低壓配電系統(tǒng)電涌保護(hù)器簡(jiǎn)介

1、低壓配電系統(tǒng)電涌保護(hù)器簡(jiǎn)介上海市防雷中心防雷產(chǎn)品測(cè)試中心上海市防雷中心防雷產(chǎn)品測(cè)試中心上海市防雷產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站上海市防雷產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站2021年年12月月12日日電涌保護(hù)器的定義電涌保護(hù)器的定義 電涌保護(hù)器電涌保護(hù)器(SPD) surge protective device 用于限制瞬時(shí)過(guò)電壓和泄放電涌電流的電器，它至少包含用于限制瞬時(shí)過(guò)電壓和泄放電涌電流的電器，它至少包含一個(gè)非線性元件。一個(gè)非線性元件。 實(shí)質(zhì)上是一個(gè)限位開(kāi)關(guān)，沒(méi)有雷電波來(lái)的時(shí)候它處于開(kāi)路狀態(tài)，對(duì)電源和信號(hào)沒(méi)有影響，當(dāng)雷電流侵入并且電壓超過(guò)某一定值時(shí)，它迅速成為通路狀態(tài), 把電壓鉗制在一定的安全范圍，所以安裝避雷器實(shí)質(zhì)

2、上也是等電位連接的， 不過(guò)它把雷電流的大部分削去，只留下設(shè)備能夠耐受的小部分。因此又可稱它為準(zhǔn)電位連接，當(dāng)雷電波過(guò)后，防雷器又恢復(fù)高阻狀態(tài)，使電路又從新復(fù)原。SPD分類分類 一端口 ，二端口 電壓開(kāi)關(guān)型 ，電壓限制型 ，復(fù)合型 戶內(nèi)， 戶外 易觸及 ，不易觸及 固定，移動(dòng)火花間隙的原理為兩個(gè)形狀象牛角的電極，由絕緣材料分開(kāi)，彼此間有很短的距離。當(dāng)兩個(gè)電極間的電位差達(dá)到一定程度時(shí)，電荷將穿過(guò)兩個(gè)角型的空間打火放電，由此將過(guò)電流釋放入地。電壓開(kāi)關(guān)型電壓開(kāi)關(guān)型-火花間隙火花間隙 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 殘壓低。 響應(yīng)時(shí)間快，為25ns左右。 無(wú)續(xù)流。 通流容量大 對(duì)稱的伏安特性（即產(chǎn)品無(wú)極性） 電壓溫度系數(shù)低

3、缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 有泄漏電流；寄生電容較大，不利于對(duì)高頻電子線路的保護(hù)。 壓敏電阻電路符號(hào)電壓限制型電壓限制型-壓敏電阻壓敏電阻SPD的分類試驗(yàn)的分類試驗(yàn) I類試驗(yàn)（T1）標(biāo)志性參數(shù)：Iimp定義：按標(biāo)稱放電電流In，1.2/50沖擊電壓和I類試驗(yàn)的最大沖擊電流Iimp進(jìn)行的試驗(yàn)。沖擊電流波形沖擊電流波形試驗(yàn)分類試驗(yàn)分類II級(jí)試驗(yàn)（T2）標(biāo)志性參數(shù)：Imax定義：按標(biāo)稱放電電流In，1.2/50沖擊電壓和II類試驗(yàn)的最大放電電流Imax進(jìn)行的試驗(yàn)。 標(biāo)稱放電電流試驗(yàn)波形標(biāo)稱放電電流試驗(yàn)波形8/20試驗(yàn)分類試驗(yàn)分類 III類試驗(yàn)（T3）標(biāo)志性參數(shù)：Uoc定義：按復(fù)合波（1.2/50, 8/20）進(jìn)行

4、的試驗(yàn)。標(biāo)識(shí)和標(biāo)志標(biāo)識(shí)和標(biāo)志 本項(xiàng)測(cè)試包括兩部分內(nèi)容，標(biāo)識(shí)和標(biāo)志的檢驗(yàn)及標(biāo)志的耐久性試驗(yàn)。標(biāo)識(shí)和標(biāo)志的檢驗(yàn)主要考察制造廠提供的關(guān)于產(chǎn)品的技術(shù)信息是否完全和規(guī)范。其中以下內(nèi)容應(yīng)標(biāo)于或持久地標(biāo)貼在SPD本體上：制造廠名或商標(biāo)和型號(hào)；最大持續(xù)工作電壓最大持續(xù)工作電壓Uc（每種保護(hù)模式有一個(gè)電壓（每種保護(hù)模式有一個(gè)電壓值）；值）；制造廠聲明的每種保護(hù)模式的試驗(yàn)類別和放電參數(shù)；電壓保護(hù)水平電壓保護(hù)水平Up（每種保護(hù)模式有一個(gè)電壓值）；（每種保護(hù)模式有一個(gè)電壓值）；外殼防護(hù)等級(jí)（當(dāng)IP20時(shí)）；過(guò)電流保護(hù)推薦的最大額定值（如果適用時(shí)）；接線端的標(biāo)志 (如果需要)；電流類型（交流/直流或二者都可）。 I級(jí)分

5、類試驗(yàn)class I tests用標(biāo)稱放電電流標(biāo)稱放電電流In、1.2/50s沖擊電壓和沖擊電流沖擊電流Iimp進(jìn)行的試驗(yàn)。沖擊電流Iimp以電流峰值Ipeak和電荷量Q定義。其試驗(yàn)根據(jù)動(dòng)作負(fù)載試驗(yàn)的程序進(jìn)行，用于I級(jí)試驗(yàn)的SPD分級(jí)試驗(yàn)。注：沖擊電流試驗(yàn)要求的電荷量Q= 0.5Ipeak，其中電荷量單位為庫(kù)侖（C），電流單位為千安（kA）。Q應(yīng)在10ms內(nèi)通過(guò)。如電流波形為單脈沖，波頭時(shí)間為T1，半峰值時(shí)間為T2，且T1=12.5=12.5=40=40=30=30=20=20=10=10=5=5B B=12.5=12.5=40=40=30=30=20=20=10=10C C=10=10=30

6、=30=20=20=10=10D D=6.5=6.5=30=30=20=20=10=10確定最大持續(xù)工作電壓確定最大持續(xù)工作電壓最大連續(xù)工作電壓最大連續(xù)工作電壓UC ，指能持續(xù)加在，指能持續(xù)加在SPD各種保護(hù)模式間的電壓有各種保護(hù)模式間的電壓有效值（直流和交流）。效值（直流和交流）。 UC不應(yīng)低于低壓線路中可能出現(xiàn)的最大連續(xù)不應(yīng)低于低壓線路中可能出現(xiàn)的最大連續(xù)工頻電壓。工頻電壓。選擇選擇230/400V三相系統(tǒng)中的三相系統(tǒng)中的SPD時(shí)，其接線端的最大連續(xù)工作電壓時(shí)，其接線端的最大連續(xù)工作電壓UC不應(yīng)小于下列規(guī)定不應(yīng)小于下列規(guī)定(IEC60364-5-534)： TT系統(tǒng)中系統(tǒng)中UC1.5 U0

7、TN、TT系統(tǒng)中系統(tǒng)中UC1.1 U0 IT系統(tǒng)中系統(tǒng)中UC U0注注1：在：在TT系統(tǒng)中系統(tǒng)中UC 1.1 U0是指是指SPD安裝在剩余電流保護(hù)器的電源側(cè)；安裝在剩余電流保護(hù)器的電源側(cè)； UC 1.5 U0是指是指SPD安裝在剩余電流保護(hù)器的負(fù)荷側(cè)。安裝在剩余電流保護(hù)器的負(fù)荷側(cè)。 注注2：U0低壓系統(tǒng)相線對(duì)中性線的電壓，在低壓系統(tǒng)相線對(duì)中性線的電壓，在230/400V三相系統(tǒng)中三相系統(tǒng)中U0 =230V。防雷器的最大持續(xù)工作電壓應(yīng)符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，同時(shí)還應(yīng)考防雷器的最大持續(xù)工作電壓應(yīng)符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，同時(shí)還應(yīng)考慮供電電網(wǎng)可能出現(xiàn)的電壓波動(dòng)和可能出現(xiàn)的最大持續(xù)故障電壓。慮供電電網(wǎng)可

8、能出現(xiàn)的電壓波動(dòng)和可能出現(xiàn)的最大持續(xù)故障電壓。- 判斷供電環(huán)境是否惡劣？判斷供電環(huán)境是否惡劣？- 電源電壓是否穩(wěn)定？電源電壓是否穩(wěn)定？- 接地網(wǎng)地阻值是否偏高？接地網(wǎng)地阻值是否偏高？確定防雷器的最大持續(xù)工作電壓確定防雷器的最大持續(xù)工作電壓持續(xù)工作電壓的選擇持續(xù)工作電壓的選擇電涌保護(hù)器（SPD）的最大持續(xù)工作電壓UC不應(yīng)低于下表中的值！電壓保護(hù)水平電壓保護(hù)水平UP的選擇的選擇電涌保護(hù)器（SPD)電壓保護(hù)水平（UP)應(yīng)負(fù)荷UP0.8Ui確定防雷器的殘壓確定防雷器的殘壓 在防雷方案中，并非要求殘壓越低越好。通常情況下，防在防雷方案中，并非要求殘壓越低越好。通常情況下，防雷器的殘壓越低時(shí)，最大持續(xù)工作

9、電壓也隨之降低。雷器的殘壓越低時(shí)，最大持續(xù)工作電壓也隨之降低。 防雷器殘壓過(guò)低時(shí)，防雷器可能在供電電網(wǎng)不穩(wěn)定地區(qū)，防雷器殘壓過(guò)低時(shí)，防雷器可能在供電電網(wǎng)不穩(wěn)定地區(qū)，最大持續(xù)電壓長(zhǎng)時(shí)間加在防雷器上，容易造成防雷器的老最大持續(xù)電壓長(zhǎng)時(shí)間加在防雷器上，容易造成防雷器的老化和損壞?；蛽p壞。電涌保護(hù)器（電涌保護(hù)器（SPD）的過(guò)電流保護(hù)）的過(guò)電流保護(hù)和失效保護(hù)和失效保護(hù)防止電涌保護(hù)器（防止電涌保護(hù)器（SPD）短路的保護(hù)是采用過(guò)電流保）短路的保護(hù)是采用過(guò)電流保護(hù)器，應(yīng)當(dāng)根據(jù)電涌保護(hù)器（護(hù)器，應(yīng)當(dāng)根據(jù)電涌保護(hù)器（SPD）產(chǎn)品手冊(cè)中推薦）產(chǎn)品手冊(cè)中推薦的過(guò)電流保護(hù)器的最大額定值選擇。的過(guò)電流保護(hù)器的最大額定值

10、選擇。如果過(guò)電流保護(hù)器的額定值小于或等于推薦用的過(guò)電如果過(guò)電流保護(hù)器的額定值小于或等于推薦用的過(guò)電流保護(hù)器的最大額定值，則可省去過(guò)電流保護(hù)器。流保護(hù)器的最大額定值，則可省去過(guò)電流保護(hù)器。連接過(guò)電流保護(hù)器至相線的導(dǎo)線截面根據(jù)可能的最大連接過(guò)電流保護(hù)器至相線的導(dǎo)線截面根據(jù)可能的最大短路電流值選擇。短路電流值選擇。防雷器失效下的保護(hù)電路設(shè)計(jì)防雷器失效下的保護(hù)電路設(shè)計(jì) 后備保護(hù)空氣開(kāi)關(guān)后備保護(hù)空氣開(kāi)關(guān) 定出后備保護(hù)空氣開(kāi)關(guān)的容量。定出后備保護(hù)空氣開(kāi)關(guān)的容量。后備保護(hù)的相關(guān)概念后備保護(hù)的相關(guān)概念 電涌保護(hù)器電涌保護(hù)器SPD數(shù)據(jù)表中給出的后備過(guò)電流保護(hù)數(shù)據(jù)表中給出的后備過(guò)電流保護(hù)值通常是指值通常是指SPD

11、的最大允許后備過(guò)電流保護(hù)。這的最大允許后備過(guò)電流保護(hù)。這種后備過(guò)電流保護(hù)器的首要任務(wù)是保證種后備過(guò)電流保護(hù)器的首要任務(wù)是保證SPD的短的短路電流耐受能力。路電流耐受能力。 SPD的短路電流耐受能力的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試可以防止的短路電流耐受能力的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試可以防止SPD內(nèi)部短路情況發(fā)生起火燃燒或閃絡(luò)。因此，內(nèi)部短路情況發(fā)生起火燃燒或閃絡(luò)。因此，緊鄰的上游系統(tǒng)過(guò)電流保護(hù)器可以作為緊鄰的上游系統(tǒng)過(guò)電流保護(hù)器可以作為SPD的后的后備保護(hù)，前提條件是其標(biāo)稱值不超過(guò)備保護(hù)，前提條件是其標(biāo)稱值不超過(guò)SPD最大允最大允許后備過(guò)流值（方案許后備過(guò)流值（方案A）。）。 后備保護(hù)的相關(guān)概念后備保護(hù)的相關(guān)概念 然而，如果系統(tǒng)

12、過(guò)電流保護(hù)器F1F3的標(biāo)稱值超過(guò)SPD最大后備過(guò)流的標(biāo)稱值，則必須在SPD前端安裝具有最大允許后備過(guò)電流保護(hù)器的標(biāo)稱值的獨(dú)立后備保護(hù)（方案B）。后備保護(hù)的相關(guān)概念后備保護(hù)的相關(guān)概念 除了保證短路電流耐受能力以外，SPD后備過(guò)電流保護(hù)器還有一種功能，這種功能對(duì)電壓開(kāi)關(guān)型SPD特別重要。在雷電流過(guò)后，電壓開(kāi)關(guān)型SPD由于兩端施加了工頻電壓，所以將產(chǎn)生50Hz的續(xù)流，其必須被安全的熄滅。 在最不利的情況下，這種電源續(xù)流可以和SPD安裝處的預(yù)期短路電流一樣大。通常電壓開(kāi)關(guān)型SPD具有一定的續(xù)流熄滅能力。但如果預(yù)期短路電流超過(guò)了SPD的續(xù)流熄滅能力，則后備過(guò)電流保護(hù)器必須切斷續(xù)流。后備保護(hù)的相關(guān)概念后備

13、保護(hù)的相關(guān)概念 關(guān)于關(guān)于SPD在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用和過(guò)電流保在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用和過(guò)電流保護(hù)器，必須考慮到他們首先要承受電涌電護(hù)器，必須考慮到他們首先要承受電涌電流，接著還要承受電源的短路電流。流，接著還要承受電源的短路電流。 德國(guó)學(xué)者曾研究過(guò)NH熔斷器在電涌電流負(fù)荷下的性能。根據(jù)熔斷器的標(biāo)稱電流和試驗(yàn)中的電涌電流，NH熔斷器有三種不同的特性。1.不熔斷；2.熔斷；3.爆炸。NH熔斷器的三種不同特性熔斷器的三種不同特性 工頻電流決定的選擇性工頻電流決定的選擇性 按照我們之前提到的A方案對(duì)SPD進(jìn)行配置，則下游用電系統(tǒng)可能會(huì)被切斷。因此，根據(jù)方案B對(duì)SPD進(jìn)行配合是十分必要的。為了體現(xiàn)F1F3與F4

14、F6之間的選擇性，其標(biāo)稱電流的關(guān)系為1.6：1。 但這僅僅是按電源續(xù)流50Hz來(lái)考慮的，而未考慮電涌電流的影響。那么接著問(wèn)題就發(fā)生了。熔斷器的電涌耐受能力熔斷器的電涌耐受能力后備保護(hù)導(dǎo)致電壓保護(hù)水平升高后備保護(hù)導(dǎo)致電壓保護(hù)水平升高 更糟糕的情況是，F(xiàn)4F6在熔斷以前將有最高2kV的殘壓，該電壓將直接施加在下游的SPD或被保護(hù)設(shè)備上，直接造成下游的SPD過(guò)載或被保護(hù)設(shè)備損壞，保護(hù)失效。試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果 Measured results for IMW and I15 試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果 Measured results for IMW and I15 MCB在在8/20s 波形下的波形下的IMWI

15、MW of MCBs for 8/20s surgesFig.2 IMW of MCBs for 8/20s surgesMCB 的的IMW 和熔斷器的單次沖擊耐受值和熔斷器的單次沖擊耐受值IMW of MCBs and single shot withstand current of fusesFig.3 IMW of MCBs and single shot withstand current of fusesMCB 和熔斷器的和熔斷器的I15 I15 of MCBs and fusesFig.4 I15 of MCBs and fusesIEC目前達(dá)成的相關(guān)共識(shí)額定電流額定電流(in A

16、)0-8080以上以上電涌耐受能力 (8/20) In general breakers show significant higher withstand than fuses (2 times greater)通常，斷路器的耐受能力顯著高于熔斷器（2倍或更高）In general breakers still show higher withstand than fuses (30% to 50% more)通常，斷路器的耐受能力仍然高于熔斷器（30%-50%或更高）電涌耐受能力 (10/350)No real statement possible this is not linked to rated current of CBs but more to their technology and may be significantly lower or higher than for fuses斷路器的電涌耐受能力和其額定電流沒(méi)有顯著的聯(lián)系，而是更多的取決于斷路器所使用的技術(shù)，因此其耐受表現(xiàn)可能顯著高于或者顯