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浪涌保护器的特点以及工作原理分类
编辑:杭州光束电子科技有限公司   时间:2018-05-23

 最原始的电涌保护器羊角形间隙,出现于19世纪末期,用于架空输电线路,防止雷击损坏设备绝缘而造成停电。20世纪20年代,出现了铝浪涌保护器,氧化膜浪涌保护器和丸式浪涌保护器。30年代出现了管式浪涌保护器。50年代出现了碳化硅防雷器。70年代又出现了金属氧化物浪涌保护器。现代高压浪涌保护器,不仅用于限制电力系统中因雷电引起的过电压,也用于限制因系统操作产生的过电压。

  浪涌保护器的分类

  SPD是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装置,其作用是把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内,或将强大的雷电流泄流入地,保护被保护的设备或系统不受冲击。

  1 按工作原理分类

  按其工作原理分类,SPD可以分为电压开关型、限压型及组合型。

  ⑴电压开关型SPD。在没有瞬时过电压时呈现高阻抗,一旦响应雷电瞬时过电压,其阻抗就突变为低阻抗,允许雷电流通过,也被称为"短路开关型SPD"。

  ⑵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增加,其阻抗会不断减小,其电流电压特性为强烈非线性,有时被称为"钳压型SPD"。

  ⑶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特性,这决定于所加电压的特性。

  2按用途分类

  按其用途分类,SPD可以分为电源线路SPD和信号线路SPD两种。

  电源线路SPD

  由于雷击的能量是非常巨大的,需要通过分级泄放的方法,将雷击能量逐步泄放到大地。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)交界处,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,对直击雷电流进行泄放,或者当电源传输线路遭受直接雷击时,将传导的巨大能量进行泄放。在第一防护区之后的各分区(包含LPZ1区)交界处安装限压型浪涌保护器,作为二、三级或更高等级保护。第二级保护器是针对前级保护器的残余电压以及区内感应雷击的防护设备,在前级发生较大雷击能量吸收时,仍有一部分对设备或第三级保护器而言是相当巨大的能量,会传导过来,需要第二级保护器进一步吸收。同时,经过第一级防雷器的传输线路也会感应雷击电磁脉冲辐射。当线路足够长时,感应雷的能量就变得足够大,需要第二级保护器进一步对雷击能量实施泄放。第三级保护器对通过第二级保护器的残余雷击能量进行保护。根据被保护设备的耐压等级,假如两级防雷就可以做到限制电压低于设备的耐压水平,就只需要做两级保护;假如设备的耐压水平较低,可能需要四级甚至更多级的保护。

  选择SPD,首先需要了解一些参数及其工作原理。

  ⑴ 10/350μs波是模拟直击雷的波形,波形能量大; 8/20μs波是模拟雷电感应和雷电传导的波形。

  ⑵标称放电电流In是指流过SPD、8/20μs电流波的峰值电流。

  ⑶最大放电电流Imax又称为最大通流量,指使用8/20μs电流波冲击SPD一次能承受的最大放电电流。

  ⑷最大持续耐压Uc(rms)指可连续施加在SPD上的最大交流电压有效值或直流电压。

  ⑸残压Ur指在额定放电电流In下的残压值。

  ⑹保护电压Up表征SPD限制接线端子间的电压特性参数,其值可从优选值的列表中选取,应大于限制电压的最高值。

  ⑺电压开关型SPD主要泄放的是10/350μs电流波,限压型SPD主要泄放的是8/20μs电流波。

  信号线路SPD

  信号线路SPD其实就是信号避雷器,安装在信号传输线路中,一般在设备前端,用来保护后续设备,防止雷电波从信号线路涌入损伤设备。

  1)电压保护水平(UP)的选择

  UP 值不应超过被保护设备耐冲击电压额定值,UP 要求SPD 与被保护的设备的绝缘应有良好配合。

  在低压供配电系统装置中,设备均应具有一定的耐受电涌能力,即耐冲击过电压能力。当无法获得220/380V 三相系统各种设备的耐冲击过电压值时,可按IEC 60664-1 和GB 50057-1994(2000 版)的给定指标选用。

  2)标称放电电流In 的(冲击通流容量)选择

  流过SPD、8/20 μs 电流波的峰值电流。用于对SPD 做II 级分类试验,也用于对SPD 做I 级和II 级分类试验的预处理。

  事实上,In 是SPD 不发生实质性破坏而能通过规定次数(一般为20 次)、规定波形(8/20 μs)的最大限度的冲击电流峰值。

  3)最大放电电流Imax(极限冲击通流容量)的选择

  流过SPD、8/20 μs 电流波的峰值电流,用于II 级分类试验。Imax 与In 有许多相同点,他们都是用8/20 μs 电流波的峰值电流对SPD 做II 级分类试验。不同之处也很明显,Imax 只对SPD 做一次冲击试验,试验后SPD 不发生实质性破坏;而In 可以做20次这样的试验,试验后SPD 也不能有实质性破坏。因此,Imax 是冲击的电流极限值,所以最大放电电流也称为极限冲击通流容量。显然,Imax>In。

  折叠编辑本段工作原理

  浪涌保护器(Surge protection Device)是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装置,过去常称为"避雷器"或"过电压保护器"英文简写为SPD.浪涌保护器的作用是把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内,或将强大的雷电流泄流入地,保护被保护的设备或系统不受冲击而损坏。

  浪涌保护器的类型和结构按不同的用途有所不同,但它至少应包含一个非线性电压限制元件。用于浪涌保护器的基本元器件有:放电间隙、充气放电管、压敏电阻、抑制二极管和扼流线圈等。

  安装方法

  SPD常规安装要求

  浪涌保护器采用35MM标准导轨安装

  对于固定式SPD,常规安装应遵循下述步骤:

  1)确定放电电流路径

  2)标记在设备终端引起的额外电压降的导线,。

  3)为避免不必要的感应回路,应标记每一设备的 PE导体,

  4)设备与SPD之间建立等电位连接。

  5)要进行多级SPD的能量协调

  为了限制安装后的保护部分和不受保护的设备部分之间感应耦合,需进行一定测量。通过感应源与牺牲电路的分离、回路角度的选择和闭合回路区域的限制能降低互感,

  当载流分量导线是闭合回路的一部分时,由于此导线接近电路而使回路和感应电压而减少。

  一般来说,将被保护导线和没被保护的导线分开比较好,而且,应该与接地线分开。同时,为了避免动力电缆和通信电缆之间的瞬态正交耦合,应该进行必要的测量。

  浪涌保护器安装接线图

  浪涌保护器安装接线图

  SPD接地线径选择

  数据线:要求大于2.5mm2 ;当长度超过0.5米时要求大于4mm2。YD/T5098-1998。

  电源线:相线截面积S≤16mm2 时,地线用S ;相线截面积16mm2≤S≤35mm2 时,地线用16mm2 ;相线截面积S≥35mm2时,地线要求S/2 ;GB 50054第2.2.9条

  浪涌保护器的主要参数

  1、标称电压Un:被保护系统的额定电压相符,在信息技术系统中此参数表明了应该选用的保护

  浪涌保证器

  浪涌保证器

  器的类型,它标出交流或直流电压的有效值。

  2、额定电压Uc:能长久施加在保护器的指定端,而不引起保护器特性变化和激活保护元件的最大电压有效值。

  3、额定放电电流Isn:给保护器施加波形为8/20μs的标准雷电波冲击10次时,保护器所耐受的最大冲击电流峰值。

  4、最大放电电流Imax:给保护器施加波形为8/20μs的标准雷电波冲击1次时,保护器所耐受的最大冲击电流峰值。

  5、电压保护级别Up:保护器在下列测试中的最大值:1KV/μs斜率的跳火电压;额定放电电流的残压。

  6、响应时间tA:主要反应在保护器里的特殊保护元件的动作灵敏度、击穿时间,在一定时间内变化取决于du/dt或di/dt的斜率。

  7、数据传输速率Vs:表示在一秒内传输多少比特值,单位:bps;是数据传输系统中正确选用防雷器的参考值,防雷保护器的数据传输速率取决于系统的传输方式。

  8、插入损耗Ae:在给定频率下保护器插入前和插入后的电压比率。

  9、回波损耗Ar:表示前沿波在保护设备(反射点)被反射的比例,是直接衡量保护设备同系统阻抗是否兼容的参数。

  10、最大纵向放电电流:指每线对地施加波形为8/20μs的标准雷电波冲击1次时,保护器所耐受的最大冲击电流峰值。

  11、最大横向放电电流:指线与线之间施加波形为8/20μs的标准雷电波冲击1次时,保护器所耐受的最大冲击电流峰值。

  12、在线阻抗:指在标称电压Un下流经保护器的回路阻抗和感抗的和。通常称为"系统阻抗"。

  13、峰值放电电流:分两种:额定放电电流Isn和最大放电电流Imax。

  14、漏电流:指在75或80标称电压Un下流经保护器的直流电流

  分类

  工作原理

  1.开关型:其工作原理是当没有瞬时过电压时呈现为高阻抗,但一旦响应雷电瞬时过电压时,其阻抗就突变为低值,允许雷电流通过。用作此类装置时器件有:放电间隙、气体放电管、闸流晶体管等。

  2.限压型:其工作原理是当没有瞬时过电压时为高阻扰,但随电涌电流和电压的增加其阻抗会不断减小,其电流电压特性为强烈非线性。用作此类装置的器件有:氧化锌、压敏电阻、抑制二极管、雪崩二极管等。

  3.分流型或扼流型

  分流型:与被保护的设备并联,对雷电脉冲呈现为低阻抗,而对正常工作频率呈现为高阻抗。

  扼流型:与被保护的设备串联,对雷电脉冲呈现为高阻抗,而对正常的工作频率呈现为低阻抗。

  用作此类装置的器件有:扼流线圈、高通滤波器、低通滤波器、1/4波长短路器等。

  折叠用途

  ⑴电源保护器:交流电源保护器、直流电源保护器、开关电源保护器等。

  · 交流电源防雷模块适用于配电室、配电柜、开关柜、交直流配电屏等系统的电源保护;

  · 建筑物内有室外输入的配电箱、建筑物层配电箱;

  电源型浪涌保护器

  电源型浪涌保护器

  · 用于低压(220/380VAC)工业电网和民用电网;

  · 在电力系统中, 主要用于自动化机房、变电站主控制室电源屏内三相电源输入或输出端。

  适用于各种直流电源系统,如:

  · 直流配电屏;

  · 直流供电设备;

  · 直流配电箱;

  ·电子信息系统柜;

  · 二次电源设备的输出端。

  ⑵信号保护器:低频信号保护器、高频信号保护器、天馈保护器等。

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