电涌保护器在防雷中的作用

发布 2019-08-22 18:23:15 阅读 4387

3.电涌保护器的性能要求和使用原则。

3.1 spd的定义:

在gb50057-94《建筑物防雷设计规范》中,spd定名是过电涌保护器:“用于限制瞬时过电压和泄放电涌电流的电器,它至少包括一个非线性元件”。

3.2 spd 的分类:

spd可按几种不同方法进行分类:

3.2.1.按使用非线性元件的特性分类:(设计电路拓朴)

a) 电压开关型spd:当没有浪涌出现时呈高阻状态;有浪涌电压,时能立即转变成低阻抗的spd。

开关型spd常用的非线性元件有放电间隙、气体放电管等、闸流管(硅可控整流器)和三端双向可控硅开关元件。这类spd有时也称“短路型spd”。开关型spd具有通流容量(标称放电电流和最大放电电流)大的特点,特别适用于易遭受直接雷击部位的雷电过电压保护。

(即lpz0a——直击雷非防护区)。

b) 电压限制型spd:当没有浪涌出现时具有高阻,但是随着电涌电流和电压的上升,其阻抗将持续减小的spd。

常用的非线性元件有压敏电阻和瞬态抑制二极管。这类spd有时也称作“箝位型spd”,是大量常用的过电压保护器,一般适用于户内,即iec规定的直击雷防护区(lpz0b)、第一屏蔽防护区(lpz1)、第二屏蔽防护区(lpz2)的雷电过电压防护。iec标准要求将它们安装在各雷电防护区的交界处。

c) 复合型spd:由电压开关型元件和电压限制型元件组成的spd。其特性随所加电压特性可以表现为电压开关型、电压限制型或两者皆有。

3.2.2.按spd的端口型式分类:

a) 一端口spd:spd与被保护电路并联。一端口能分开输入和输出端,在这些端子之间没有特殊的串联阻抗。见下图1

3.2.2 b) 二端口spd:有两组输入和输出接线端子的spd,在这些端子之间有特殊的串联阻抗。

见图2)图1和图2上可以看出,无论spd从外表上看是否串接或并联在被保护电路中,spd的非线性元件实质上都是与被保护电路处于并联状态,当其动作时,能将被保护电路中的电涌电流通过spd分流泄入地中。

3.2.3 按使用的性质分类:

由于雷电过电压和投切过电压(过去常称为操作过电压)可能沿供(配)电线路侵入,雷电过电压还可能沿信号线(含**线)或天馈线侵入,因此安装在不同的系统中的spd必须满足不同系统的特殊要求。这样,生产厂商又可将spd按使用性质将spd分为:电源系统spd、信号系统spd和天馈系统spd。

此外,还可以按安装的环境(位置)分为室内用或户外用;按可接触性分为可接触或不可接触;按安装方式分为固定式或卡接可移式等等。)

3.3表征spd性能的主要技术参数:

3.3.1使用条件:

在gb18802.1—2002/iec 61643-1:1998《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》中规定了用于低压配电系统的spd的使用条件是:

频率:电源交流频率在48hz和62hz之间。

电压:持续施加在spd的接线端子间的电压不应超过其最大持续工作电压。

海拔:不应超过2000m .

使用和储存温度: —正常范围:-5℃~ 40℃ ;

极限范围:—40℃~+70℃

湿度:相对湿度在室温下应在30% 和90%之间。

在此范围之外的恶劣环境下和使用于户外或暴露在日光中或处在其它辐射源之下的spd应有特别的设计要求,这是设计者、制造厂商和用户要特别注意的。

3.3.2 主要技术参数。

在进行参数介绍之前,有必要介绍一下过电压的概念。在iec60664-1《低压系统内设备的绝缘配合》标准中,定义过电压(overvoltage):“峰值大于正常运行下最大稳态电压的相应峰值的任何电压”。

过电压一般分为短时过电压(或暂态过电压)(temporary overvoltage)和瞬态过电压(transient overvoltage)。这两种过电压的区分是短时过电压是持续时间较长的工频过电压,而瞬态过电压则是振荡的或非振荡的,通常为高阻尼,持续时间只有几毫秒(ms)或更短的短时间过电压。雷击过电压便属瞬态过电压。

由于特定通断操作或故障通断,在系统中的任何位置出现的瞬态过电压又称投切过电压(操作、通断过电压)(switching overvoltage)。spd应具备抑制瞬态过电压的功能,含防护雷电过电压和投切过电压。但是,spd不能抑制工频的暂态过电压。

3.3.2.

1)保护模式:spd可连接在l(相线)、n(中性线)、pe(保护线)间,如l-l、l-n、l-pe、n-pe,这些连接方式称为保护模式,保护模式的选择与供电系统的接地型式有关。按gb50054-95《低压配电设计规范》规定,供电系统的接地型式可分为:

tn系统,具体有分为tn-s系统(三相五线)、tn-c系统(三相四线)tn-c-s系统(由三相四线过渡到三相五线);it系统(三相三线,电源没有接地或对地呈高阻,负荷侧电气装置外露可导电部分连接接地极)和tt系统(三相四线,电源有一点与地直接连接,负荷侧电气装置外露可导电部分连接的接地极与电源接地极无电气联系)。

2) 系统标称工作电压u0:系统标称的相线对中性线的电压(交流电压的有效值)。在低压配电系统中标称电压有220vac、380vac等,指的是相对地的电压值也称为供电系统的额定电压,在正常运行条件下,在供电终端电压波动值不应超过±10%,这些是制造商在规定额定电压值时需考虑的。

3) 最大连续工作电压uc,允许持久地施加加在spd上的交流电压有效值或直流电压。其值等于额定电压(制造商规定的)uc不应低于低压线路中可能出现的最大连续工频电压。选择220/380v三相系统中的spd时,其接线端的最大连续工作电压uc不应小于下列规定:

tt系统中uc≥1.55 uo(spd安装在剩余电流保护器的负荷侧。uo=220v)

tn、tt系统中uc≥1.15 uo (tt系统spd安装在剩余电流保护器的电源侧。uo=220v.)

it系统中uc≥1.15u ( u为线间电压,在220/380系统中u =380v)

注:如果spd因电涌而动作,在泄放规定波形的电涌后,spd在uc电压以下时应能切断来自电网的工频对地短路电流。这一特性在iec标准中称为可自复性。

上边提到的uc≥1.55uo、uc≥1.15uo、uc≥uiec60364-5-534,是从我国供电系统实际出发,取值比iec60364-5-534略高,有专家认为原因是国外配电变电所接地电阻规定为1-2ω,而我国规定为4-10ω,因而在发生低压相线接地故障时另两相对地电压常偏大且由于长时间过热很易烧毁spd。

但spd的uc值定的偏大又会因残压较高而影响spd的防护效果。

4) 点火电压,开关型spd火花放电电压,是在电涌冲击下开关型spd电极间击穿电压。

3.3.2 .

5)u1ma 启动电压(有称压敏电压):,限压型spd从高阻向低阻转折处的电压,规定以漏电流等于1ma时的电压作为启动电压。(标准要求在in冲击前后测出的u1ma值的变化应不大于±10%)

6) 限压型spd的漏电流: 限压型spd在相当于u1ma 的75%的电压下的泄漏电流。(有标准要求在in冲击前后测出的u1ma值均应小于20a ,变化率应小于200%)

7) 残压ures,当放电电流通过spd时,在其端子处呈现的电压峰值(ures与冲击电涌通过spd时的波形和峰值电流有关。因此给出残压时必须给出试验条件)。

8) 箝位电压uas,当浪涌电压达到uas值时,spd进入箝位状态。不能认为箝位电压即标称压敏电压,因为u1ma是spd上通过1ma电流时在其两端测得的电压。而实际上通过spd的电流可能远大于测试电流1ma,这时不能不考虑spd两端已经抬高的ures(残压)对设备保护的影响(残压随泄流值增大而增大)。

从压敏电压至箝位电压的时间比较长,对mov而言约为100ns。

.9) 限制电压: 施加规定波形和幅值的冲击电压时,在spd接线端子间测得的最大电压峰值。

10) 标称放电电流in: 流过spd具有8/20波形的电流峰值,用于ii级试验的spd分级以及i级、ii级试验的spd的予处理试验。

11) 冲击电流 ii m p:由峰值ipeak(10/350波形)和电荷量q确定。其试验应根据动作负载试验的程序进行。这是用于i级试验的spd分类试验。

12) 电压保护水平up(保护电平),表征spd限制接线端子间电压的性能参数,其值可以从一系列的优先值的列表中选取(如kv等),该值应比在spd端子测得的最大限制电压(i、ii级试验用in 冲击时spd两端的残压值,iii级试验用复合波测量的限制电压)。

13) 暂态过电压ut,保护装置应能承受的,持续短时间的直流电压或工频交流过电压有效值。它比最大连续工作电压uc要大。但是spd 不能抑制暂态过电压ut 。

(保护装置承受ut应能达到一定时间tt,这种特性称作暂态过电压特性(tov)。

14).电压降(百分比):δu=[(uin—uout)/uin]×100%

其中uin指双口spd输入端电压,uout指双口spd输出端电压,通过电流为阻性负载额定电流。

3.3.2.

15).最大放电电流imax:通过spd具有8/20波形电流的峰值,其大小按ⅱ级动作负载的程序确定,imax>in。(要求spd能经受住1次imax的冲击并允许损坏,但损坏的同时仍应起到保护作用)。

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