浪涌保护器工作原理及防雷设计

2017-09-09 温州创捷防雷电器有限公司 177
  择要:防雷器(SurgeProtectiveDevice,SPD)又称防雷器,是用于带电系统中限定瞬态过电压和导引泄放电涌电流的非线性防护器件,用以保护耐压水平低的电器或电子系统免遭雷击及雷击电磁脉冲或利用过电压的危害。最近几年来,电子信息系统(如电视、电话、通信、打算机网络等)发展迅猛,电子信息设备大量涌现和普及。这类系统和设备往常对照低廉和重要,其任务电压、耐压水平很低,极易遭到雷电电磁脉冲的危险,为此需采用SPD做过电压保护。
1小序
电涌保护器(SurgeProtectiveDevice,SPD)又称防雷器,是用于带电系统中限定瞬态过电压和导引泄放电涌电流的非线性防护器件,用以保护耐压水平低的电器或电子系统免遭雷击及雷击电磁脉冲或利用过电压的危害。最近几年来,电子信息系统(如电视、电话、通信、打算机网络等)发展迅猛,电子信息设备大量涌现和普及。这类系统和设备往常对照低廉和重要,其任务电压、耐压水平很低,极易遭到雷电电磁脉冲的危险,为此需采用SPD做过电压保护。
由于列国遵照的标准纷歧样,产品的规格没有统一,参数的标识也各自有着重,远不如其余电气产品规范,这就给方案选型带来很大未便。在工程方案中,常见品牌按产地划分重要可分为国产产品、欧洲产品和美洲产品。国产产品参数设置较乱,规格多样,残压较高。规范产品的型号设置有的仿欧洲产品,有的遵照国标定参数,大局部产品都标注In与Imax。由于国产产品对运用处所要求较低,建筑物等第不高,设备耐压值大,以是一些参数要求可适宜加紧。
欧洲产品一般标注最大放电电流,产品型号也是按照这个参数设定的。譬喻欧洲某着名品牌XXX6五、XXX40,个中数值6五、40等于Imax。但我国标准明晰规定要用标称放电电流In来举办选型,这是现在在工程方案中遇到的一个为难环境。经查该产品资料,XX65的In值不超过20kA,XX40的In值不超过15kA。若是按照GB50343创议值,这两种产品只能用于设备末了三级保护,但在实践方案中,却装在了1、二级上,这分明与国家标准的选型参数不符,且残压较高,巨大型号一般超过1200V,一旦接线环境欠好,很容易打破设备耐压值。一般欧系产品Uc值较小,且谋利取巧标注线电压,是以在选型时,较容易泛起误导。
2SPD概述
2.1SPD的任务原理
电涌保护器适用于220/380V低压电源保护,是一种非线性元件,按照IEC标准规定,电涌保护器是重要抑制传导过来的线路过电压和过电流的装配。电涌保护器起到保护作用,根本要求是必须经受预期通过的雷电电流,并且通过电涌最大钳压,无效燃烧在雷电疏通其时产生的工频续流,把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限定在设备或系统所能经受的电压范畴内,或将壮大的雷电流泄流上天,保护被保护的设备或系统不受袭击而毁坏。
电涌保护器的类型和布局按不同的用处有所不同,但最多蕴含一个非线性电压限定元件。经常使用电涌保护器有MOV(MetalOxideVaristor)同气体放电管等。电涌蕴含壮大的能量是以不能被禁止。基于这类启事,保护敏感电气设备免受电涌毁坏的策略是把电涌从设备分流后流入大地。
防雷器MOV由三局部构成:中央是一根金属氧化物材料,由两个半导体衔接着电源和地线。当产生浪涌时MOV立即行径,响应时间为1~3毫微秒。MOV中的“V”是变阻器,在响应的一瞬间,MOV的电阻从最大值降到近乎零欧姆,过电流经MOV流入大地。被保护电气设备继承在失常任务电压下运转。其半导体元件具备随电压变化而篡改电阻的性子。当电压低于某个特定值时,半导体中的电子流动产生高电阻。反之,当电压超过该特定值时,电子流动会产生变化,半导体电阻低落接近零欧姆。电压失常,防雷器MOV闲在一旁,不影响电力路线。
*价防雷器MOV优劣的目标:(1)箝位电压:透露施展阐发将招致MOV接通地线的电压值。箝位电压越低,透露施展阐发保护机能越好。(2)能量吸收/耗散手段:此标称值透露施展阐发电涌保护器在废弃前可以吸收多少能量,单位为焦耳。其数值越高,保护机能就越好。(3)响应时间:电涌保护器不会立即断开,它们对电涌做出响应会有纤细的缩短。
另外一种常见的浪涌保护装配是气体放电管。这些气体放电管作用与MOV类似,它们将多余电流从火线移到地线,通过在两根电线之间应用惰性气体作为导体完成此机能。当电压处于某一特定范畴时,该气体的构成决定了它是不良导体。若是电压泛起浪涌并超过这一范畴,电流的强度将足以使气体电离,从而使气体放电管成为无比杰出的导体。它会将电传布导至地线,直到电压回覆失常水平,随后又会成为不良导体。
2.2电涌保护器的分类
SPD是电子设备雷电防护中不可缺乏的一种装配,其作用是把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限定在设备或系统所能经受的电压范畴内,或将壮大的雷电流泄流上天,保护被保护的设备或系统不受袭击。
2.2.1按任务原理分类
按其任务原理分类,SPD可以分为电压开关型、限压型及组合型。
(1)电压开关型SPD。在没有瞬时过电压时泛起高阻抗,一旦响应雷电瞬时过电压,其阻抗就突变为低阻抗,准许雷电疏通过,也被称为“短路开关型SPD”。
(2)限压型SPD。当没有瞬时过电压时,为高阻抗,但随电涌电流和电压的添加,其阻抗会一向减小,其电流电压个性为凶猛非线性,无意偶尔被称为“钳压型SPD”。
(3)组合型SPD。由电压开关型组件和限压型组件组合而成,可以显示为电压开关型或限压型或两者兼有的个性,这决定于所加电压的个性。
2.2.2按用惩罚类
按其用惩罚类,SPD可以分为电源路线SPD和信号路线SPD两种。
(1)电源路线SPD
由于雷击的能量是特别很是巨大的,需求通过分级泄放的要领,将雷击能量逐渐泄放到大地。在直击雷非防护区(LPZ0A)或在直击雷防护区(LPZ0B)与第一防护区(LPZ1)接壤处,安装通过Ⅰ级分类试验的浪涌保护器或限压型浪涌保护器作为第一级保护,对直击雷电流举办泄放,可以当电源传输路线遭遇直接雷击时,将传导的巨大能量举办泄放。在第一防护区今后的各分区(蕴含LPZ1区)接壤处安装限压型浪涌保护器,作为2、三级或更高等第保护。第二级保护器是针对前级保护器的残剩电压以及区内认为雷击的防护设备,在前级产生较大雷击能量吸收时,仍有一局部对设备或第三级保护器而言是至关巨大的能量,会传导过来,需求第二级保护器进一步吸收。同时,经过第一级防雷器的传输路线也会认为雷击电磁脉冲辐射。当路线完善永劫,认为雷的能量就变得完善大,需求第二级保护器进一步对雷击能量试验泄放。第三级保护器对通过第二级保护器的残剩雷击能量举办保护。按照被保护设备的耐压等第,假定两级防雷便可以做到限定电压低于设备的耐压水平,就只有求做两级保护;假定设备的耐压水平较低,可以需求四级甚至更多级的保护。
(2)信号路线SPD
随着信息系统的遍及运用,由于网络路线多,电子设备的耐压水平低,雷击对信息系统的危险越来越大。雷电对信息系统的危险次如果雷击电磁脉冲形成的,蕴含沿路线传导的雷电过电压波、雷电流在接地线产生的高电位还击、雷击电磁场的静电认为和电磁认为。对电磁脉冲的防护办法有拦挡、分流、等电位联合、樊篱、接地、公允布线等。在信号路线上安装SPD是信息系统防电磁脉冲的一个重要办法,它可以同时起到拦挡、分流、等电位联合的作用。信号路线SPD应衔接在被保护设备的信号端口上。其输出端与被保护设备的端口相连,有串接和并接之分,一般是勾串安装在信号路线上。是以,在决定信号SPD时,应选用插入耗费较小的SPD。
2.3SPD在防雷中的重要性
按照《建筑物防雷方案规范》GB50057-94(2000年版)的规定,在LPZ0B,LPZ1,LPZn+1防雷区建筑物应视环境采用住手认为雷、静电或电涌办法认为雷是由雷闪电流产生的壮大电磁场变化(电磁脉冲认为或静电认为)在导体上认为出的过电压、过电流构成的雷击,对建筑物内的电气设备,特别低压电子设备威胁巨大。建筑物外部设备防雷保护的重点是住手认为雷入侵。在认为雷的防护之中,电涌保护器(SPD)是不可缺乏的装配,它能按照各类路线中泛起的过电压过电流实时做出反应,泄放路线中的过电流或对路线上的过电压举办胁迫,从而达到保护电气设备的目的。
静电、电涌和认为雷的性子异常,均可以通过电涌保护器(SPD)加以抑制。静电产生的另外一种模式是由于摩擦或电子设备的高速运转,在人体和电子设备上产生大量静电电荷,人与物、物与物间易产生高压放电景遇,放电后极易毁坏周到的电子设备;电涌往常产生的面很广,如电源的开和关,电源的插拔,电梯、电闸门、电动机的启动和遏制,电钻、电焊、电气设备毁坏和电线短路等都会产生电涌。其它,电涌也常产生在电源系统外部,电源干
线、支线、发机电、变配电装配、UPS、交直流电源、甚至电气设备终端均可以产生[2]。与雷电比拟,虽然电涌的脉冲电压较低,但其脉冲宽、继续时间长,强度如故不小,但足以搅扰和毁坏电气设备。
3SPD在打算机信息系统中的运用
当代打算机信息系统大多由大范围集成电路构成,微电子器件的绝缘强度低,而这些敏感电子设备的任务电压却在一向低落,其数量和范围一向扩充,于是它们受过电压分外是雷电打击而遭到危害的可以性就大大添加,其后果可以使全体系统运转中断,并形成难以估计的经济损失。雷电和浪涌电压成为信息时代的一至公害。
3.1电源系统的防雷方案
(1)主配电屏。三相线上加装3只MC50-B模块,并分袂加之空气开关,在N线和地线之间加装MC125-B/NPE模块。
(2)UPS保护。在每个相线与中线之间加装V20-C模块,并在每个模块前加装空气开关,在N线与地线之间加装V20-C/NPE模块。
(3)需求保护的重要设备端。应用CNS32D对其电源线加以保护。
(4)弱电设备的电源保护。应用V20-C防雷模块或VF系列电源紧密保护模块。
电源电涌保护器透露施展阐发图如图1所示,个中MC50-B/3+NPE为3个高能石墨间隙防雷器和1个MC125-B/NPE模块的组合,V20-C/3+NPE/AS为加强型带声光机能的防雷器。防雷器及空气开关分袂安装于相应的MCCB旁。
3.2打算机网络的防雷方案
在进出机房的百兆双绞线两端都加装RJ45S-E100/4-F网络防雷器;光纤线不需加装防雷器,但其加强芯应在入户处接地措置。在网络交换机出线端口处也安装RJ45S-E100/4-F网络防雷器,从而构成多级保护。
4SPD运用中的几个题目
4.1SPD的衔接线和接地线导体的截面积
SPD的衔接线和接地线一般采用多股铜线,其接地线截面积应大于衔接线的截面积,并按与SPD衔接的等电位联合排主接地线截面的50%确定。安装在电气装配电源进线端或靠拢进线处的Ⅱ级分类试验的SPD,其接地线应为不小于4mm2的多股铜线。对付防直击雷的Ⅰ级分类试验的SPD,其接地线宜为不小于16mm2的多股铜线。当采用其余材质导线时,其截面积应与上述铜导线截面等效。SPD两端引线应短而直,住手构成过大环路。
4.2SPD的附件
现有大局部电源系统SPD产品都像微型断路器异常采用模块化导轨安装模式,有单极和一体化的多极产品,有平稳式和芯体可插拔调换的插拔式两种安装模式。为了把守SPD的老化和运转状态,采用金属氧化物电阻元件的限压型SPD,带有老化显示及过载热分断装配和失效批示机能。按照系统运转需求还可装设任务状态把守报警模块或近程监控辅佐触头。间隙型SPD可选用运转状态批示器和雷电计数器的产品。
4.3SPD的过流保护
SPD安装路线上应有过电流保护器件,并参照制造商的创议设置。当采用断路器时,应采用具备C型脱扣曲线的延时型脱扣器,其额定电流第一级不小于50A(可选63A),当前各级不小于20A(可选32A)。当采用熔断器时,其设置原则与断路器类似。当SPD装于残剩电流保护装配(RCD)的负荷侧时,为住手电涌电疏通过时,RCD误行径,可采用带延时的S型残剩电流保护器。对分外重要的负荷设备可采用对大气过电压不敏感的SI型残剩电流保护器,且应具备不小于3kA(8/20μs)的电涌电流抗搅扰手段。
5论断
电涌保护器(SPD)是综合防雷系统的重要构成局部,有着不可接替的作用。电涌保护器(SPD)的衔接电路按照不同需求,有不同的模式,在做好樊篱(路线、机房、设备)、等电位衔接和创立联合希奇接地系统后,将其保护认真做深、做细、做好,筑起一道雷电、静电和电涌没法逾越的防线,才气真正包管信息系统和电气设备的恬适。