一级浪涌保护器是必须选10/350波形吗

2017-09-09 温州创捷防雷电器有限公司 29
  8/20 波形和10/350 波形的对照
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本文以Dion Neri 和Bruce Glushakow 所著的白皮书为基础,该白皮书经IEEE考核后被确定为学术理论性文件。
开端阐述以前,咱们先关注一下这样一个理想:多年来,美国的防雷器(又称瞬态电压抑制器TVSS)的测试规划都以ANSI/IEEE C62.41(美国国家标准委员会/电气电子工程师协会C62.41标准)为测试规范。而无理论运用中,凭证该标准举办方案、出产、测试的防雷器在举世市场上取患了杰出的运用结果。
1、历史回顾回头:10/350 作为一级测试波形的由来
在1995年曩昔,蕴含美国在内的大多半国家都给与8/20 波形测试防雷器,“国内电气规范”(IEC)也给与相同的做法。但然后,在IEC 61643标准文件中,却对安装在建筑物进线处的防雷器引入了新的“配电系统1级防护”测试规划。为了适应IEC 61643对袭击脉冲电流(Iimp)的要求,测试机构不能不将测试波形改成10/350。而这一变化的所谓“理论基础”是:10/350的波形更接近于直接雷击的波形参数,是以,在对此类举办防雷器(IEC称SPD)的无效性测试时给与10/350波形比8/20波形更合适。
但是,在经过大量稳定的跟踪视察今后,IEEE以为对测试规划做出相通的修正根柢不拥有充实的情由,是以如故僵持给与8/20波形。但在现实中,IEC引入的“配电系统1级防护”测试新规划却在电涌保护器市场上形成为了杂乱:在某些欧洲出产商的推动下,“配电系统1级电涌保护器” 在方案、出产上凭证10/350测试脉冲为参考,给与真空管作为防护元件,并宣称该种保护器成为所谓“支流”。他们根据很重大:“既然直接雷击的波形只能用10/350波形的脉冲举办摹拟,以是,ANSI/IEEE所主张的8/20波形的测试规范就不足以起到防护直接雷击的作用。”
2、IEC决定10/350 的技术根据
凭证IEC的“新要求”,测试“防护直接雷击的电涌保护器”时应给与10/350波形袭击脉冲,而测试“防护间接雷击的浪涌保护器”时应给与8/20波形。
从右图可见,100kA的10/350波形脉冲的放电强度是20kA的 8/20 波形脉冲的125倍。
125 × 0.4 = 50
照此类推:咱们能够得出下列论断:
若是应用压敏电阻MOV作为浪涌抑制元件,计一概个能防护100kA 的10/350 波形的袭击脉冲的保护器,它所拥有的放电手段必须至关于防护2500kA的8/20波形袭击脉冲的手段。
以上论断的打算历程揭晓在IEC的规范文件中,并以此作为理论根据证明:“按10/350波形测试方案的保护器的防护手段比按8/20波形测试的保护器要高20倍以上。”
3、对10/350波形的给与的争议
咱们切磋这样的论断能否正确以前,先看看这样一些理想:
1.按8/20方案的浪涌保护器的理论运用形态
多年来,在悉数给与ANSI/IEEE标准测试的低压浪涌保护器的市场上,至今没有,也没有必要方案出浪涌手段在2500kA的保护器。其启事在于:
(1)多年现实的运用照顾咱们:即使是在雷电景遇最卑劣的处所,浪涌手段在8/20波形400kA的保护器所拥有的防护程度,拼集极度卑劣的直接雷击工作都曾经绰绰不足。
(2)在天下范畴内,给与8/20测试波形的保护器在保护敏感电子设备免遭直接雷击的袭击时所体现出的性能始终无比波动稳定。
2.IEC外部对于能否应当给与10/350波形也存在争议
1995年,10/350测试波形首先显而今IEC 61312-1 标准文件中。但在此先后,IEC外部对能否给与10/350波形存在着不同的观念,这类否决意见随着人们对直击雷清楚明明的进步,否决的声响也越来越高。
在1995年召开的TC 81委员会聚会上,通恰当方游说,18个推荐国家中的14个对10/350测试波形议案投了赞许票,并通过议案。2000年,在对“IEC 61312-3:2000”批改案举办投票时,19个推荐国家中投赞许票的国家缩小为13个。今后咱们能够看出,到2000年,在IEC外部有近1/3的国家对10/350测试波形持否决态度。
4、IEEE 对直击雷的研讨
在IEC 61312-1 标准文件推出当前,IEEE C 62.41.2-2002 标准文件对“首次雷击(first-stroke lightning) 举办了评价,评价范畴蕴含了IEC 61312文件中规定的“半峰值时间”为350毫秒的袭击脉冲(10/350波形),并得出下列论断:
“IEC所谓‘高能量浪涌的防护要求’是创建在有限的数据阐发基础之上,其启事在于:当咱们把这样的‘要求’和凭证IEEE C62 系列文件所方案的浪涌保护器的理论运用结果绝对照时,就发现这类‘要求’不稳定。”
IEEE的此次评价检察了下列三方面的题目:
(1)10/350波形是谁首先提出的,根据是甚么?
(2)在决定浪涌保护器的测试波形时,理想应当以甚么样的技术数据为根据?
(3)10/350波形和直接雷击的相似性理想有多少?
1.甚么叫10/350 波形?
10/350 是示意袭击脉冲电流时间变化的数据。个中10(微秒)示意袭击脉冲抵达90%电流峰值的时间,而350示意从电流峰值到半峰值的时间(T2)。
理想上,无论成因能否为雷击,任何一个继续时间在350毫秒的岑岭值电流(Ipeak)对付任何一种以半导体元件为主的保护器都是致命的。
而今咱们能够明晰:
IEC 61312-1 标准文件的拟订者们给与了10/350波形这个理想。但是,通过该标准文件的IEC TC 81委员会聚会还在其标准文件中宣称“给与10/350测试波形的情由等于:常见雷击的‘半峰值’时间等于350毫秒。”
2.确定10/350测试波形理想应当以甚么样的技术数据为基础?
既然IEC 确定10/350波形是凭证这样的情由,而今咱们对这类情由的正确性做出阐发。
(1)IEC 61643-1号文件将IEC 61312-1指定为雷电浪涌测试参数的惟一规范性文件。(请拜会IEC 61643-1号文件143页的附录A)
(2)IEC 61643-1号文件无关雷电电流的参数切实其实定根据仅仅只是仰仗于1975年和1980年揭晓在国内电气杂志上的两篇文章。
而今,咱们就对这两篇文章举办阐发。
▲1975年文章
在阐发K·Berger论断以前,咱们先看看IEC 61312-1文件的测试波形的决定根据:
IEC 61312-1文件的重要根据是“首次阳性雷击 (first positive stroke)”的参数。对付这类做法,TC 81委员会在该文件的附录A中这样诠释到:“咱们以为,在悉数的闪电中,90%的闪电为阴性,10%为阳性。但由于首次阳性闪电的形成为:首次雷击 + 永劫雷击,以是首次阳性放电能量很大,是以,雷击的峰值参数应当以此作为根据。就1级防护来说,尽管首次阳性雷击的显现机率低于10%,但其各项数据能够涵盖悉数闪电中的99%,是以,雷电参数的峰值,如电流峰值参数Ipeak,闪电电荷参数Qf ,短时雷击参数Qs ,细心能量参数W/Q,都应当以此为根据。其它,大多半阴性闪电的峰值远远低于首次阳性直击雷,虽然有些阴性闪电的参数能够比首次阳性直击雷还要高,但比例在悉数闪电中不足1%,是以能够忽略不计。
换句话说,IEC 61312-1文件的拟订者们以为:只需他们思索到了那些显现虽然机率较低,但继续时间较长的“首次阳性雷击 (first positive stroke)”,便能够确保“恬适”。但对付这样的论断,连1975年文章的作者K·Berger本人都以为是周全的。
1975年,从事雷电研讨的瑞士电气工程师K·Berger在国内电气杂志上揭晓文章,以为直击雷的电流波形相同10/350波形。
而今咱们来阐发一下他得出该论断的关键因素:
雷击搜聚所在:位于瑞士Lugano湖边四处的San Salvatore山上的一所雷电监测站。
题目1:将高塔引雷形成的回击雷当作直击雷
K·Berger文章中所提到的 阳性云—地闪电 的探测所在是位于有高塔的山顶上,这和位于山顶的没有高塔的其它建筑的雷电环境不同。有高塔的山顶建筑会引雷。理想上,在K·Berger探测到的悉数闪电中,除一次破例,另外的闪电的形成都是先由高塔向上引雷,然后是向下的雷击。而的IEC 61312-1文件却以此为根据,将这类山顶高塔回击雷当作所谓“占天然雷击10%的阳性直击雷”。但是在现实环境中,高塔引雷所引起的回雷击工作在悉数雷击工作中的比例还远不到1%。
而今咱们知道,IEC 61312-1文件的拟订者们以K·Berger的研讨成就为根据,把阳性的回击雷(positive return strokes) 看作是首次阳性直击雷,并得出论断:“首次阳性雷击”的电流峰值Ipeak比阴性的雷击要高得多。但这类清楚明明却是值得狐疑的,根据下列:
20世纪末,“美国国家雷电探测网NLDN”对6千万次闪电举办了研讨,成就显示:阳性或阴性的云—地岑岭值电流闪电(LPCCG)占个中的146万次,比例为2.46%。而对付悉数Imax>75kA的闪电,阴性云—地岑岭值电流闪电在数量上大大超过阳性云—地岑岭值电流闪电。由此可见,IEC无关阴性雷和阳性雷电流大小的论断是站不住脚的
题目2:对阳性回击闪电的波形和阴性闪电的波形的领会
IEC 61312-1文件以为,阳性回击闪电的波形和阴性闪电的波形存在着很大的悬殊。但是,“美国国家雷电探测网NLDN”的研讨却证明这两种波形在很大程度上是相通的。
▲1980年文章
1980年,国内电气杂志揭晓的一篇文章以为,雷击工作的电流波形相同10/350波形。IEC再次接收了文章的概念。但在国内范畴内,蕴含欧洲其它的威望机构,对此种概念并无示意赞许。譬喻总部位于法国的闻名非政府国内结构“大型配电系统国内理事会(CIGRE)”的专家们就对此持否决态度,其双语杂志《Electra》也谢绝刊登任何阻挡相通概念的学术文章。
(CIGRE创建于1921年,其创建宗旨是促成列国电气工程师及专家之间的知识信息交流,并展开学术研讨。)
3.10/350波形和直接雷击的相似性理想有多少:雷击继续时间研讨
说谎话,雷击工作也许是天然界中最难以推测的景遇之一。个中的重要启事是由于雷电景遇研讨本人难度很大,是以,在现阶段最稳定的根据等于理论运用结果和大范围的视察研讨的成就。现在,大量的研讨证明下列的理想是值得置信的:
(1)2001年,“高压电气工程”的作者J·R·Lucas 在其文章中提出,在打算雷电浪涌时,回击雷历程中显现的高电流是惟一对照稀罕的环境。在这一历程中,电流的波形能够示意为:       i = I(e-alpha x t – e-beta x t)
个中波前时间为0.5~10毫秒,波尾时间为30~200毫秒。
但通常来说,雷击电流波形的波前时间应为6毫秒,波尾时间为25毫秒(即6/25)
(2)韩国电力公司举办一项为期5年的研讨。成就发现,在他们所监测到的雷击中,95%的半峰时间不到22毫秒,而平均峰值时间为10.82毫秒。
(3)1977年,在日本举办的一项研讨中,发现平均半峰时间为40毫秒。
(4)美国国家海洋&大气管理局(NOAA) 经研讨提出:“回击雷的峰值电流的变化范畴在5~200kA,而半峰时间的变化范畴在20~50毫秒。
从以上研讨中咱们看出:除了回击雷这一破例(0.5~10 / 30~200),大多半直击雷的对照接近8/20波形。
5、IEEE给与的直击雷测试波形
在对雷电浪涌环境,测试波形及测试步伐举办了遍及深入的视察研讨今后,IEEE终极确定运用于浪涌保护器测试的波形,并在IEEE C62.41.2-2002标准文件中引荐给与:
(1)配电系统C,B类:1.2/50 ~ 8/20 混合波,前者用于电压测试,后者用于电流袭击测试。
(2)配电系统A类:100kHz 环波(摹拟低幅瞬态电压和电磁射频搅扰)
IEEE 无关雷电浪涌防护的标准文件蕴含C62.45-2002,C62.41.1-2002及C62.41.2-2002,技术材料统共292页。凭证IEEE标准方案出产的浪涌保护器遍及运用在天下上电子设备最敏感,数量最密集的处所,理论运用结果在天下范畴长久获得必定。