电涌保护器SPD（精选3篇）
电涌保护器SPD 篇1
当今社会各种自然灾害频发, 雷电就是其中之一;每年由于雷电产生的灾害都是相当多的, 为什么雷电能有这么大的破坏力, 因为雷电能够产生数十乃至一、二百千安的雷电冲击电流, 这些冲击电流能够产生巨大的电磁效应、热效应和机械效应, 这都对我们的生命财产造成了巨大伤害。为了减少和消除雷电对我们的伤害, 需要综合防雷系统。SPD就是其中之一, 下面我就简单的对SPD的选择进行阐述。
1 SPD的基本知识
电涌保护器 (SPD) 是一种可以限制瞬时电压涌动, 释放电流入地的设备, 使用电设备的电压涌动幅值降到安全水平。由GB5005-2010建筑物防雷设计规范第6.2.1条对防雷区的划分, 相应的防护由以下几种情况来确定:1) 区域0A:建筑物外部, 在避雷针保护半径外, 会直接遭受雷击, 无雷电电磁脉冲屏蔽 (直击雷非保护区) 。2) 区域0B:建筑物外部, 在避雷针保护半径内, 不会直接遭受雷击, 无雷电电磁脉冲屏蔽 (直击雷防护区:外部防雷装置) 。3) 区域1:建筑物内部, 能量较强的瞬态过程由开关电磁脉冲和雷击电流部分分量产生 (浪涌电压保护区1) 。4) 区域2:建筑物内部, 能量较弱的瞬态过程由开关电磁脉冲和静电放电产生 (浪涌电压保护区2) 。5) 区域3:建筑物内部, 无瞬态电流电压产生于干扰源外部, 相互间可能产生影响的电流回路被屏蔽并分开布线 (浪涌电压保护区3) 。
2 SPD的分类和参数
2.1 SPD的基本分类
1) 根据IEC 61643-1中将SPD分为三类:一类、二类、三类。2) SPD根据功能分为以下几种:电涌保护器 (SPD) ;电压开关型SPD;电压限制型SPD;复合型SPD。3) SPD保护模式分为:差模保护方式和共模保护方式。
2.2 SPD的参数
1) SPD的主要参数:泄放电涌电流。a.标称放电电流In (8/20μs) :未损坏时电涌保护器可以通过的8/20μs波形电流的峰值 (20次) ;不同的In值对应不同的Up值;b.最大放电电流Imax (8/20μs) :电涌保护器可以导通的8/20μs波形电流的峰值 (1次) ;c.冲击电流Iimp (10/350) :它是由电流峰值Ipeak和电荷Q确定, 用于Ⅰ级试验的SPD分类试验, 泄流能力越高越好。
2) SPD的主要参数:限制瞬态过电压。a.电压保护水平Up:表征SPD限制接线端子间电压的性能参数, Up越低越好;b.最大持续工作电压Uc:可连续地施加在SPD保护模式上的最大交流电压有效值或直流电压, Uc越高越好;c.残压Ures:代表雷击电流流过SPD时, 在其两端所产生的电压最大值。
3) SPD短路能力。a.短路电流耐受能力:代表SPD能够接受的预期最大短路电流值。在短路耐受能力试验时, 电源短路, 电流应由制造厂所要求的一个脱离器 (内部的或外部的) 断开。如果脱离器动作, 应有明显的、有效的和永久断开的迹象。b.过电流保护。在SPD前端回路处加装保护开关 (如:断路器或熔断器) , 即后备保护器。
4) SPD的其他参数。a.插入损耗。b.残流IPE:施加最大持续工作电压 (Uc) 时, 流过PE接线端子的电流。c.待机功耗Pc。d.续流If。这些参数在设计选型中作为参考。
3 SPD的应用
1) 一类产品的使用。GB 50057-2010建筑物防雷设计规范第4.2.3条规定:一类防雷要求在总电源进线处加装防雷电电涌侵入的SPD应为Ⅰ级试验的电涌保护器。其电压保护水平值应不大于2.5 k V。
2) SPD的选择需要Up, Uc, In值 (根据GB 50343-2012选择) 、常见设备的耐冲击值。这些都需要计算和查表取得, 这里不再一一叙述了。
3) SPD极数选择见表1。
4 SPD的后备保护
4.1 后备保护的作用
由于SPD老化或者使用环境恶劣, 造成SPD对地短路, 影响供电连续性。加装后备保护器, 可保证在发生雷电时, 后备保护器不动作, 而发生SPD对地短路时, 后备保护器动作, 保证供电连续性。断路器的分断能力必须大于该线路的预期短路电流值。
4.2 后备保护器的选择
1) 发生雷电时, 后备保护器不动作。
I2t尽可能高。
额定电流高。
2) 已知浪涌保护器的峰值Icrest及其波形, 可用以下公式估算出电涌电流I2t值:
3) 后备保护熔断器的最小预期燃弧值必须大于I2t[1]。
5 应用SPD的注意事项
1) 注意事项———分级防护。SPD的分级保护是为了提供更好的保护, 而且要求SPD能够承受最大的电流又要求能够产生较小的残余电压;各级SPD完成不同的任务:
入口处:泄放大部分为后面设备保护做准备。
设备处:限制残余保护设备。
中间级:保护该处设备或辅助作用。
2) 注意事项———级间配合。
a.级间配合。SPD的第二装置安装在第一装置下面的时候, 通常第二装置的各项参数指标 (Imax, In, Ures) 都比第一装置小。但如果第二装置与第一装置安装得比较近的时候, 第二装置有可能比第一装置更早动作, 从而要承受本由第一装置承受的高能量。
b.当保护第一装置和第二装置作为级联安装时, 它们之间需要配合。目的:为了延迟第二装置上雷击波的到达, 使尽可能多的能量被第一装置释放。具有主动能量控制技术的间隙类SPD和其后MOV型SPD无需预留距离。
3) 注意事项———安装原则。距离原则:当安装被保护设备与它进线回路的SPD之间的距离大于一定距离的时候, 应在离被保护设备尽可能近的地方安装另一个SPD;不应形成回环, 不宜形成尖锐的转角;减小长度;采用V形接线。如果不这么处理, 电涌保护器的残压可能将变成电涌保护器接入端残压的两倍, 所以第二装置应当尽可能的接近被保护的负载。
6 SPD的应用案例
对于一个居住建筑一般情况在施工图设计中:在电源进线处安装Imax=40 k A (8/20μs) 的SPD和C65N C40A的断路器 (以施耐德电器为例) , 末端配电箱安装Imax=8 k A (8/20μs) 的SPD和C65N C20A的断路器 (以施耐德电器为例) 。这样基本满足设计规范要求。
通过上面的叙述, 我们大概了解了电涌保护器的一些基本概念, 对我们选择电涌保护器起一定的帮助促进作用, 让我们学习到更多的知识。电涌保护器是现代社会中不可或缺的一个电气设备, 它对我们的安全生活起到了越来越重要的作用。
摘要：通过对电涌保护器 (SPD) 基本知识的了解, 介绍了SPD的分类和参数、应用情况、后备保护等内容, 并归纳了SPD应用的注意事项, 最后结合实际案例进行了说明, 为电涌保护器 (SPD) 的推广奠定了基础, 同时减少了雷电造成的损失。
关键词：雷电,电涌保护器 (SPD) ,极数,级间配合
参考文献
[1]GB 50057-2010, 建筑物防雷设计规范[S].
[2]GB 50343, 建筑物电子信息系统防雷技术规范[S].
[3]JGJ 16-2008, 民用建筑电气设计规范[S].
电涌保护器SPD 篇2
关键词：防雷,电涌防护,选择,安装
雷电灾害被联合国确定为世界最严重的十大自然灾害之一, 每年因雷击造成人员伤亡, 财产损失数不胜数。进入 21 世纪, 我国随着现代化水平的不断提高, 民用建筑物内安装的电子信息设备和计算机设备越来越多, 电子信息设备一般工作电压较低, 耐压水平也很低, 受到雷电电磁脉冲的危害频频发生, 因此设有信息系统设备的民用建筑物, 除应考虑防直击雷措施外, 还应考虑雷电电磁脉冲的防护措施。国际电工委员会 (IEC) 和一些发达国家早已制定了有关防护标准, 我国2000年也已颁布《建筑物防雷设计规范》 (GB50057-94) (2000年修订条文) , 以与IEC标准接轨, 对建筑物直接落雷和近旁落雷引起的这类事故规定了许多防雷措施, 其中措施之一就是安装电涌保护器。
1 电涌保护器的分类
电涌保护器 (Surge Protective Device 简称SPD) , 从工作原理和性能上分为电压开关型、限压型和组合型。
(1) 电压开关型SPD: 在无浪涌出现时为高阻抗, 当浪涌电压达到一定值时突变为低阻抗, 此类SPD通常采用放电间隙、充气放电管、闸流管和三端双向可控硅元件作为组件。它的特点是放电能力强, 但残压较高, 通常为2-4kV, 测试该器件一般采用10/350μs的模拟雷电冲击电流波形。电压开关型SPD完全可以保护电气线路免遭雷电造成的涌流损害, 特别适用于I级雷电过电压保护, 所以, 一般安装在建筑物LPZ0与LPZl区的交界处, 可最大限度地消除电网后续电流, 疏导10/350μs的雷电冲击电流;
(2) 限压型SPD, 在无浪涌出现时为高阻抗, 随着浪涌电流和电压的增加, 阻抗连续变小。此类SPD通常采用压敏电阻、抑制二极管等作为组件, 有时称这类SPD为钳制型SPD。它的残压较低, 测试该器件一般采用8/20μs的模拟雷电冲击电流波形。因其箝位电压水平比开关型SPD要低, 故常用于II级或II级以下的雷电过电压和操作过电压保护。它一般安装在雷电保护区建筑物内, 疏导8/20μs的雷电冲击电流, 在过电压保护中具有逐级限制雷电过电压的功能。
(3) 组合型SPD是由电压开关型组件和限压型组件组合而成, 利用限压型组件对浪涌电压的反应速度非常快的特点, 在一般雷电过电压的保护时, 由它承受浪涌电流, 其标称放电电流可达10-20kA;若遇到较大量级的雷电过电压, 第一级由限压型组件组成的电路保险管自动断开, 由第二级电压开关型组件进行雷电过电压保护。作为组合型SPD, 其电压型组件能随冲击电流容量一般>100kA。 因其同时兼有电压开关型和限压型两种特性, 但没有电压开关型元件和限压型元件的单独特性好, 并且这种元件价格较贵, 在一般情况下或有几级SPD情况下尽量不用组合型SPD, 只有在特殊情况下或用一级SPD情况下才可以考虑用组合型SPD。
2 电涌保护器 (SPD) 的主要性能、指标
(1) 最大持续运行电压Uc:
允许持续施加于电涌保护器的最大交流有效值电压或最大直流电压, 等于电涌保护器的额定电压。
(2) 最大放电电流Imax:
通过SPD的8/20μs 电流波的峰值电流。
(3) 冲击电流Iimp:
用于电源的第一级保护SPD, 反映了SPD的耐直击雷能力 (采用10/350μs波形) 。包括幅值电流Ipeak和电荷Q, 其值可根据建筑物防雷等级和进入建筑物的各种设施 (导电物、电力线、通讯线等) 进行分流计算。
(4) 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级分类实验或做Ⅰ级分类实验的预处理。对于Ⅰ级分类实验In不小于15kA, 对于Ⅱ级分类实验In不小于5kA。
(5) 保护电压水平Up:
在标称放电电流 (In) 下的残压, 又称SPD的最大钳压, 对于电源保护器而言, 可分为一、二、三、四级保护, 保护级别决定其安装位置, 在信息系统中保护级别需与被保护系统和设备的耐压能力相匹配。
3 电涌保护器的性能选择
(1) SPD最大持续运行电压Uc的选择:
选择220/380V三相系统中的电涌保护器时, 其最大持续运行电压规定。
①TN系统——Uc不应小于1.15U0;
②TT系统——当SPD安装在RCD (剩余电流保护器) 的负荷侧, Uc不应小于1.55U0;
当SPD安装在RCD (剩余电流保护器) 的电源侧, Uc不应小于1.15U0;
③IT系统——SPD安装在RCD (剩余电流保护器) 的负荷侧, Uc不应小于1.15U (U为线间电压) ;
注:Uo为低压系统相线对中性线的标称电压, 在220/380V系统中, Uo=220V。
(2) SPD的电压保护水平Up的选择:
最大电涌电压, 即SPD的最大箝压 (Up) 加上其两端的引线的感应电压 (UL) 应与所属系统的基本绝缘水平和设备允许的最大电涌电压相一致, 即: Up+UL ≤设备耐冲击过电压水平。无论对远处雷击, 直接雷击或操作过电压, 均不应大于表1中的Ⅱ类, 即对于220/380V电气装置Up值不应大于2.5kV。
注:Ⅳ类——使用在配电装置电源端的设备, 如交流调压稳压器、电气仪表、过流保护设备、控制设备;
Ⅲ类——安装于配电装置中的设备, 如配电器、断路器 (开关) 、电缆、分线盒、插座和工业用电设备等;
Ⅱ类——由末级配电装置供电的设备, 如整流器、交流不间断电源UPS、家用电器、手提式电动工具和类似负荷;
Ⅰ类——需要将过电压限制到特定水平的设备, 如电子电路或电子设备。
第一级过电压保护器 (浪涌保护器或防雷器) 一般选用通过I类分级试验 (10/350μs波形) 或具有较大通流容量的SPD, 将绝大部分的雷电过电压的能量泄放大地, 将过电压减小到一定的程度。 第二级、第三级过电压保护器 (浪涌保护器或防雷器) 一般选用残压较低的SPD, 将电源线路中剩余的雷电流泄放入大地, 将过电压限制到用电设备能耐受的水平。
(3) SPD的雷击冲击电流Iimp及标称放电电流I n的确定:
SPD必须能承受预期通过它们的电涌电流, 并有能力熄灭在雷电流通过后产生的工频续流。当考虑建筑物防雷装置或其附近遭直击雷时, 通过进户处SPD的雷电冲击电涌电流Iimp一般应进行分流计算确定.
4 电涌保护器SPD在几种场合的选择及安装位置
(1 ) 信息系统雷击电磁脉冲的防护应按其所处的建筑物条件、信息设备的重要程度、发生雷击事故严重程度等进行雷击风险评估, 将信息系统雷击电磁脉冲的防护分为A、B、C、D四级, 分别采用相应防护措施:
A级:宜在低压系统中采取3-4级SPD进行保护。
B级:宜在低压系统中采取2-3级SPD进行保护。
C级:宜在低压系统中采取2级SPD进行保护。
D级:宜在低压系统中采取1级或以上SPD进行保护。
[说明] 风险评估计算方法参见GB 50343-2004 建筑物电子信息系统防雷技术规范的附录。
(2) SPD在电源系统中的安装位置如下:
①在LPZ0A区和 LPZ0B区与LPZ1区交界面处连续穿越的电源线路上应安装符合I级分类试验的SPD, 如总电源进线配电柜内、配电变压器的低压侧主配电柜内、引出至本建筑物防直击雷装置保护范围以外的电源线路的配电箱内。
②在LPZ0B区与LPZ1区交界面处穿越的电源线路上应安装符合Ⅱ级分类试验的SPD, 如引出至本建筑物防直击雷装置的保护范围之内的屋顶风机、屋顶广告照明的电源配电箱内。
③当电源进线处安装的电涌保护器的电压保护水平加上其两端引线的感应电压保护不了该配电箱供电的设备时, 应在该级配电箱安装符合Ⅱ级分类试验的SPD, 其位置一般设在LPZ1区和LPZ2区交界面处。如:楼层配电箱、计算机中心、电信机房、电梯控制室 、有线电视机房、楼宇自控室、保安监控中心、消防中心、工业自控室、变频设备控制室、医院手术室、监护室及装有电子医疗设备的场所的配电箱内。
④对于需要将瞬态过电压限制到特定水平的设备 (尤其是信息系统设备) , 应考虑在该设备前安装符合Ⅲ级分类试验的SPD, 其位置一般设在LPZ2区和其后续防雷区交界面处。如:计算机设备、信息设备、电子设备及控制设备前或最近的插座箱内。
(3 ) SPD在住宅中的安装:
①高层住宅应在照明、动力总配电箱内安装符合I级分类试验的SPD, 并宜在屋顶风机、电梯等设备的电源配电箱内安装符合Ⅱ级分类试验的SPD。高层住宅在工程档次较高及造价允许的情况下宜在住户配电箱内安装符合Ⅲ级分类试验的SPD。
②多层住宅在符合本文第4部分2条1款时, 宜在照明总配电箱内安装符合I级分类试验的SPD。符合本文第4部分2条2款时, 宜在照明总配电箱内安装符合Ⅱ级分类试验的SPD。分散型小别墅宜将SPD安装在住户配电箱内。
5 电涌保护器SPD安装应注意如下问题
(1) 第一级保护的SPD应靠近建筑物的入户线的总等电位连接端子处, 第二、三级保护的SPD应尽量靠近被保护设备安装。
(2) 电涌保护器接至等电位连接的导线要尽可能短而直。
(3) 为满足信息系统设备耐受能量要求, SPD的安装可进行多级配合, 在进行多级配合时应考虑SPD之间的能量配合, 当有续流时应在线路中串接退耦装置。有条件时, 宜采用同一厂家的同类产品, 并要求厂家提供其各级产品之间的安装距离要求。在无法获得准确数据时, 电压开关型与限压型SPD之间的线路长度不宜小于10米, 限压型SPD之间线路长度不宜小于5米, 否则宜串接退耦装置。
(4) 在同一电源系统中, 当安装在电源装置的起点处的SPD的保护电压水平Up≤末端被保护设备的耐压水平的50%时, 可仅安装一级电涌保护器。
(5) 必须考虑退化或寿命终止后可能产生的过电流或接地故障对信息系统设备运行的影响, 因此在SPD的电源侧应安装过电流保护装置 (如熔断器或空气断路器) , 过电流保护器 (设置于内部或外部) 与SPD一起承担等于和大于安装处的预期最大短路电流, 选择时, 应考虑SPD制造厂商规定的其产品应具备的最大过电流保护器。SPD每极都必须设置保护, 例如1P+N的电涌器必须用2P的断路器保护;断路器的分断能力必须大于该处的最大短路电流。可参照表2选型。
此外, 制造厂商所规定的SPD的额定阻断蓄流值不应小于安装处的预期短路电流。在TT系统中还应安装剩余电流保护装置, 并宜带有劣化显示功能。
(6) 在爆炸危险场所使用的SPD应具有防爆功能。
(7) 在考虑各设备之间的过电压保护水平Up时, 若线路无屏蔽时尚应计及线路的感应电压, 在考虑被保护设备的耐冲击过电压水平时宜按其值的80%考虑。
(8) 在供电电压超过所规定的10%及谐波使电压幅值加大的场所, 应根据具体情况对氧化锌压敏电阻SPD提高Uc值。
(9) 当设有信息系统的建筑物需加装SPD保护时, 若该建筑物没有装设防直击雷装置和不处于其他建筑物或物体的保护范围内时, 宜按第三类防雷建筑采取防直击雷的措施。在要考虑屏蔽的情况下, 防直击雷接闪器宜采用避雷网。
参考文献
[1]工业与民用配电设计手册第三版中国电力出版社第十三章
[2]建筑物电子信息系统防雷技术规范GB 50343-2004
[3]建筑物防雷设计规范GB50057-94 (2000年版)
[4]建筑物防雷第1部分通则:IEC61024-1
电涌保护器SPD 篇3
1 SPD的基本工作原理与分类
1.1 SPD的工作原理
电涌保护器是一个非线性元件, 其工作原理如图1所示。
它的工作取决于施加在它两端的电压U和触发电压Ud值的大小, 当U
1.2 SPD的分类
SPD是用来限制电力系统中雷电过电压和系统内部操作过电压的主要装置, SPD从工作原理和性能上可分为电压开关型、限压型和组合型SPD[2]。
电压开关型SPD:在无浪涌出现时为高阻抗, 当浪涌电压达到一定值时突变为低阻抗, 可保护电气线路免遭雷电造成的涌流危害。此类SPD通常采用放电间隙、气体放电管 (GDT) 、闸流管和三端双向可控硅元件等原件组成。一般安装在建筑物LPZ0与LPZ1区的交界处, 可最大限度地消除电网后续电流, 疏导的雷电冲击电流。
限压型SPD:在无浪涌出现时为高阻抗, 随着浪涌电流和电压的增加, 阻抗连续变小。此类SPD通常采用压敏电阻 (MOV) 、抑制二极管等作为组件, 有时称这类SPD为钳制型SPD。它一般安装在雷电保护区建筑物内, 疏导8/20μs的雷电冲击电流, 在过电压保护中具有逐级限制雷电过电压的功能。
组合型SPD是由电压开关型组件和限压型组件组合而成, 利用限压型组件对浪涌电压的反应速度非常快的特点, 在一般雷电过电压的保护时, 由它承受浪涌电流, 其标称放电电流可达10~20k A;若遇到较大量级的雷电过电压, 第一级由限压型组件组成的电路保险管自动断开, 由第二级电压开关型组件进行雷电过电压保护。
2 SPD的起火原因分析
电力系统中除大气环境中雷电所引起的过电压之外, 电力系统的内部因素也可引起过电压, 即内部过电压[3]。电力系统内部过电压包括操作过电压和暂时过电压 (Temporary Over Voltage) , TOV不仅影响电源质量, 对电力设备和保护电器的安全构成极大的威胁, 而且对SPD (Surge Protective Device) 的性能和安全有极大的影响。
2.1 瞬态过电压与TOV的区别
瞬态过电压包括操作过电压和雷电放电过电压, 为振荡或非振荡的过电压具有时间短、非平稳、频带宽、能量集中等特点[4]。通常情况下瞬态过电压衰减很快, 持续时间只有几毫秒且为缓波前的过电压或持续时间几十微秒且为快波前的过电压, 暂时过电压 (TOV) 和瞬态过电压波形的比较见表1。
从瞬态过电压与TOV的波形来分析, 虽然TOV的波形幅值远小于瞬态过电压的波形幅值, 例如直击雷波形10/350us与感应雷8/20us的波形幅值远大于TOV的波形幅值。但TOV的持续时间和能量却远大于瞬态过电压, 这也是TOV与瞬态过电压的主要区别点。
2.2 SPD的起火原因分析
SPD的起火原因除了要了解TOV和瞬态过电压的能量大小外, 与SPD本身的结构和核心元件的特性有直接的关系[5]。气体放电管 (GDT) 是电压开关型SPD的主要部件, 具有无漏流的优点但在GDT动作之后很难迅速恢复高祖状态即产生续流。如果TOV和瞬态过电压的能量太大, 使GDT管内产生的气体过多, 则会使GDT管发生爆炸而有可能引发火灾。
对于限压型SPD其核心元件是MOV电阻片, 如果TOV的能量过大, 超过了MOV电阻片的承受限度, 则会导致MOV电阻持续发热。此时若不能有效的切断电路, 会进一步导致MOV电阻被热熔击穿, 而MOV一旦被热击穿, 其电路等同一个带限流电阻的电弧放电回路, 极易起弧造成封装材料燃烧起火, 绝大多数限压型SPD起火均是由此引发的[6]。此外, 还有一种情况是雷电过电压与正常工频电压的联合作用, 持续强烈的雷电压造成MOV电阻片急剧发热。由于MOV电阻为负温度特性且温度系数大, 有可能造成动作电压 (U1m A) 幅度下降, 此时正常的工频电压相当于对氧化锌压敏电阻施加了一个极高的持续过电压, 造成氧化锌压敏电阻击穿引发火灾。
2.3 SPD与熔断器的配合使用
在多级SPD的配合使用过程中, 浪涌保护器在抑制一个强烈的过电压时, 浪涌保护器泄放的暂态过电流很大, 会使保护器自身难以耐受。因此可以根据实际情况将浪涌保护器与熔断器配合使用, 即对保护器自身加以过流保护以免发生热损坏[7]。但熔断器自身存在电阻, 而电阻在暂态电流作用下产生压降会使整个并联支路的箝位电压升高。熔断器中的寄生电感也会增大整个并联支路的箝位电压, 所以在电路中同时采用浪涌保护器件和熔断器时, 熔断器与保护器的匹配与参数选取显得尤为重要, 一般的熔断器的选择有如下规格:
第一级SPD为开关型15k A, 10/350μs, 断路器为63A;
第二级SPD为限压型40k A, 8/20μs, 断路器为32A;
第三级SPD为限压型10k A, 8/20μs, 断路器为16A;
基于电力系统和设备的安全原因, 合理地选择熔断器也是防止SPD因过电压能量过大而引发火灾的有效途径之一。
3 SPD的能量配合使用
根据IEC62305-4中对多级电源SPD能量配合的要求和原则, 可通过两种电路的基本模式来实现能量配合, 即两个限压型SPD的能量配合模式和开关型SPD与限压型SPD的能量配合。这两种配合方式的共同点是:首先, 前级SPD的泄流能力应比后级SPD的泄流能力大得多;其次, 可以采用有足够电涌耐受能力的集中元件作为退耦元件, 也可利用两级SPD间连接导线的分布电感;此外, 最后一级SPD的限压应小于被保护设备的耐受电压。而在一些防雷图纸设计中只设计一级SPD防护, 这样就不能为后级的电子信息设备提供有效的过电压防护。正确的SPD能量配合使用是保护电子设备安全运行的有效途径。
3.1 两个限压型SPD的能量配合
两个限压型SPD的配合等效电路如图2所示, 从电路理论来分析, 两个限压型SPD配合的特点是:两个SPD的伏安特性都是连续的、残压相同或逐级递升 (Ures1Ures2) 。因此, 在两个限压型SPD的能量合理配合时, 当雷电波入侵后SPD1首先导通, SPD2后导通, 因为两个残压相同或递升的SPD, 其启动电压也基本相同或递升。当侵入的电涌电压上升达到SPD1的启动电压并使之导通时, 由于串联支路有退偶元件或连接导线的自然阻抗, 使SPD2不可能与SPD1同时导通。只有当电涌电压继续上升, 使流过SPD1的电流增大, 则SPD1的残压也随之增大, 而SPD2两端的电压也随之上升当达到SPD2的启动电压时SPD2才能导通。只要通过各级SPD的电涌能量不超过各自的耐受能力, 就实现了能量配合。
3.2 开关型SPD与限压型SPD的能量配合
开关型SPD与限压型SPD的配合等效电路如图3所示, 由电路理论分析可知, 开关型SPD与限压型SPD的配合特点是:SPD1的伏安特性不连续 (如气体放电管 (GDT) ) , 而后级SPD2的伏安特性连续。当雷电波入侵时, 由于SPD1的触发电压较高, SPD2将首先达到启动电压而导通。随着电涌电压继续上升, 流过SPD2的电流增大使SPD2的残压增大并达到一定值时, 使SPD1两端的电压达到气体放电管 (GDT) 的放电电压, 即SPD1导通。只要保证在通过限压型SPD2的电涌电流未超出其耐受能力之前使SPD1触发导通, 就实现了能量的配合。
4 结语
高集成的电子信息设备的使用极大地方便了社会的发展, 但雷电过电压与电力系统的暂态过电压、操作过电压对电子设备的安全运行造成了极大的危害, SPD是保护电子设备安全运行的主要器件之一。SPD要能为电子设备提供安全保护作用的同时, SPD自身的安全是保护电子设备的基础。文章结合防雷图纸设计中的一些问题, 通过对SPD的原理分析, 提出了SPD与熔断器的配合使用与多级SPD间的能量配合方法, 为防雷工程设计与SPD的安装应用提供一定的指导作用。
参考文献
[1]陈庆明.浅谈电涌保护器 (SPD) 选择应用[J].福建建设科技, 2009, 16 (4) :17-18.
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[4]杨保初, 刘晓波, 戴玉松.高电压技术[M].重庆:重庆大学出版社, 2001:98-99.
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[6]李晓明, 尹天文, 王碧云.暂时过电压威胁SPD安全使用的分析[J].低压电器, 2009, 19 (2) :13-14.