。这时SPD的Uc只需大于低压侧接地故障引起的额定过电压限值250V即可,即取Uc≥1.15U0。

若10kV变电所分设2个接地极有困难,也可共用1个接地极,如图3(b)所示,但必须限制变电所接地电阻RB和故障电流Id,使RB上的故障电压降小于低压设备能承受的暂时过电压Uf,即Uf=IdRB≤1 200V。此暂时过电压也将出现在SPD两端,但SPD的Uc不能大于1 200V,否则其Up值将随之增大,从而降低其对设备的防雷电冲击过电压作用。为避免SPD在这种情况下被烧坏,需改变SPD的连接方式,即将3个相线SPD先接于中性线,再经放电间隙接于PE线。此放电间隙的作用是在出现暂时过电压Uf时阻止SPD的导通,从而保护SPD。

综上所述,SPD最大持续运行电压Uc的要求见表1。

注:对于经新标准TOV试验的,SPD通过GB 18802.12002的TOV试验,设计可用此栏数值;对于按TOV要求选择的,SPD未经GB 18802.12002的TOV试验,设计应用此栏数值。

5 SPD电压保护水平Up的确定和连接要求

电压保护水平是SPD的主要技术指标,因为限制瞬态电涌,保护电气、电子设备是SPD的主要作用和功能,其它SPD的有关指标都是为了保证电压保护水平的实现。建筑物内220/380V配电系统中设备绝缘耐冲击电压额定值见表2,SPD连接要求见表3。

注:根据不同的低压配电系统的接地制式安装SPD。“0”表示必须;“NA”表示不适用;“+”表示非强制性的,可附加选用。

6 结束语

综上所述,对于电涌保护器(SPD)的设计选用,需要电气设计人员不断学习、加强交流和认真对待,使其既合理又完善,才能保证低压配电系统的安全运行,使电子信息设备得到更可靠的保护。

参考文献

[1]GB50057—2010建筑物防雷设计规范[S]

[2]GB18802.1—2002低压配电系统的电涌保护器(SPD)第1部分:性能要求和试验方法[S]

[3]王厚余.低压电气装置的设计安装和检验[M].北京:中国电力出版社,2007

电涌保护 第5篇

雷电灾害是“联合国国际减灾十年”公布的最严重的十种自然灾害之一, 全球每年因雷击造成人员伤亡、财产损失不计其数, 导致火灾、爆炸、建筑物毁坏等事故频繁发生, 从卫星、通信、导航、计算机网络到每个家庭的家用电器都遭到雷电灾害的严重威胁。据不完全统计, 我国每年因雷击造成人员伤亡达3000~4000人, 财产损失在50到100亿元人民币。随着社会经济发展和现代化水平的提高, 特别是信息技术的快速发展, 城市高层建筑物的日益增多, 雷电灾害的危害程度和造成的经济损失及社会影响也越来越大。

1 电涌保护器 (SPD) 及主要参数

1.1 电涌保护器的概念

电涌保护器 (Surge Protection Device) 是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装置, 常称为“避雷器”或“过电压保护器”英文简写为SPD, 用于设备对过电压和过电流的防护, 如图1所示。IEC (国际电工委员会) 将其定义为“用做限制瞬态过电压和泄放冲击电流的装置, 它至少应包含一个非线性元件”。电涌保护器的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而损坏。电涌保护器在正常情况下呈高阻状态, 当电路遭遇雷击或出现过电压时SPD转为低阻状态, 在纳秒级时间内实现低阻导通, 瞬间将能量泄放入大地, 将过电压控制到一定水平。当瞬态过电压消失后, SPD会立即恢复到高阻状态, 熄灭在过电压通过后产生的共频续流。

1.2 电涌保护器的主要参数

(1) 最大持续运行电压Uc

在220/380三相系统中选择SPD时, 其最大持续运行电压Uc应根据不同的接地系统形式来选择。见表1。

其中Uo为相线中性线间的标称电压, 在220/380V三相系统中Uo=220V;共模保护指的是相线对地和中性线对地的保护;差模保护指的是相线对中性线间的保护, 对TT系统和TN-S系统来说这是必需的。

(2) 冲击电流Iimp

冲击电流反映了SPD用于电源的第一级保护的耐冲击能力。

(3) 标称放电电流In

流过SPD的8/20μs电流波的峰值电流, 用于对SPD做Ⅱ级分类试验, 也用于对SPD做Ⅰ级和Ⅱ级分类试验的预处理。对Ⅰ级分类试验In不宜小于15KA, 对Ⅱ级分类试验In不宜小于5KA。

(4) 电压保护水平Up

在标称放电电流In下的残压, 即电涌保护器的最大钳压。

为使被保护设备免受过电压的侵害, 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, 并应大于根据接地类型得出的电网最高运行电压Usmax, 即要求Usmax<Up<Uchoc。

(5) Ⅱ级分类试验的最大放电电流Imax

流过SPD的8/20μs电流波的峰值电流。用于Ⅱ级分类试验, Imax>In。

(6) 残压峰值Ures

残压峰值指由于放电电流的存在而在SPD端子间呈现的电压峰值。

2 电涌保护器 (SPD) 的分类

2.1 按工作原理分类

(1) 电压开关型SPD

一般由放电间隙、气体放电瞬态二极管等组成。其工作原理是当没有瞬时过电压时呈现为高阻抗, 一旦响应雷电瞬时过电压时, 其阻抗就突变为低值, 允许雷电流通过。安装位置大部分在建筑物外非雷电保护区LPZ0A区, 可最大限度的消除电网后续电流, 疏导10/350μs的模拟雷电冲击电流。缺点是残压较高, 可达2k V-4k V。

(2) 限压型SPD

由氧化锌压敏电阻、抑制二极管、雪崩二极管等元器件组成。工作原理是当没有瞬时过电压时为高阻扰, 随电涌电流和电压的增加其阻抗会不断减小, 电流电压特性为强烈非线性。安装位置在建筑物内, 可疏导8/20μs的模拟雷电冲击电流。

(3) 分流型或扼流型

分流型:与被保护的设备并联, 对雷电脉冲呈现为低阻抗, 对正常工作频率呈现为高阻抗。

扼流型:与被保护的设备串联, 对雷电脉冲呈现为高阻抗, 对正常的工作频率呈现为低阻抗。

主要元器件有扼流线圈、高通滤波器、低通滤波器、1/4波长短路器等。

2.2 按用途分类

(1) 电源电涌保护器

交流电源电涌保护器、直流电源电涌保护器、开关电源电涌保护器等。

(2) 信号电涌保护器

低频信号电涌保护器、高频信号电涌保护器、天馈电涌保护器等。

3 电涌保护器 (SPD) 的基本构造及工作原理

电涌保护器的类型和结构按不同的用途有所不同, 但至少应包含一个非线性电压限制元件。用于电涌保护器的基本元器件有放电间隙、充气放电管、压敏电阻、抑制二极管等。

3.1 放电间隙

由暴露在空气中的两根相隔一定间隙的金属棒组成, 其中一根金属棒与所需保护设备的电源相线L1或零线 (N) 相连, 另一根金属棒与接地线 (PE) 相连接, 当瞬时过电压袭来时, 间隙被击穿, 把一部分过电压的电荷引入大地, 避免了被保护设备上的电压升高。放电间隙的两金属棒之间的距离可按需要调整, 结构较简单, 缺点是灭弧性能差。如图2所示。

3.2 气体放电管

它是由相互离开的一对冷极板封装在充有一定惰性气体 (Ar) 的玻璃管或陶瓷管内组成的, 如图3所示。为了提高放电管的触发概率, 在放电管内还有助触发剂。这种充气放电管有二极型的, 也有三极型的。气体放电管在电路中和被保护的设备并联, 没有浪涌电压时, 气体放电管的阻抗很大, 不会导通;当浪涌电压侵入时, 气体放电管里的气体分子发生电离, 产生自由电子和正离子, 这时气体就能导电了。此时, 管压降下降, 使设备两端电压降低, 给浪涌电压提供了泄放通路, 保护设备或系统免受雷电过电压的损坏, 放电后, 气体放电管要经过一段时间才能恢复原来的特性, 放电电流越小, 放电时间越短, 则恢复时间越短。由于气体放电的特性, 气体放电管的浪涌吸收能力较大, 可大于10KA (几十微秒) , 但对浪涌电压的响应速度较低。

两个金属电极的形状像牛角, 彼此之间有很短的距离, 如图4所示。当两个电极间的电位差达到一定程度时, 间隙被击穿打火放电, 将过电压释放入地。气体放电管用于数据线、有线电视、交流电源及电话系统等方面的浪涌保护。

气体放电管具有放电能力强、通流容量大 (100KA以上) , 绝缘电阻高, 漏电流小的优点, 且体积小、价格低, 但它的残压高 (2-4KV) , 反应时间长 (≤100ns) , 动作电压精度较低, 有续流, 在导通期间电源近似为短路, 可能造成上一级空气开关跳闸, 用于第一级或第二级保护元件。

采用气体放电管进行保护时, 要将其安装在被保护器件的引入端, 并将其上端接在线路的入口处。

气体放电管的伏秒特性与被保护设备的伏秒特性要正确配合, 气体放电管的冲击击穿电压在任何时候都要比被保护设备的冲击放电电压低, 才能有效保护电子电气设备。

3.3 压敏电阻

压敏电阻是以Zn O为主要成分的金属氧化物半导体非线性电阻, 当作用在其两端的电压达到一定数值后, 电阻对电压十分敏感。当电压瞬间高于某一数值时, 压敏电阻的阻值迅速下降, 导通大电流, 保护集成电路或电子设备;当电压低于压敏电阻的工作电压时, 压敏电阻呈高阻状态, 近乎开路, 不会影响集成电路或电子设备的正常工作, 使用时只要将压敏电阻并联接于被保护的集成电路或电子设备的输入端。压敏电阻等效电路如图5所示。

氧化锌压敏电阻具有使用电压范围宽 (从几伏到几万伏以上) 、耐浪涌能力强、生产工艺简单、价格低廉以及电压温度系数小等优点, 主要功能是探测和抑制反复出现的浪涌电压及过电压而本身不会被破坏。具有优良的非线性伏安特性, 类似于齐纳二极管。与齐纳二极管不同的地方是它能对两个方向的过电压等同的抑制, 相当于两只背对背的齐纳二极管。压敏电阻器既可用于直流也可用于交流, 电流范围也很宽, 从毫安级到千安级。但其钳位特性较差, 用于电子信息系统的第一级或第二级保护。压敏电阻理想U-I特性如图6所示。

压敏电阻技术参数有:压敏电压 (即开关电压) Un、参考电压Ulma、残压Ures、残压比K (K=Ures/Un) 、最大通流容量Imax、泄漏电流、响应时间。

压敏电阻使用条件:

压敏电压:Un≥[ (2×1.2) /0.7]Uo (Uo为工频电源额定电压)

最小参考电压:Ulma≥ (1.8~2) Udc (直流条件下使用, Udc为直流工作电压)

Ulma≥ (2.2~2.5) Uac (交流条件下使用, Uac为交流工作电压)

压敏电阻的最大参考电压由被保护电子设备的耐受电压来确定, 应使压敏电阻的残压低于被保护电子设备的耐冲击电压水平, 即 (Ulma) max≤Ub/K, 式中K为残压比, Ub为被保护设备的耐冲击电压。

压敏电阻常常与被保护器件或装置并联使用。在正常情况下, 压敏电阻两端的直流或交流电压应低于标称电压, 即使在电源波动情况最坏时也不应高于额定值中选择的最大连续工作电压, 该最大连续工作电压值所对应的标称电压值即为选用值。对于过电压保护方面的应用, 压敏电压值应大于实际电路的电压值, 应按照下式进行选择:

式中:a—电路电压波动系数, 一般取1.2;

V—电路支流工作电压 (交流时为有效值) ;

b—压敏电压误差, 一般取0.85;

c—元件的老化系数, 一般取0.9。

Vm A值是直流工作电压的1.5倍。在交流状态下还要考虑峰值, 计算结果应扩大1.414倍。

选用时注意:

必须保证在电压波动最大时连续工作电压也不会超过最大允许值, 否则将缩短压敏电阻的使用寿命。

在电源相线与大地之间使用压敏电阻时, 由于接地不良而使电源相线与大地之间的电压升高, 通常采用标称电压比相与相间所使用的压敏电阻标称电压更高的压敏电阻。

由于压敏电阻具有不稳定的漏电流, 因此性能较差的压敏电阻使用一段时间后, 因漏电流变大可能会发热自爆。为解决这一问题, 可在压敏电阻R2和R3之间串接如气体放电管G如图7所示。

3.4 抑制二极管

抑制二极管又称齐纳二极管, 正常情况下管子呈高阻, 当外加电压达到其门限值时, 电流迅速增加。具有箝位限压功能, 它工作在反向击穿区, 由于它具有箝位电压低和动作响应快的优点, 特别适合用作多级保护电路中的最末几级保护元件。抑制二极管在击穿区内的伏安特性可用下式表示:I=KUα, 式中α为非线性系数, 对于齐纳二极管α=7~9, 对于雪崩二极管α=5~7。

抑制二极管的技术参数主要有:

(1) 额定击穿电压, 在指定反向击穿电流下的击穿电压, 齐纳二极管额定击穿电压一般在2.9V~4.7V范围内, 而雪崩二极管的额定击穿电压常在5.6V~200V范围内。

(2) 最大箝位电压, 指管子在通过规定波形的大电流时, 两端出现的最高电压。

(3) 脉冲功率, 指在规定的电流波形 (如10/1000μs) 下, 管子两端的最大箝位电压与管子中电流值之积。

(4) 反向变位电压, 指管子在反向泄漏区, 其两端所能施加的最大电压, 在此电压下管子不应击穿。此反向变位电压应明显高于被保护电子系统的最高运行电压峰值, 也即不能在系统正常运行时处于弱导通状态。

(5) 最大泄漏电流, 指在反向变位电压作用下, 管子中流过的最大反向电流。

(6) 响应时间:10-11s

电子信息系统所需的浪涌保护系统一般由两级或三级组成。采用气体放电管、压敏电阻和抑制二极管, 并利用各种浪涌抑制期间的特点, 可以实现可靠保护。气体放电管一般放在线路输入端作为一级浪涌保护器件, 承受大的浪涌电流。二级保护器件采用压敏电阻, 可在微秒级时间范围内更快的对浪涌电压的冲击产生响应。对于高灵敏的电子电路, 可采用抑制二极管作为三级保护器件, 在纳秒级时间范围内对浪涌电压产生响应。当雷电等浪涌到来时, 抑制二极管首先启动, 把瞬态过电压精确的控制在一定水平。如果浪涌电流较大, 则压敏电阻启动并泄放一定的浪涌电流, 这时压敏电阻两端的电压会有所升高, 直至推动前级气体放电管放电, 把大电流泄放入地。

4 结束语

本文从理论上对过电压、过电流对电力电子设备的损害进行了分析, 引入了浪涌保护器的概念, 并对浪涌保护器内部的组成器件和组合进行了一定程度的特性分析, 从理论上得出了其对电力电子设备具有较好的过电压和过电流的保护效果。

参考文献

[1]莫以豪, 李标荣, 周国良.半导体陶瓷及其敏感元件.上海科学技术出版社, 1983.

[2]张纬钹, 何金良, 高玉明.过电压防护及绝缘配合.清华大学出版社, 2002.

[3]周泽存, 沈其工, 方瑜, 王大忠.高电压技术.中国电力出版社, 2004.

[4]王兆安, 张明勋.电力电子设备设计和应用手册.机械工业出版社, 2002.

[5]李树仑.过电压保护气体放电管.真空电子技术, 1994.

电涌保护 第6篇

由于模块式SPD电涌保护器许多时候为后期加入的防雷系统的设备, 原机电设备箱内如位置不足时常常使得后期加入的电涌保护器的安装处于被动, 要么在原机电设备箱旁再加一个设备箱, 要么在原机电设备箱内安装, 但在原机电设备箱安装时经常会碰到安装位置狭小, 安装困难, 或有一定的位置, 但再次接线后使得原机电设备箱内线路混乱不整齐, 影响整体布线工艺。但如果对现有的常用的电涌保护器的内在构造进行进一步改造后, 许多相应的问题也应会得以解决, 所以有必要对现有的常用的模块式SPD电涌保护器的构造进行探讨, 从而解决模块式SPD电涌保护器的安装问题。

1 现有常用的模块式电源电涌保护器 (SPD) 的基本构造

现有的常用的模块式电源电涌保护器 (SPD) 的单一模块的基本构造如图1所示, 常用的模块式电源电涌保护器 (SPD) 由模块底座、模块组成。其中模块底座由接线端口、插槽及遥信端口开关等组成[1];而模块则由卡接电极、故障窗口、标志及与底座关联的遥信端口弹簧卡等组成。对应于底座的遥信端口开关及模块的遥信端口弹簧卡, 及模块底座卡槽和模块卡接电极的方向性, 使得模块底座和模块具有一定的方向性, 不可反卡插性共同组成模块式电涌保护器 (SPD) 模块。

电源电涌保护器 (SPD) 模块在雷电雷击动作时, 通过接线端子及卡接电极进行放电, 从而完成雷电泄劲流。当模块损坏时, 再通过遥信端口弹簧卡的作用, 使模块的窗口显示红色 (正常时一般为绿色) , 表示模块出现故障。当模块出现损坏情况时, 由于遥信端口弹簧卡的脱扣, 使得遥信端口开关弹起动作, 从而提供一个开关信号到引出端子, 为与其关联的远程监控提供信号。

由此可知, 模块式电源电涌保护器 (SPD) 由上述的各个结构共同组成, 从而完成一系列模块的相关功能。

2 模块式电涌保护器 (SPD) 的安装

电源电涌保护器一般由2P、3P或4P组成, 以4P (三相电源) 组合的模块式电源电涌保护器 (SPD) 的安装为例讲解常用模块式电源电涌保护器 (SPD) 的安装[2]。

在现实安装中, 一般如图2所示, 在“安装方式1”中, 由于配电箱或柜的空间大, 可以将与模块式电源电涌保护器 (SPD) 配套的开关安装于模块式电源电涌保护器 (SPD) 正上方, 因而安装时线路会相对比较整齐有序, 是一个理想的安装方式。

在“安装方式2”中, 由于配电箱或柜的空间小, 而不得不将开关和模块式电源电涌保护器 (SPD) 安装在同一导轨上, 此时未接线时是整齐有序的, 但由于模块式电源电涌保护器 (SPD) 的固定式接线, 所以与开关连接导线时, 就出现如图2 (b) 的接线和导线的敷设方式, 也就是导线要从开关的下方绕过开关再连接到SPD的接线端口上, 这样就导致接线变得复杂, 且由于配电箱和柜的空间有限, 使得导线绕过开关后导线易出现零乱情况, 不再整齐有序, 且接线难度也增加了。

针对于图2 (b) 的情况, 有必要寻找一种解决方案。

3 模块式电源电涌保护器 (SPD) 接线方式的改变探讨

对于上述安装方式2, 可以看到, 当开关与SPD在同一导轨安装时, 其导线连接就得绕过开关, 从而增加安装难度及容易造成导线不整齐。如果将整个模块反过来安装的话, 就会出现如图3所示情况。

当模块式电源电涌保护器 (SPD) 反过来安装时, 如图3“安装方式3”, 则其接线就可以如图3 (a) 中所示, 导线的连接不用再绕过开关, 接线变得简单方便。

但如图3 (a) 方式安装时, 模块式电源电涌保护器 (SPD) 模块的标志等就会整个反过来, 从而一方面影响了观感质量, 另一方面在查看SPD型号、参数等标志时造成视觉困难, 容易看错, 所以也不是一种好的安装方式。

要改变上述“安装方式2、3”的各自的弊端, 则需要对SPD的构造进行改造, 使得SPD模块可以正反进行拨插且不影响SPD的工作性能。也由此改变成如图3“安装方式4”中的安装方式。这样接线就变得美观而整齐。

4 解决方案探讨

对于上述“安装方式3”到“安装方式4”的改变, 就得进行模块式电源电涌保护器 (SPD) 内部结构的改变, 由图1中可知模块式电源电涌保护器 (SPD) 的结构, 由此可知, 要改变模块式电源电涌保护器 (SPD) 模块的拨插方式, 就得改变模块或模块座的其中一个结构, 从而使得SPD模块可以正反安装拨插。

由模块式电源电涌保护器 (SPD) 的整体结构可知, 要改变其结构, 一般来说改变底座的方式应简单容易得多, 由此可以对底座进行结构改造。

要改变底座的结构改造, 由图1可知, 当模块反方向安装时, 底座就得有相应的遥信端口开关在另一方向, 也就是说增加一个遥信端口开关有另一方向的对应位置, 就可实现此功能, 当然, 改变模块的遥信端口弹簧卡也可以。改造后如图4所示。

改造后, SPD底座就可有以下两种方式的安装, 如图5所示。

改造后的模块式电源电涌保护器 (SPD) 模块组合方式就有了以上两种, 再由此由单一模块组合成四模块, 这样就可以实现如图3中的“安装方式4”的接线方式了, 从而解决了各种SPD安装时因各种原因造成的模块式电源电涌保护器 (SPD) 与开关的位置问题而造成的各种接线困难及接线后的整齐问题。

5 结语

以上为模块式电源电涌保护器 (SPD) 的一种结构改造方案, 实践证明, 改造后, 对于后期增加加装的SPD有着深远的意义, 也由此解决了因传统的模块式SPD的安插的局限性而造成的接线困扰, 是一种值得推广的改造方式。

参考文献

[1]GB50057-2010.建筑物防雷设计规范[S].

电涌保护 第7篇

1 现代防雷体系

现代防雷体系是在传统防雷技术的基础之上充实了针对以微电子和信息系统为对象的室内防雷的内容而形成的。在分析雷害途径的基础上,划分不同层次的防雷区域,采取接闪、泄流、接地、等电位联结、屏蔽和限压等各种防雷措施,提高外部建筑和室内电气电子和信息系统的防雷可靠性。

现代防雷体系基本构架见表1。

1.1 外部雷害及防雷体系

直接雷击、反击和侵入波属于外部防雷体系的范畴,采用接闪器、雷电流引下线和接地装置可以起到很好的防范作用,是外部防雷的前提和基础,也是一直以来的防雷重点。

1.2 内部雷害及防雷体系

1.2.1 雷电过电压

雷电直接击于建筑物上或附近,雷电流通道的电磁场对建筑物外部和内部都会有空间感应。如果建筑物、机房和管线无屏蔽,在建筑物的某些部位上磁场和电场可能达到有害的数值。虽雷电感应数量级较前几种小得多,却可能危害敏感的微电子器件,往往没有引起工业企业足够的重视。

1.2.2 操作过电压

除了雷电过电压之外还有电气设备的操作过电压。在电感性负载突然切断时,在电感元件中储存的磁场能量释放出来,变成为电场能量,产生很高的过电压。

雷电过电压和操作过电压统称为电涌(Surge),即瞬态过电压。它是当前企业防范的薄弱环节,也是现代防雷体系的重点内容。

1.2.3 内部防雷具体措施

1)等电位联结:

在工业企业中,接地系统是非常复杂的,以梅山热轧厂接地系统为例,有ESG保护接地,ED变频传动系统接地,ECG自动化系统接地,EI信号回路接地等。由于控制设备的不同,接地要求各有不同,为防止反击,采用接地系统经铜排网和PE线接至同样接地干线。等电位联结就是将不同的设备用等电位联结导体或用电涌保护器连接起来,目的是减少它们之间的电位差。

2)屏蔽:

在所有的工业控制系统中,基本上重要的控制电缆都要求做到良好的屏蔽。屏蔽是减少电磁干扰的基本措施,目的是对电子设备系统进行保护。但电缆屏蔽层一端接地时只能作静电屏蔽,两端接地时才有磁场屏蔽的作用。

3)限压:

在电源线路的关键部位和信号线路的端口设置电涌保护器,可以限制由于各种原因(如反击、侵入波、感应、操作过电压)出现的过电压,泄放雷电流,必要时做多级配置。在各种防雷措施的配置位置中,电涌保护器位于最后。如果前面的其他各种防雷措施有所疏漏,则接在被保护设备端口或附近的电涌保护器还能截住残余的瞬态电压(电流),使设备受到最后的保护。

等电位联结、屏蔽和电涌防护器是内部防雷的必要组成部分。

2 电涌保护器的分类及选型原则

供配电系统及信息系统的防雷击措施除了合理设置接地、合理配线、等电位联结外,最重要的就是采用电涌保护器(Surge Protective Device,SPD),它是一种限制瞬态过电压并分走电涌电流的器件,关键是要合理地配置各级保护,在选用器件时要充分考虑保护级别和装置的电涌放电水平。当电气回路或者通讯线路中因外界的干扰突发产生尖峰电流或电压时,能在短时间内导通分流,避免电涌对设备的损害。

传统的三级保护概念见表2。

2.1 电涌保护器的分类

电涌保护器从工作原理上可以分为两类:电压开关型SPD和限压型SPD。电压开关型SPD在无电涌时表现为高阻抗,当电涌电压达到一定值时突变为低阻抗,它的特点是放电能力强,但残压较高,通常为2 kV～4 kV,一般安装在电源装置的进线处。限压型SPD在无电涌出现时为高阻抗,随着电涌电流和电压的增加,阻抗连续变小,它的残压较低,通常为0.9 kV～1.5 kV,一般安装在建筑屋内的电气回路中,具有逐级限制电涌的功能。

2.2 电涌保护器的选型原则

2.2.1限制电压UP

对SPD(电涌保护器)应满足(UP+ΔU)≤0.8Uw。

其中,UP为SPD的电压保护水平,kV;ΔU为SPD两端引线的感应电压降,即L×(di/dt),通常按1 kV/m计算;Uw为被保护设备的耐压水平,kV。

2.2.2持续电压Uc

SPD应满足设备绝缘耐冲击过电压的最小值。

根据接地系统的类型选择见表3。

2.2.3级间距离

电压开关型SPD和限压型SPD的级间距离不宜小于10 m;

限压型SPD和终端限压型SPD的级间距离不宜小于5 m。

2.2.4信号通讯保护

通讯信号的电涌保护器由低压气体放电管、钳位二极管、暂态抑制二极管等元件组成,根据所保护的信号种类的不同,其考虑的重点有带宽、阻抗和工作电压,选择的主要参数有:

标称导通电压———1.2倍～1.5倍工作电压。

响应时间不大于10 ns。

插入损耗:当频率为30 MHz～300 MHz时,不大于0.2 dB,当频率大于300 MHz时,其不大于0.5 dB。

3结语

随着工业控制水平的不断提高,以微电子为基础的产品得到了广泛的应用,内部防雷体系越来越受到人们的重视,在内部防雷的过程中,怎样合理地配置是考虑的重点,如在梅山热轧厂的内部防雷改造过程中,在低配的总电源进线做一级保护,在低配(或MCC)的分回路做二级保护,对于重点设备如:二级计算机系统的UPS,凸度仪的进线、机架控制器(UC)的进线做三级保护,现代防雷体系是一个复杂的系统,每个工矿企业的实际情况也不尽相同,除遵循上述的基本原则外,根据具体情况,灵活应用才能有很好的效果。

参考文献

[1]杨岳.电气安全[M].北京:机械工业出版社,2003.

[2]郑亚明.现代建筑物的内部防雷[J].山西建筑,2007,33(15):182-184.

[3]GB 50059-94 2000,建筑物防雷设计规范[S].

电涌保护 第8篇

首先, 弱电系统电涌保护器配置问题的一个是级位配置的问题。这一问题的核心在于过电压保护器的定位问题, 包括两个要素, 一是级数要素, 二是安装位置的要素。在变电所的实际运作情况中, 进行防雷区的工作时是在各种建筑物的内部进行不同防雷级数的划分。有的建筑物楼层高, 有的建筑物空间范围大, 因此需要进行级数的划分。而除了级数要素之外, 还需要明确过电压保护器的安装位置。要根据不同的空间类型进行电涌保护器的安装。

其次, 弱电系统电涌保护器配置问题的另一个是级间配合的问题。防雷分区可以起到降低电磁脉冲的作用, 因此需要在各个防雷分区的交界处进行安装工作。而需要注意的是安装时要保证多级的配置。如果在安装多个过电压保护器时是在同一条线路上, 此时就要处理好级间配合的问题。在一般的情况中, 如果出现过电压, 不同的电涌保护器会发挥相应的作用, 而不会轻易的出现损坏的情况。但是问题是在实际的运行过程中各个过电压保护器在进行电压水平的处理时是按照最大的电压保护水平来进行选择的, 但是装置本身的电容是固定设置好的。在一条线路上的各个过电压保护器会相互产生影响, 每个装置分配的电流并不是逐渐降低, 如果分配不当, 会造成各个级别的过电压保护器因为电压过大或过小而损坏。

2 变电所弱电系统中电涌的耦合方式

第一, 变电所弱电系统中电涌存在电导性耦合的方式。这一耦合方式的具体原理是如果两个装置拥有同一根导线, 那么装置中进行电流的流通时会存在公共的阻抗, 因此, 一个装置中在发生电压的变化时会对另外一个保护装置产生干扰的影响。

第二, 变电所弱电系统中电涌存在电感性耦合的方式。这一耦合方式的具体原理是两个保护装置之间往往会存在互感的现象, 如果其中一个装置的电流发生了变化, 那么会对另外一个保护装置产生影响, 这一影响是通过磁链实施的。

第三, 变电所弱电系统中电涌存在电容性藕合的方式。这一耦合方式的具体原理是在电流传输的介质中, 任何两个不同的导体进行电流的传输时会存在分布电容的现象。如果两个过电压保护器在电路中的位置不同, 其中一个装置的电荷发生变化时, 另外一个保护装置会产生相应的感应。变电所的防雷系统中, 雷击发生时电流会通过低压系统进行传导, 此时电路上会产生比一般情况下高很多的电位差, 而这一电位差一旦超过电路的有效阻抗, 就会产生分布电容的现象。此时电压会出现较大的变化, 从而使该线路上的电涌保护装置受到分布电容带来的传导干扰。

3 弱电系统电涌保护器的布局措施

(1) 在安排电涌保护器的布局时要将保护器安装在弱电设备的附近。第一要在变压器的低压侧配备优良的避雷器。在变压器的侧端进行避雷器的安装可以调节电压的高低, 从而保护弱电设备不会受到雷电波的干扰和损坏。然而, 需要注意的是对变压器进行过电压保护器的安装工作时要注意一些问题。由于避雷器本身需要一定的电压, 因此要控制好这一电压的范围, 保证不会干扰到弱电设备。另外, 要控制好避雷器陡度的值。第二要在电源系统中进行浪涌保护器的配备工作。弱电设备最容易受到短时间内高强度的冲击能量而损坏, 所以要避免这一情况的出现, 就要把浪涌保护器安装在电源系统的进线位置, 这样就能够保证电源不会受到雷电波的冲击。在一般的情况下, 变电站设备能够感应到的频率干扰在一兆赫兹左右, 所以要保护好弱电设备就必须根据实际情况排除高频的分量。

(2) 在安排电涌保护器的布局时还需要在变电系统中各个防雷分区之间进行过电压保护器即电涌保护器的配置。在变电所的弱电系统中, 进行防雷分区的划分对于弱电设备的保护来说具有十分重要的作用。具体来讲, 在实际的防雷工作中雷电所带来的电磁脉冲是非常强大的, 任何单独的装置不可能在同一时间承受这样的电压冲击, 所以需要进行电涌保护器的分级装配, 从而逐级降低电磁脉冲的冲击。进行防雷分区的划分时, 是根据各个电涌保护器所能覆盖的范围和承受电磁脉冲的强度来进行的, 各个区域都需要进行电涌保护器的配置。在防雷分区中, 有几个类型的空间区域。一是没有任何装置进行雷击保护的区域。之所以没有保护是因为这一区域发生雷击的概率几乎为零, 当然不可能完全没有雷击。如果发生雷击, 是没有保护器进行电流和电压的消减的, 但是由于存在接闪器, 所以可以有效的对这一区域进行防护, 同时该区域周边一般存在其他建筑物的防雷装置, 所以即使发生雷击也不会受到影响。二是该区域有防护措施的区域类型。一旦发生雷击, 产生的电流和脉冲会在该区域受到消减。此种类型的区域一般是在建筑物的内部。比如在配备有计算机的空间内。这一类型的空间往往装配有电涌保护器。需要注意的是在空间上存在接续的防雷分区间一定要进行过电压保护器的装配, 保证芯线能够顺利的将雷击的电流传导到地下。

4 小结

在弱电系统中进行防雷的保护工作时需要配置电涌保护器, 需要注意要对其进行合理的配置, 这样不仅可以起到更好的防雷效果, 还能够保证电涌保护器安全高效的工作。在电涌保护器具体的配置过程中, 要根据变电所所处的实际环境进行配置, 合理的在各个防雷分区进行电涌保护器线路和个数的规划, 从而保证装置不会轻易的受到损坏。

参考文献

[1]杨大鸥, 李霆.分散式布置变电站的二次设备抗干扰性研究[J].东北电力学院学报, 2003, 23 (04) :48-52.

[2]陈慈萱.过电压保护原理与运行技术[M].北京:中国电力出版社, 2002.

电气设备机房的电涌防护 第9篇

随着社会的不断进步,我国公路、铁路、桥梁等工程项目的建设速度和建设规模不断增长,极大的促进了我国经济的发展。做好电气设备机房的安全防护工作,对于我国交通运输行业的健康发展具有实际意义。对于电气设备而言,电涌是一种较为普遍的现象,根据国内外相关统计可知,电涌给电气设备造成的危害程度不同,但不同程度危害的累积却会发生破坏性的影响。就我国统计数据来说,电气设备在保修期内的故障有63%是由电涌引起的。本文将就电涌的危害及其防护展开论述。

2 电涌及其危害

2.1 电涌的概念

电气设备在工作期间其瞬时电压超出正常工作电压的现象叫做电涌,也可被称为瞬变脉冲电压、瞬态过电或突波。电涌现象出现时间极短,一般为百万分之一秒。

2.2 电涌出现原因

造成电涌现象的主要原因有外部原因和内部原因两种,外部原因主要是由于雷电,而内部原因则是由于操作失误。

2.2.1 雷电导致电涌。

引起电涌的原因较多,但雷电引起的电涌危害最大。当雷击放电时,雷击中心半径1.5-2km范围内都会产生危险的过电压。雷击引起的电涌属于单项脉冲型,带有巨大的能量,外部电涌的电压由正常值升高到2kV高压状态仅需要几微秒的时间,并且传输距离长。具体来说,雷电导致的电涌共包含四种反应类型,其主要特点可参见表1。

2.2.2 操作引起电涌。

在对电力设备进行操作时,会对系统运行参数产生影响,从而导致电力内部电磁能量转换(传输)过渡,从而在电力系统内部引发电涌,就引起电涌原因来说,主要有以下几点:电力大负荷的投入和切除;感性负荷的投入或切除;功率因素补偿容器的投入或切除;短路故障。在以上几项原因中,有80%以上是由于用电负荷引起的。电力系统内部引起的电涌表现的主要特点是震荡型,在变压器、感性负载和电容器之间震荡,而且高次谐波成分含量比较高。当处于用电高峰期时,该类电涌表现的更加突出。

2.3 电涌的危害

电涌的引起原因较为复杂,而电气设备一旦遇到过电压就可能会导致数据丢失或损坏,严重时可能会影响设备的正常运行。而雷电对电气设备的破坏性最强,这也是路桥工程电气设备机房应关注的重点。电涌引起原因不同,对电气设备造成的破坏程度也不同,按其危害程度可分为破坏性危害和积累性危害两种。如220V电机的绝缘电压一般为1500V,当外界环境变化引起的过电压超过这个值后,会击穿绝缘层,造成灾害性危害;当过电压值较小时,小电涌累积效应会影响电气设备中部件的性能,进而诱发故障或缩短设备寿命。

3 电涌防护

3.1 防护原理电涌不可避免,

而且其包含的能量极为强大,也无法阻止,利用先进技术将电涌与敏感电气设备进行分流是比较理想的防护策略。而最佳的电涌防护器应该是对电力系统毫无影响,只有当电压达到一定限制时,才会产生动作,分流过多的能量入地。能满足这一要求的是MOV技术。MOV技术原理如下:正常状态下会挂在电源线上,而不对电源的正常工作产生任何影响,当出现电涌时,才会立即做出反应,保护电源不被损坏。一般是对设备进行电压值预设,当工作电压达到这一设定值时,MOV立即做出反应,时间仅为1-3毫微秒,防护器在响应的瞬间电阻由完全值降到接近零欧姆,这就对用电设备几乎造成了短路,瞬时高电压由MOV入地,从而达到保护用电设备的目的。

3.2 电气设备机房电涌防护措施分析

3.2.1 接闪器保护范围外电气设备的保护。

防雷设备的主要功能是防止雷电对电气设备机房造成直接的作用,并对接闪器保护范围内的各类金属管线和用电设备起到保护作用,该类保护设备的作用范围具有一定的局限性,无法对接闪器保护范围外的金属导线或电气设备进行保护,而且也无法阻止直击雷所产生的感应雷电对电气设备的损坏。因此,在电气设备机房内应加装电涌保护器,确保内部电源和数据线的安全。

3.2.2 机房接地不可替代电涌防护。

电气设备接地是设备正常工作的需求,机房接地的主要作用是消除静电积累,保护电气设备和人员的安全,设备只有接地后才能正常使用。但机房接地不具备防雷的功能,也无法消除电涌的危害,因此应对机房加装电涌保护器,以防止雷电、系统内部或外部电涌的危害。

3.2.3 UPS供电设备的电涌防护。

蓄电池(UPS)的作用是对供电系统的突然断电或电压不足情况提供可靠的电力支撑,在突然断电时,UPS能保护电气设备、控制器及数据免受破坏,但不具备防电涌损坏的功能,因此,用UPS供电的电气设备仍然要做好电涌防护措施。

4 结语

随着科技的不断进步,电气设备的应用范围越来越广,而信息化技术也使各个企业开始由传统的管理模式,逐渐转为信息化管理模式,这就对电力系统的安全性、稳定性、可靠性提出了更为严格的要求。电涌是对电气设备具有破坏性的一种故障现象,电涌不可避免,但可通过保护装置降低电涌对电气设备的损害,为电力系统安全稳定的运行提供保障。

摘要：电涌对电气设备具有不同程度的危害,电涌故障不可避免,但可通过有效的防护措施降低其对电气设备的危害。本文将对电气设备机房的电涌防护进行相关探讨。

关键词：电气设备,电涌,MOV技术

参考文献

[1]张新亮,胡广明,蔡建林.电气设备机房电涌的危害及防护措施[J].河南水利与南水北调,2010(04):88-90.

[2]郑志贤.电气设备防止电涌的措施分析[J].水利科技,2009(03):70-71.