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浅析浪涌保护器的应用及选型

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  摘 要 浪涌保护器是现代防雷技术的重要组成部分,本文介绍了浪涌保护器的一些基本知识,并对其选型与安装作了叙述及示例。
  关键词 雷电;SPD;应用;选型
  引言
  雷电的危害性
  雷电是一种常见的自然现象,它除了危及人身安全外,还会对电气设备,特别是电子设备产生巨大的破坏作用。从雷害发生的地区看,我国人口密集、经济发达的大中城市均处在中等以上雷电区,在这些地区计算机及其他电子信息产品得到了广泛应用,遇到雷害的概率很高。因此,我们必须不断提高对雷灾的防御能力。
  1 浪涌保护器(SPD)应用常识
  SPD主要用来限制在电源系统中由雷电引起的瞬态过电压 (即雷电电涌) 和大部分的操作过电压。雷电电涌可以通过电源或信号线路侵入设备,可以由于雷击时地电位升高反击设备,也可以因雷击建筑物本身 (或在附近) 产生的脉冲电磁场在电缆和环路中感应产生。因此,除了配备良好的避雷针、引下线和接地装置等外部防雷措施,还需要安装SPD。因为它们无法防止雷电感应电涌沿线的传导侵入和雷电二次回击。特别是如果建筑物内有价值较高、影响较大信息电子设备和/或电力电子设备,其耐受雷电电涌的能力大大低于常规电气设备,更加需要安装SPD。
  1.1 SPD分类
  (1)SPD可以按其结构原理和动作特性 (与保护元件有关) 分类为电压限制型、电压开关型、混合型:
  有一类元件,当其两端电压差值在正常范围内时,电阻很大,几乎没有电流通过;一旦元件两端电压差增大到一定的门槛值时,电阻迅速减小,几乎为零。利用该特性,我们将含有此元件的SPD与被保护设备并联,这类SPD就称为电压限制型SPD。
  另外有一类元件,在正常工作电压下,电阻几乎完全为零,当控制电压(信号电压或电源电压)达到一定的门槛值时,元件马上呈现出很大的电阻值。我们可以将含有此元件的SPD与被保护设备串联以达到保护目的,这类SPD称为电压开关型SPD[1]。
  混合型SPD由电压限制型组件和电压开关型组件组合而成,可以显示为电压限制型或开关型或两者兼有的特性,这取决于所加电压的特性。
  (2)SPD可以按其用途分类为电源SPD、信号SPD、天馈线SPD。
  (3)SPD可以从安装方式上分为固定式、插拔式、移动式。
  1.2 SPD保护应用的基本要求
  在电路没有干扰时,不影响设备的正常运行;工作电路中一旦有浪涌电压侵入时,将浪涌电压抑制在设备可接受的数值范围内,保证设备在受到浪涌干扰时的正常运行,并且防止电路元器件和系统的损坏。从电路连接关系的角度来看,保护的方式有两种,一是将设备从受干扰的工作电路中断开,二是给浪涌电压提供泄放通道,最终使浪涌电压不作用到被保护的设备上。
  ①对SPD的主要要求是能否将电涌电压限制到所需数值以下。②SPD在泄放雷电流的过程必须安全,否则SPD本身就会损坏。③由于落雷的不确定性,SPD必须在被保护电路工作时长期接入且稳定工作。
  1.3 SPD主要技术参数
  为满足以上对SPD应用的要求,应控制以下几个技术参数,对应于上面各点分别是:
  ①电压保护水平。通常电压保护水平越低,保护效果越好。②流通容量。通常流通容量越高,雷电下安全性越好。但是流通容量越大,SPD价格也就越高。③最大持续运行电压。通常最大持续运行电压越高,长期安全性越好,但是最大持续运行电压越高,电压保护水平也水涨船高。
  三个参数的选择不能顾此失彼,要从保护效果、可靠性、经济性等多方面进行统一考虑。
  2 浪涌保护器(SPD)应用选型
  浪涌保护器的配置应符合《建筑物防雷设计规范》(GB50057-2010)、《建筑物电子信息系统防雷技术规范》(GB50343-2012)以及IEC 60364-4的规定要求。
  2.1 电压保护水平Up应满足以下要求:Us.max< Up< Uchoc
  其中:Uchoc为被保护设备的冲击耐受电压;Us.max为接地系统类型和电网的最高运行电压。
  根据IEC60364-4,三相电网电压为230V /440V被保护设备冲击耐受电压(8/20μs)分为四类[2]。
  在TN-C和TN-S系统中电网最高运行电压为253/264V。
  2.2 分级配置原则
  当进线低压浪涌保护器SPD在雷电涌流入侵并泄流时,有以下两种可能性:
  ①Up> Uchoc;②精密设备离进线浪涌保护器SPD的距离大于10m。
  这两种情况下,应在接近负载处安装二级浪涌保护器以降低过电压,使其与被保护设备的冲击耐受电压相匹配;第一级保护应能承受绝大部分雷电流,第二级配置泄放残余的雷电流,限制设备端的残余电压,同时与第一级保护配合。
  2.3 50cm接线原则
  安装接线时,要求浪涌保护器端子与带电导线和接地母排的接线应尽可能短,以避免接线上分压过大,造成母线电压升高太多。
  2.4 后备保护断路器的选择
  基于电气安全原因,并联安装在市电电源的SPD,为防止其失效后造成故障短路,必须在SPD前安装短路保护器件。SPD的后备保护有熔断器、断路器和漏电断路器三种,其中最常用的为断路器。
  SPD后备断路器的选型关系到SPD的安全性、可靠性以及供电系统的连续性。选择后备断路器时,应考虑以下几个方面:
  ①断路器承载电涌电流的能力;②断路器分断短路电流的能力;③断路器对电压保护水平Up的影响;④与上级断路器的选择性。
  后备断路器的选择比较讲究,应符合相关的规范标准并通过相应的配套试验验证,建议严格按照SPD生产厂家的样本进行配套选型[3]。
  3 结束语
  浪涌保护器作为现代防雷技术的重要组成部分,已经越来越广泛的应用于供配电与电子信息领域。对比后可以发现国家规范更新时在原版的基础上大幅增加了关于SPD的要求内容,说明国内防雷设计要求在提高,这就要求设计人员能够与时俱进,及时了解和应用先进技术,进一步保证各类电子信息系统的安全性与稳定性。
  参考文献
  [1] 张博超,王鹏,吴杨,等.电涌保护器在实际工作中的作用及应用方法[J].南方农机,2017,(24):72.
  [2] 谢周,李君灿,项威,等.电涌保护器(SPD)产品的选型及应用措施[J].农业科技与信息,2016,(32):64-65.
  [3] 葉青.电源浪涌保护器及其应用[J].电气安装技术,2006,(3):41-43.
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