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SPD浪涌保護器的應(yīng)用場景-看明白這些就清楚了【杭州易造】

發(fā)布時間:2022-02-07 瀏覽量：6511 作者：易造科技-小雷

SPD浪涌保護器的應(yīng)用場景,IEC 61643 產(chǎn)品標準將使用浪涌保護裝置的應(yīng)用劃分為低壓系統(tǒng)、電信和信號處理網(wǎng)絡(luò)以及光伏裝置。一般來說，所有領(lǐng)域都有不同的個別系統(tǒng)先決條件。相應(yīng)地，所有涉及的解決方案或步驟可能會有很大差異，因此值得更詳細地研究這些應(yīng)用程序。

6.1 保護交流系統(tǒng)

6.1.1 SPD types and technologies

SPD浪涌保護器的應(yīng)用場景,避雷區(qū)概念為跨區(qū)域的所有線路提供協(xié)調(diào)的浪涌保護設(shè)備，它們的功率值基于要達到的保護等級。

根據(jù)區(qū)域過渡，因此需要不同的類型（參見表 2）。電涌保護設(shè)備的產(chǎn)品標準 IEC 61643-11 [6] 中定義了對各種 SPD 類型的要求。

多級保護概念可由此衍生（圖 35）。

SPD浪涌保護器的應(yīng)用場景-類型

表2：防雷區(qū)過渡及對應(yīng)的SPD類型

SPD浪涌保護器的應(yīng)用場景-防雷區(qū)

圖 35：多級保護概念

SPD浪涌保護器的應(yīng)用場景,多級功能限制了區(qū)域之間的防雷級別。預(yù)期的浪涌電壓或浪涌電流的幅度和比能量逐漸減小。各個 SPD 必須限制浪涌電壓的電壓值也會降低。這是通過相應(yīng)的低電壓保護水平來實現(xiàn)的：它們的上限基于附近要保護的設(shè)備的介電強度。

SPD浪涌保護器的應(yīng)用場景-參數(shù)表

表 3：基于標稱電壓的過電壓類別

1 類浪涌保護設(shè)備必須滿足浪涌電壓或浪涌電流的振幅和比能量方面的最高要求，因為它們應(yīng)該保護免受直接雷擊。在主配電的典型安裝環(huán)境中，對短路耐受能力的要求往往非常高，為了能夠滿足這些要求，需要強大的技術(shù)，例如火花隙技術(shù)。

火花隙技術(shù)

火花隙的工作原理最初非常簡單：將兩個電極放置在彼此相距特定距離并形成絕緣狀態(tài)（圖 36）。如果兩個電極之間存在電壓，導(dǎo)致該空間中空氣的介電強度（約 3 kV/mm）超過浪涌電壓，則會形成電弧。與阻抗在千兆歐范圍內(nèi)的絕緣狀態(tài)相比，電弧的阻抗非常低，因此，火花隙兩端的電壓降也是如此。

SPD浪涌保護器的應(yīng)用場景,這種特性非常適合放電雷電流：火花隙的殘余電壓越低，需要管理的能量輸入就越低。關(guān)于阻抗的突然變化，因此也是火花隙兩端的電壓差，非線性特性稱為電壓切換。低殘余電壓帶來的一個顯著優(yōu)勢是，由于電壓高于規(guī)定的標稱電壓或最大連續(xù)電壓，被保護設(shè)備的負載較低。對于較長的雷電流持續(xù)時間，火花隙的殘壓很低，在被保護裝置的最大持續(xù)電壓范圍內(nèi)。帶有限壓組件的 1 類 SPD 通常比此高數(shù)百伏 - 對受保護設(shè)備來說，負載要大得多。

現(xiàn)代火花隙通常封裝在堅固的封閉鋼制外殼中，因此在放電過程中，電弧產(chǎn)生的電離氣體不會泄漏到環(huán)境中。此外，火花隙經(jīng)常被觸發(fā)：它們有額外的布線來支持火花隙的完全點火。這將電壓保護水平限制在一個非常低的水平——明顯低于基于空氣介電強度產(chǎn)生的電壓即使類型 1 SPD 的安裝環(huán)境一般不需要，現(xiàn)代觸發(fā)式火花隙的電壓保護水平通常處于最低過電壓類別 I 的水平（基于系統(tǒng)的標稱電壓）。

SPD浪涌保護器的應(yīng)用場景-火花間隙

圖 36：封閉式火花隙的等效電路

順序電流滅火能力

SPD浪涌保護器的應(yīng)用場景,火花隙的一個特殊特性是連續(xù)電流熄滅能力，Ifi。如果通過浪涌電壓點燃火花隙，則代表一種短路，為連接的電源網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動電流。因此，火花隙必須能夠在放電過程之后自行中斷電源電流，而不會觸發(fā)上游過流保護裝置。順序電流熄滅能力表明在何種情況下可以保證預(yù)期的短路電流安裝位置。現(xiàn)代火花隙必須能夠做兩件事：

? 從短暫的雷電流中釋放大量能量

? 從強大的供電網(wǎng)絡(luò)中獨立消除連續(xù)電流

SPD浪涌保護器的應(yīng)用場景,在雷電流的情況下，在最好的情況下，火花隙的阻抗非常低，以保持盡可能低的能量輸入并增加魯棒性。然而，在連續(xù)電流的情況下，阻抗必須盡可能高，以確保快速消除。為了在可能的短路電流高達 100 kA 的供電網(wǎng)絡(luò)上承受高達 50 kA 的雷電流幅值。因此，今天的火花隙通常結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由許多單獨的功能部件組成（圖 38）。

SPD浪涌保護器的應(yīng)用場景-電流

圖 37：加載 (8/20 μs) 脈沖時觸發(fā)火花隙的典型殘余電壓曲線

SPD浪涌保護器的應(yīng)用場景-組件

圖 38：現(xiàn)代封閉式火花隙的各個組件

6.1.3 類型 2：電涌保護器

SPD浪涌保護器的應(yīng)用場景,2 類電涌保護裝置通常安裝在子配電或機器控制柜中。這些 SPD 必須能夠釋放間接雷擊或開關(guān)操作引起的感應(yīng)浪涌電壓，但不能處理直接雷擊。因此，能量輸入顯著減少。在任何情況下，由開關(guān)操作引起的感應(yīng)浪涌電壓通常是非常動態(tài)的。在這里，具有快速響應(yīng)行為的放電技術(shù)經(jīng)得起考驗，例如壓敏電阻技術(shù)。

SPD浪涌保護器的應(yīng)用場景-電阻

圖 39：壓敏電阻等效電路圖

壓敏電阻技術(shù)

SPD浪涌保護器的應(yīng)用場景,壓敏電阻（可變電阻器或金屬氧化物壓敏電阻，MOV）（圖39）是由金屬氧化物陶瓷制成的半導(dǎo)體元件。它們表現(xiàn)出非線性的電流-電壓特性曲線（圖 40）。在低電壓范圍內(nèi)，壓敏電阻的阻抗非常高，但在較高電壓范圍內(nèi)，阻抗會迅速下降，因此可以毫無問題地釋放非常大的電流。因此，壓敏電阻的特性被稱為限壓特性。由于典型的響應(yīng)時間在較低的納秒范圍內(nèi)，壓敏電阻甚至非常適合限制特別動態(tài)的浪涌電壓現(xiàn)象。圖 40：額定電壓為 320 V AC 的壓敏電阻的電壓-電流特性曲線

SPD浪涌保護器的應(yīng)用場景-電流曲線

承載雷電流的壓敏電阻

高性能壓敏陶瓷甚至可以表現(xiàn)出高達 12.5 kA (10/350 μs) 的脈沖放電容量，這意味著它們也適合作為 1 類 SPD 用于低保護級別的環(huán)境。

對于25 kA至50 kA（10/350 μs）的更高脈沖放電容量，通常必須使用多個壓敏電阻并聯(lián)。沒有火花隙技術(shù)的浪涌保護制造商因此經(jīng)常使用壓敏電阻作為防雷等級圖 41：額定電壓為 350 V AC 的壓敏電阻在 25 kA (8/20 μs) 負載下的殘余電壓

SPD浪涌保護器的應(yīng)用場景-壓敏電阻

I的1型SPD。這個概念有嚴重的缺點：如果并聯(lián)的壓敏電阻的特性不精確匹配，則要求是很難滿足，在工作過程中，各個路徑被置于不同的負載下。隨著時間的推移，不均勻的負載變得越來越大。這最終導(dǎo)致壓敏電阻過載。

6.1.4 類型 3：設(shè)備保護

SPD浪涌保護器的應(yīng)用場景,3類電涌保護器一般安裝在被保護終端設(shè)備的正前方。由于安裝環(huán)境不同，3 類 SPD 的設(shè)計范圍非常廣泛。例如：除了標準的 DIN 導(dǎo)軌安裝外，還有用于安裝在插座中或直接安裝在終端設(shè)備 PCB 上的設(shè)備。

從技術(shù)上講，3 類 SPD 與 2 類最相似，后者基于壓敏電阻，但與 2 類相比，在標稱放電容量方面的要求更低。通常將電源保護鏈接到保護終端設(shè)備中的其他接口，如數(shù)據(jù)通信線路。為此有組合設(shè)備。它們對所有相應(yīng)的（供電）線路進行電涌保護。

6.1.5 協(xié)調(diào)不同類型的 SPD

SPD浪涌保護器的應(yīng)用場景,避雷區(qū)概念為跨區(qū)域的所有線路提供協(xié)調(diào)的浪涌保護設(shè)備。它們的功率值基于要達到的保護等級。取決于區(qū)域轉(zhuǎn)換，因此需要不同的類型（參見表 2）。電涌保護裝置的產(chǎn)品標準 IEC 61643-11 [6] 中定義了對各種 SPD 類型的要求。多級保護概念可由此衍生（圖 42）。

從內(nèi)部保護區(qū)開始，要協(xié)調(diào)一個 3 類 SPD 和一個上游 2 類 SPD。必須確保 3 類 SPD 在能量方面不會過載。由于在保護區(qū)概念的這個區(qū)域中預(yù)計會有較低幅度的浪涌電壓，因此選擇性尋址已經(jīng)由類型 3 SPD 的 Uc 保證，該 Uc 大于或等于類型 2 SPD。

SPD浪涌保護器的應(yīng)用場景,在外部保護區(qū)的方向上，必須再次確保 2 類 SPD 與上游 1 類 SPD 之間的協(xié)調(diào)。由于這里必須考慮直接雷擊或部分雷擊的可能性，這種情況只能由類型 1 SPD 承擔(dān)，因此 SPD 的選擇性尋址尤為重要，否則類型 2 SPD可能會超載。由于用于 1 類 SPD 的技術(shù)非常不同，因此沒有通用的協(xié)調(diào)條件。基于火花隙的 1 型 SPD 在這方面具有明顯的優(yōu)勢。在雷電流的大部分時間里，它們相對較低的殘余電壓僅為幾百伏，確保電流幾乎完全轉(zhuǎn)換。

SPD浪涌保護器的應(yīng)用場景

圖 42：具有一系列連續(xù) SPD 類型的多級保護概念

6.1.6 符合 IEC 60364 的電網(wǎng)系統(tǒng)

SPD浪涌保護器的應(yīng)用場景,交流系統(tǒng)的浪涌保護概念的設(shè)計取決于現(xiàn)有的電網(wǎng)系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)可以根據(jù)提供電源的變壓器的接地設(shè)計、用電系統(tǒng)以及它們之間的連接而變化.用于架設(shè)低壓電源系統(tǒng)的指令 IEC 60364-1 [10] 列出了以下系統(tǒng)配置：

TN-S系統(tǒng)

在這個電網(wǎng)系統(tǒng)中，供電變壓器的一個點——通常是中性點——通常直接接地。中性導(dǎo)體 (N) 和保護導(dǎo)體 (PE) 在單獨的導(dǎo)體中連接到用電系統(tǒng)。三相電源由五根導(dǎo)線組成：L1、L2、L3、N 和 PE（圖 43）。

SPD浪涌保護器的應(yīng)用場景-TN-S系統(tǒng)

圖43：TN-S系統(tǒng)

TN-C系統(tǒng)

在該電網(wǎng)系統(tǒng)中，供電變壓器的中性點直接接地。中性導(dǎo)體和保護導(dǎo)體通過一根導(dǎo)體 (PEN) 連接到用電系統(tǒng)。三相電源由四根導(dǎo)線組成：L1、L2、L3 和 PEN（圖 44）。

SPD浪涌保護器的應(yīng)用場景-TN-C系統(tǒng)

TT系統(tǒng)

在該電網(wǎng)系統(tǒng)中，變壓器的接地點僅作為中性導(dǎo)體連接到系統(tǒng)。電氣系統(tǒng)的各個部分連接到與變壓器接地點分開的本地接地系統(tǒng)。中性導(dǎo)體和本地保護圖44：TN-C系統(tǒng)

導(dǎo)體通過單獨的導(dǎo)體連接到用電系統(tǒng)。三相電源由五根導(dǎo)線組成：L1、L2、L3、N 和本地 PE（圖 45）。

SPD浪涌保護器的應(yīng)用場景-TT系統(tǒng)

IT系統(tǒng)

在該電網(wǎng)系統(tǒng)中，供電變壓器的中性點不接地，或僅通過高阻抗接地。電氣系統(tǒng)的各部分連接到與變壓器接地點分開的本地接地系統(tǒng)。如果中性導(dǎo)體也從提供能量的變壓器的中性點布線，則該中性導(dǎo)體與本地保護導(dǎo)體分開布線。三相電源由四根或五根導(dǎo)線組成：L1、L2、L3（如果適用）和本地 PE（圖 46）。圖45：TT系統(tǒng)

SPD浪涌保護器的應(yīng)用場景-IT系統(tǒng)

圖46：IT系統(tǒng)

SPD浪涌保護器的應(yīng)用場景,IT 系統(tǒng)的一個特點是對地絕緣故障可能會在有限的時間內(nèi)發(fā)生。該相接地故障只需通過絕緣監(jiān)測檢測并上報，以便及時糾正。只有在發(fā)生第二次接地故障時，才會導(dǎo)致兩相之間短路，相關(guān)的浪涌保護設(shè)備才會跳閘。因此，用于 IT 系統(tǒng)的電涌保護器必須能夠承受系統(tǒng)的相間電壓以及容差。這是由規(guī)范要求確保的，即只有最大連續(xù)電壓至少為相間電壓加上容差的 SPD 才能用于 IT 系統(tǒng)中的相和 PE 之間。

-End-

易造防雷浪涌保護器（防雷器）的主要優(yōu)勢：

易造復(fù)合型浪涌保護器，20年設(shè)計壽命，小體積大通流，低殘壓、高TOV耐受1800V；MG串聯(lián)技術(shù)，0漏流0續(xù)流；密封型結(jié)構(gòu)無外泄電弧，不起火。

易造電涌保護器采用鏈式放電技術(shù)，實現(xiàn)了SPD的能量自動協(xié)調(diào)功能，安裝時無需考慮兩級SPD間的距離，第二級SPD可以直接安裝于第一級SPD后端，安裝更方便！

易造浪涌保護器外殼采用PA66高阻燃絕緣材料，符合UL94V-0 RoHS REACH，一體化設(shè)計防震防潮耐高溫，易造電涌保護器廣泛應(yīng)用于電力、新能源、通訊、建筑、軌道交通、石油石化等多個領(lǐng)域。

杭州易造是浙江省科技型企業(yè)，高品質(zhì)防雷設(shè)備生產(chǎn)廠家,擁有全套風(fēng)電浪涌保護器生產(chǎn)技術(shù)。主要生產(chǎn)一級浪涌保護器、二級浪涌保護器、三級電涌保護器、信號防雷器、直流防雷器、風(fēng)電浪涌保護器等全系列防雷模塊，產(chǎn)品通過了UL、CSA、TUV、CQC、CE等權(quán)威認證，1500+規(guī)格型號，可滿足所有低壓設(shè)備的電涌防護要求。