SPD系统范文

2024-05-30

SPD系统范文（精选8篇）

SPD系统第1篇

1 低压配电系统SPD保护配合优化设计相关技术规范

在实际低压配电系统防雷设计过程中, 应按照“预防为主、安全第一”的设计原则。目前, 在低压配电系统中采用SPD保护配合优化设计时, 主要遵循以下几种国标、行标。

(1) 《建筑物防雷设计规范》 (GB50057-1994) (2000、2010) , 习惯简称《防雷规》。在防雷规中第6.4.11条明确规定“对于低压配电系统, 在一般情况下, 应在线路上多处设置安装SPD进行保护。在无准确数据时, 开关型SPD保护器与限压型SPD保护器间的线路长度宜在10 m以上, 而限压型SPD保护器间的线路长度宜在5 m以上。”

(2) 《建筑物电子信息系统防雷技术规范》 (GB50343-2004) , 习惯简称为《信息防雷规》。在信息防雷规中第6章明确指出, SPD保护器其保护对象主要是建筑低压配电系统中的“信息系统”, 包括计算机系统、通信设备系统、控制保护装置等。

(3) 《低压配电系统的电涌保护器 (SPD) 第12部分:选择和使用》GB/T 18802.12—2006。该国标中定义电涌保护器 (SPD) , 是在规定条件下用来保护低压配电系统中的电气系统、信息设备免受各种过电压 (如:雷电过电压、操作过电压) 以及冲击电流破坏的一种防浪涌保护设备。

(4) 《低压配电系统的SP-选择和应用原则》 (IEC61643-12:2002) 中明确要求, 最靠近 (不超过5m距离) 用电设备的SPD保护器其电压水平应小于最敏感设备耐受电压Uw的20%及以下, 以确保防雷保护的可靠性。

2 低压配电系统中SPD保护配合布局原则

对于一般建筑而言, 如果建筑物内部没有设置专用屏蔽房间, 则推荐按照二级保护配置布局方案, 即电源线路从户外到建筑物内部再到电气设备终端, 总共存在3个防雷分区和2个分界面。此时应在第一个保护分界面 (LPZ0-LPZl) 处设计安装SPD1 (一级保护配置) , 即通常所说的入口级SPD1保护装置, 应布设安装在低压配电系统进线总配电柜中;在第二个保护分界面 (LPZ1-LPZ2) 处设计安装SPD2 (二级保护配置) , 通常布设在设备附近。对于庞大建筑物、电气线路较长且分支线路较多时, 在二级保护配置的基础上, 应在线路中间附近适当位置加装一个中间级SPD保护装置, 即:如果庞大建筑物其内部对防雷有特殊要求, 需要设置专用屏蔽房间时, 则电源线路从户外到建筑物内部再到电气设备终端, 总共存在4个防雷分区和3个分界面。此时应在第一个保护分界面 (LPZ0-LPZl) 处设计安装SPD1入口级保护装置;在第二个保护分界面 (LPZ1-LPZ2) 处设计安装SPD2机房级保护装置, 通常布设在机房入口处的分配电柜中;在第三个保护分界面 (LPZ2-LPZ3) 处设计安装SPD3设备级保护装置, 通常布设在设备附近。

技术特性参数方面, 第一级SPD1作为低压配电系统中的电源入口处防雷保护, 应具备低压保护水平和大通流容量特性, 人口级SPD1保护器其电压保护水平应在2.5 k V以下, 当然该值越低越利用SPD的级间保护配合, 如1.5 k V, 或更低的1.2 k V, 其保护配合性能会更加优越。对于抗扰度等级不确定的低压配电系统而言, 机房级SPD2和设备级SPD3保护器其电压保护水平不宜高于1.5 k V, 除非经过详细分析计算或试验证明SPD保护器实际残压能满足设备耐压保护配合要求。

要根据建筑物内部单元的结构功能特性合理选择保护配置层级, 如果机房不是太大且各设备均处于SPD2保护范围内时, 则可以将SPD3设备级保护器省去, 按照两级配置方案进行防雷设计;如建筑物较大、线路较长且开路分支较多时, 应加装中间机房级SPD2, 组成三级保护配置方案。如果设备保护等级非常高或特殊精密设备时, 还结合应该低压电气电子信息设备系统的功能特性, 设置四级保护配置方案。在确定好SPD保护配置的层级和布局方案后, 应认真校核级间配合所需的保护距离是否满足相关规范要求, 如级间配合距离不满足要求时, 应优化调整SPD保护特性参数, 或优选辅助触发间隙或插入解祸器, 以提高保护系统的综合保护性能。

3 工程中设置安装SPD应注意的问题

3.1 SPD级间保护配合问题

在进行低压配电系统SPD分级保护配合设计中, 第一级宜选择电压开关型S P D (以放电间隙型为主) , 以在电源入口处泄放大量的雷电流;第二级、三级宜采用限压型或组合型SPD, 将残压控制在设备允许的耐压水平以下。由于限压型SPD其响应时间要比开关型SPD响应快, 因此为确保第一级SPD1保护比第二级SPD2保护先动作, 以泄放较大的雷电流, SPD2和SPD1间的距离应保持在10 m以上。应将SPD保护器设置安装在电源系统主开关之后较为合适, 这样有利于后端的电气设备的保护;同时有利于SPD回路的前期安装和后期允许维护, 也能避免SPD保护器由于失效引起电源系统发生对地短路问题, 可以增加一重保护效果。

3.2 与熔断器 (或隔离开关) 配合保护问题

应优选熔断器、断路器、剩余电流保护器 (RCD) 等作为SPD的后备保护设备。目前, 工程中通常采用熔断器作为SPD的后备保护。熔断器和断路器是工程中常用的过电流保护器, 可以防止SPD保护器发生短路故障, 应将熔断器和断路器设置在SPD外部的前端, 且应根据SPD厂家技术指导参数选择过电流保护器的最大额定值 (不运行超过该推荐值) 。

3.3 S P D两端安装接线长度控制问题

当建筑物规模较小、SPD级间距离不够时, 应合理增加电源线长度, 如可以通过盘绕成圈达到减少空间增加距离的目的;当级间SPD保护器没有足够的距离时, 可以通过中间辅助。

4 结语

SPD作为低压配电系统中防雷击电磁脉冲的重要电气设备, 得到电气设计人员的广泛青睐。在进行低压配电系统的过电压保护优化设计过程中, 应充分结合工程特点、供配电网络结构、各级SPD间保护配合等诸多方面的技术问题, 确保优化设计方案具有较高的安全可靠性、节能经济性。

摘要：对低压配电系统SPD保护配合优化设计相关技术规范进行阐述后, 对SPD保护配合布局原则进行了分析。最后, 对工程中设置安装SPD应注意的问题进行了探讨。

关键词：低压配电系统,SPD,保护配合

参考文献

SPD系统第2篇

摘要：介绍了内存的SPD规范及其硬件接口类型和数据组织结构，实现了在嵌入式系统中对不同内存的识别与配置，提高了系统的稳定性，方便更换和检测。具体实例详细描述了嵌入式系统中内存的自动配置过程。

关键词：SPD I2C 嵌入式系统 MPC824X

在嵌入式系统设计中经常用大容量的SDRAM，存放RTOS和数据。这时用户可以有两种选择：一种是选用合适的内存芯片自己布线，把整个SDRAM做到嵌入式系统的PCB板上，这种方法在小系统中经常采用；另一种就是选用现成的内存条（如笔记本电脑上常用的DIMM内存），现成的内存条不仅容量大，而且由于用量大，价格也相对便宜。另外现成的内存条还节省了PCB布线空间，缩小嵌入式系统的.内存体积，提高系统的稳定性，方便更换和检测。笔记本内存的型号和种类很多，采购时也可能来自多个厂家。为了使各种内存条在嵌入式系统都能正常使用，就需要系统的BOOT程序能进行自动识别和配置，按照SPD（SDRAM Serial Presence Detect Specification）规范正确读取内存参数，另外根据内存参数配置SDRAM控制器。图1 数据传输时序 1 SPD规范及数据格式

内存的SPD规范是SDRAM控制器参数配置的主要依据，在SPD规范中定义了单面或双面DRAM的详细参数，如内存的大小、数据位、行列地址的宽度、逻辑Bank数和物理Bank等。这些数据存放在EEPROM芯片中，详细描述了内存条的各种参数。

存放内存参数的是一个两线制的串行EEPROM芯片，接口类型符合I2C协议。I2C协议是Philips公司制定的两线制的串行数据传输标准，数据的读写通过一根时钟线和一根数据线实现。数据传输有其严格的格式，一个数据帧由起始位、器件地址、应答位、数据地址、传输数据和结束位构成，可以允许多个器件分主从模式进行传输。其数据传输时序如图1所示。主控制器读写数据的格式如图2所示。

图2 主控制读写数据的格式

内存的SPD一般要求EEPROM带有2Kbit的存储空间，用于存放内存的配置参数，而硬件电路接口是I2C接口。要读取内存参数，主控制器必须能按照I2C协议进行通信，进行数据的读操作。另外还需知道EEPROM的数据存放格式及其含义。SPD规范中对存放的数据进行了详细的说明和定义。以PC133－333为例详细说明挑选配置时用到的参数，如表1所示。用户只需把相应地址中的值读出来，对照规范中的说明即可知道内存的详细参数。

表1 PC133-333配置时用到的参数

字节地址定义PC133参数值备注0厂商使用的字节数80h使用了128字节1EEPROM存储容量08h256字节2内存类型04hSDRAM3行地址位数0ch12位行地址4列地址位数09h9位列地址5排数02h两排6数据宽度（低字节）40h64位宽度7数据宽度（高字节）00h 8信号电平01hLVTTL9SDRAM最高时钟频率75hTclk=7.5ns10SDRAM访问时间54hTac=5.4nc11配置类型00h不支持校验纠错12刷行率/类型80h15.6μs/自刷新13最小SDRAM颗粒数据宽度08h8位16支持地猝发传输长度8Fh1,2,4,817逻辑bank数04h4banks18CAS延迟06hCL=2,323

SDRAM时钟（2的最大指数倍）A0hTclk=10ns24SDRAM访问时间（2的最大指数倍）60hTac=6ns34输入数据建立时间15h1.5ns35输入数据保持时间08h0.8ns62SPD版本号12hRev.1.2其它不详述（见SPD规范手册）

2 卡的自动识别和配置过程

下面以Motorola公司的MPC824XCPU为例介绍内存的识别和配置过程。MPC824X是一款功能强大的嵌入式处理器，它由603E核107桥构成。107桥有很丰富的控制接口模块，如SDRAM控制器、EPIC、UART、I2C控制器等，很方便与外围电路接口。嵌入式系统板中数据量很大，至少要用到256MB内存。为了方便各种厂家的内存型号进行混插使用，需要编写内存自动识别和配置程序，把需要配置的数据从EEPROM读出，然后根据SPD协议转换成内存的配置参数。这个配置过程必须在系统上电后立即运行，为后面的RTOS运行做准备。内存初始化参数包括行列地址宽度、逻辑Bank数、物理Bank的大小。因为MPC824X内有I2C控制器，所以可以直接与SPD连接，通过软件的初始化，配置好I2C控制器，程序流程如图3。(收集整理)

SPD系统第3篇

SPD (电涌保护器) 作为一种限制瞬态过电压和分泄电涌电流的非线性器件, 在建筑物及其电子信息系统的防雷中应用广泛。为防止由反击造成人身伤亡及电气电子设备损坏, 《建筑物防雷设计规范》中强制规定要在低压电源线路引入的总配电箱、配电柜处装设Ⅰ级试验的电涌保护器[1]。然而在设计或安装过程中, 由于工作人员没能根据电气系统接地型式的特点合理地选择SPD或对SPD的特性不了解等, 导致所安装的SPD不起作用或造成低压配电系统的误动作, 影响了电气系统的正常运行。作者经过长期的实践工作, 总结出低压配电系统接地型式的应用特点及其与SPD选型之间应注意的要点, 希望对从事建筑物及其电子信息系统雷电防护工作的人员起到一定的指导作用。

1 低压配电系统的接地型式

低压配电系统根据电源端与地的关系以及电气装置的外露可导电部分与地的关系可以分为TN、TT、IT三种系统[2,3]。

1.1 TN系统

TN系统根据中性导体与保护导体的组合情况, 又可以分为TN-C, TN-S及TN-C-S三种。

(1) TN-C系统 (见图1)

目前我国广泛采用这一系统, 整个系统的中性导体和保护导体是合一的, 但该系统当PEN线中断时, 设备金属外壳对地将带220V以上的故障电压, 危险性大。而且PEN线因通过中性线电流产生电压降, 从而使所接设备的金属外壳对地带电位, 此电位对电子设备产生干扰, 也可能在爆炸危险环境内产生危险火花放电, 故现在很少采用。

(2) TN-S (见图2)

电源变压器中性点接地, 整个系统的中性导体和保护导体是分开的, PE线正常情况下不通过电流, 也不带电位, 它只在发生故障时通过故障电流, 因而正常情况下不会产生干扰电流影响电子设备正常运行, 是一种比较好的低压配电系统。各种计算机信息系统一般采用该制式, 而且要求单独引线。缺点是初期相对投入相对较高, 若相对地短路的时候, 对地面故障电压也高。

(3) TN-C-S系统 (见图3)

这种系统目前在我国采用最广泛。系统中一部分线路的中性线路的中性导体和保护导体是合一的, 一旦PEN导体与N和PE分开后, N与PE导体不应重新连接在一起。一般用于住宅建筑或一般工业企业。

1.2 TT系统

该系统 (见图4) 电源端有一点直接接地, 电气装置的外露可导电部分直接接地, 此接地点在电气上独立于电源的接地点, 电源侧和各个装置出现故障电压不互窜。但发生接地故障时因故障回路内包含两个接地电阻, 故障回路阻抗较大, 通过电流小, 不易引起电气保护装置动作, 增加了人体触电的危险, 因而须加装RCD (剩余电流保护器) 。TT系统可适用于农村居住区、市电用户和分散的民用建筑及对接地要求高的设备场所。

1.3 IT系统

该系统 (见图5) 电源端的带电部分不接地或有一点通过阻抗接地, 电气装置的外露可导电部分直接接地, 在发生接地故障时由于不具备故障电流返回电源通路, 其故障电流小, 对地电压低, 不致引发事故, 供电安全性好, 可靠性高。一般用于不允许停电的场所或煤矿、化工厂、纺织厂等不良环境。由于它一般不引出中性线, 不能提供照明、控制等所需的220V电源, 且其故障防护和维护管理较复杂, 供电距离不宜过长, 加之其他原因, IT系统的应用受到限制。

2 SPD的选型要求

SPD的全称为Surge Protective Device, 也即电涌保护器, 它一般由一个或几个具有非线性特征的元件组成。这种非线性元件一般又可分为开关型和限压型两种, 常用的开关型电涌保护器元件主要有放电间隙、气体放电管、晶闸管和三端双向可控硅元件;限压型电涌保护器则通常采用压敏电阻或抑制二极管作为其主要元件。图6为采用Zn O压敏电阻作为主要元件的限压型电涌保护器的典型U-I特性曲线, 通过该特性曲线可以知道, 当流过SPD的电流在1m A至In (一般为几k A) 范围内, SPD两端的电压被限制在Um范围内, 只要Um足够小, 便可以保护后面的设备。

2.1 SPD的特性参数

表征SPD的特性参数有很多, 这里选择相对比较重要的一些参数进行分析, 这些参数往往在设计阶段对SPD的选型起决定性作用。

(1) Uc:最大持续工作电压

Uc是允许持久地施加在SPD上的最大交流电压有效值或直流电压。一个适配的SPD的Uc值必须考虑该SPD所处电力系统的最大持续工作电压Ucs, 并且Uc要大于Ucs。

(2) Iimp、In或Imax:冲击电流、标称放电电流或最大放电电流

这三种放电电流是针对不同型式试验类型下流过SPD的电流峰值:Iimp用于表征流过SPD具有10/350波形的冲击电流, 它由电流峰值Ipeak、电荷量Q及比能量W/R确定, 一般用于Ⅰ级试验的SPD分类试验;In是流过SPD具有8/20波形的电流峰值, 用于Ⅱ级试验的SPD分类试验以及Ⅰ级、Ⅱ级试验的预处理试验;Imax则是流过SPD具有8/20波形的电流峰值, 其值按Ⅱ级动作负载的程序确定, Imax大于In。

(3) 型式试验类型

型式试验是在一种新的SPD设计完成时所进行的试验, 一般用来证明它符合有关标准并确定其典型性能。型式试验一般可以分为Ⅰ级试验、Ⅱ级试验、Ⅲ级试验, 通常也用T1、T2、T3来表示。

(4) Up:电压保护水平

Up是SPD非常重要的一个参数, 它用于表征SPD限制接线端子间电压的能力, 其值从优选值的列表中选择。Up、Ures (残压) 、Um (限制电压) 、Uc之间一般符合下列关系:Up>Ures≥Um>Uc。

除上述四个主要特性参数外, 表征SPD性能的还有诸如If (续流) 、Ures (残压) 、UT (暂时过电压) 、保护模式、失效模式、短路电流耐受能力等, 这些都是在选择适配的SPD时需要考虑的。

2.2 不同接地型式对SPD的要求

由于各类低压配电系统接地型式的不同特点, 在设计SPD时必须考虑相关参数能否满足低压配电系统接地型式的要求。如果选择不当, 所安装的SPD不能真正起到限制瞬态过电压和泄放电涌电流的功能, 相反, 有时甚至会因为不当的SPD接入导致低压配电系统运行的不稳定和误动作, 甚至危及生命。

2.2.1 Uc值的选择

对大多数SPD来说, 当暂时过电压持续时间超过5s时被认为永久性电压。因此, Uc的选择应根据正常条件和超过5s的故障条件 (暂时过电压) 来确定。

然而, 在选择接在相和地之间SPD的Uc时, 必需考虑到故障条件, 以避免损坏过多的SPD。TT和TN系统在接地故障条件下, 相和地间的电压可能会超过Ucs, 这是由于高压系统或低压系统的故障条件下, 电压最大幅值取决于接地。Uc的选择应根据故障条件下给定的实际电压值。另外, 用一个足够高的Uc去保证系统故障时不损坏SPD是不现实的, 因为这会使得SPD的电压保护水平变得很差。一个合适的Uc值通常独立于系统布局, 比1.5U0高。

不同低压配电系统接地型式下Uc的取值可参考表1:

注a:在某些情况下 (如中线断线) 可能需要较高的值

2.2.2 UT值的选择

SPD在其寿命期内会受到比电力系统最大持续工作电压 (Ucs) 更高的暂时过电压UTOV的影响, UT (暂时过电压) 就是用来定义SPD在UTOV下的特性。由于不同电力系统实际产生的暂时过电压 (UTOV) 各有差异, 在选择SPD时需同时考虑UT和UTOV随时间变化的特性。表2是IEC60364-4-44给出的低压电网中预期的UTOV最大值。

注1:已证明更高的TOV也可在TT系统出现, 持续时间≤5s注2:选择SPD时不考虑中线断线。

电涌保护器UT值的选择须符合下列要求:即当发生故障时, UT值应比设备上预期产生的暂时过电压UTOV高:UT>UTOV。SPD的UT与UTOV的关系可以如图7所示[3]:

注:a LV装置故障时 (短路) , 在TT、TN和IT系统相-中线之间的UTOV, LV区域;b LV装置故障时 (偶然接地) , IT (TT) 系统相-地之间的UTOV, LV作用区域和TT和LV装置故障时 (中线断线) , TN系统相-中线之间UTOV, LV的区域;c当HV系统发生故障时, 在TT和IT系统中, 用户端相-中线之间UTOV, HV的最大值;d未定义区域。■SPD的UT值。

需要注意的是, 并不是所有的SPD都具有TOV耐受能力。在TOV值很大的情况下, 很难找到一个可以对设备提供电涌保护的SPD, 这时可以考虑在一个不能耐受该TOV过电压的SPD前面使用一个合适的断路器。

2.2.3 保护模式问题

一般情况下, 电涌保护器的安装模式可以为L-L, L-N, L-PE, N-PE等。对于入户处安装的第一级SPD而言, 大部分都选择L-PE的保护模式。然而, 在TT系统中安装的SPD必须注意当SPD安装在RCD (剩余电流保护器) 前方的情况下, SPD的保护模式必须采用3P+N的模式, 也即采用L-N, N-PE的模式, 如图8所示[4]。

3 结束语

在建筑物及其内部电子信息系统防雷保护中, 选择适配的SPD是很重要的。在选择适配的SPD时, 除了要考虑SPD的安装位置、电压保护水平UP、通流容量及与被保护设备的能量配合等问题外, 针对不同接地型式的低压配电系统时, 还应考虑不同保护模式下的最大持续运行电压UC、耐受暂时过电压的能力UT以及在某些特殊情况下SPD保护模式的选择, 这些参数的选择需要根据不同低压配电系统的接地型式视情况而定。如果选择不当, 所安装的SPD不但不能起到应有的保护作用, 相反还会带来不可预见的故障和生命危险, 这些都是在建筑物防雷设计与施工中应该注意的问题。

摘要：文章介绍了不同低压配电系统接地型式的特点及表征SPD性能的相关特性参数, 并分析在不同接地型式下对SPD选型的相关要求, 以期在建筑物防雷设计及施工过程中对选择适配的SPD起到一定的指导作用, 避免选用错误的SPD导致危险的发生。

关键词：电涌保护器,低压配电系统,接地型式

参考文献

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部, 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 50057-2010.建筑物防雷设计规范[S].北京:中国计划出版社, 2011 (8) :24-25

SPD系统第4篇

1 SPD的主要参数选取

1. 1 SPD的通流容量Iimp / Imax

通流容量是指SPD不发生实质性破坏而能通过规定次数、规定波形的最大电流峰值。据统计分析, 冲击通流容量较小的SPD在通过同样雷电流的条件下其寿命远小于冲击通流容量大的SPD。例如, Zn O非线性电阻元件组成的Zn O压敏电阻SPD在同样模拟雷电流8 /20μs、10KA测试条件下, 通流容量为135k KA的SPD寿命为1000 - ~ 2000次, 而通流容量为40k KA的ZNO压敏电阻组成的SPD的寿命仅为50次, 两者寿命相差几十倍。因此, 低压配电系统用SPD在满足所需的标称放电电流的前提下, 为了SPD的可靠性和安全性, 应选择较大量级通流容量的SPD进行安装, 以降低SPD过早损坏的几率。

1. 2 SPD的电压保护水平Up

低压配电系统中, 通常SPD安装在各防雷区交界处及被保护设备处, 其允许的电压保护水平UP和残压值必须满足被保护设备绝缘水平和抗冲击性的要求。一般原则是SPD电压保护水平必须小于如下被保护设备绝缘耐冲击电压额定值, ( 220 /380V三相系统各种设备绝缘耐冲击过电压额定值) : 1、电源处的设备: 耐冲击电压额定值6KV; 2、配电线路和最后分支线路的设备: 耐冲击电压额定值4KV; 3、用电设备耐冲击电压额定值2. 5KV。

1. 3 SPD的电压保护水平Uc

在进行SPD的Uc值选取时, 主要依据GB50057 - 2010《建筑物防雷设计规范》GB50057 - 2010 附录J表J. 1J. 1 中的内容规定来选择的, 表中系数1. 15 中的0. 1 考虑了系统的电压偏差, 0. 05 考虑SPD的老化问题, 从理论上讲, SPD的Uc值按此方法选取是没有问题的。例如Uc= 253V是符合规范要求的, 但是, 在实际运行中, 若Uc取253V, SPD却在无雷电干扰的情况下, 却常发生自燃。经过多次对现场分析, 我们认为原因有三个方面: ( 1) 现实运行的配电网电压波动较大, 常出现超过10% 的偏差状况, 例如, 我国配电网电压波动常达30% ; ( 2 ) 按GB50057 - 2010 规范所取Uc值没有充分考虑被保护设备的绝缘耐冲击电压的额定值; ( 3) SPD的使用过程中自然老化问题。

为大幅降低因Uc值选取偏低而造成SPD自燃的几率, 我们建议选取Uc值时尽量偏大, 例如一般用电设备至少选择Uc值345V以上。

2 各级SPD解决能量配合的安装方法

2. 1 利用线路分布阻抗的配合

低压配电系统过电压防护, 通常采用多级SPD加以保护, 一般第一级采用电压开关型SPD, 以泄放大的雷电流; 第二级采用限压型SPD, 目的是使电压保护水平小于被保护设备的绝缘耐冲击电压额定值。在这种情况下, 就会出现前后级保护的配合问题, 一般来说电压开关型SPD与限压型SPD之间的线路长度不小于15m, 限压型SPD间的线路长度小于5m, 就可以利用两级SPD间的自然阻抗实现能量配合, 保证多级SPD不出现盲点, 但是在实际施工中, 往往建筑物比较小, SPD间没有足够的线路距离。比如线路是电缆时, 解决办法是在施工时可以加长电缆线的长度, 将加长的线盘绕成圈以减少空间, 增加线圈阻抗。

2. 2 利用专设退耦元件的配合

由于受场地限制, 难于满足安装条件要求, 两级SPD间没有足够距离时, 可以利用设专用退耦元件 ( 电感元件) 来达到两级SPD级间配合的目的。采用电感退耦时, 应考虑电流波形。电流波前梯度和电感量越大越容易实现能量配合。

3 SPD的安装注意事项

( 1) SPD的安装、维护须持有特种想也电工证的专业防雷工程技术人员进行操作; ( 2) 安装SPD前必须切断相关电源, 切记不可带电作业, 安装完毕后须合闸试运行, 检查SPD运行情况。如存在异常, 须作进一步检查、测试和调整; ( 3) SPD的安装应严格按照经审定的施工图纸进行; ( 4) 在爆炸危险环境、场所使用SPD应满足现场环境的使用要求; ( 5) 安装在户外环境的SPD, 应安装于具有防水功能的专用保护箱内 ( 防护等级IP54 的电箱) ; ( 6) SPD前端应按参数指标要求加装后备电流保护器, 例如, 空气开关等; ( 7) SPD导线和接地线两端接线长度不超过0. 5M, 并应确保SPD两端的限制电压小于设备的耐冲击电压, 即:Up / f < Uw; ( 8) SPD两端导线的材料规格 ( 铜) : ①I级试验的SPD: 最小截面积10 ( m ㎡) ; ②II级试验的SPD: 最小截面积6 ( m ㎡) ; ③I级试验的SPD: 最小截面积1. 5 ( m ㎡) ; ( 9) 连接SPD两端的导线应紧固可靠, 并符合《建筑物防雷设计规范》GB50057 - 2010 中的要求。

4 总结

当今建筑电气工程中, SPD安装技术毫无疑问是防雷工程施工中最重要的环节之一, 一但SPD的选取和安装不规范或者不合理, 不仅不能起到SPD应有的保护作用, 反而对电路和用电设备带来破坏性后果。关于SPD的选择和安装, 相关国家标准及国际标准中都有相关指导性原则, 但是, 在工程实际安装时, 往往有些问题需要在符合国家规范要求的前提下, 通过理论和实践经验的累积来进行施工。本文就电源SPD安装工程中主要参数和安装技术做了简单论述, 希望SPD在低压配电系统中发挥其应有的保护作用。

摘要：低压配电系统中, 为了实现电源电涌保护器 (Surge Protectiye Device, 缩写成SPD) 能有效执行动作, 确保发生雷击瞬间时各级SPD正常启动, 使被保护设备免受损坏。本文通过以往安装工程中的经验, 重点强调安装低压配电系统用电涌保护器时的基本方法和注意事项, 为日后建筑电气工程现场施工提供一点借鉴。

关键词：低压配电系统,电涌保护器选取方法,安装注意事项

参考文献

[1]《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010[S].

[2]邢增梓, 侯安校.低压配电系统电源过电压保护器能量配合分析[J].气象研究与应用, 2008 (2) .

[3]李庆君, 等.低压配电系统中多级电涌保护器的能量配合[J].内蒙古气象, 2006 (4) .

[4]《低压配电系统的电涌保护器 (SPD) 》GB/T 18802.12-2006/IEC61643-12∶2002第12部分:选择和使用导则[S].

雷电防护和SPD应用第5篇

雷电是一种大气物理现象, 主要指雷云和地之间源于大气的放电以及雷云和雷云之间的放电, 目前尚没有办法阻止雷击放电而产生的危害。

一次雷击事件主要的物理表征是雷电流和伴随雷电流产生的雷电电磁脉冲 (LEMP) 。雷电流的波型是一个前沿非常陡、后沿较长且能量极高的脉冲电流波;LEMP是伴随雷电流同时产生的辐射电磁场, LEMP与雷电流有相似的波型, 与其能量成正比。

雷电流和LEMP是雷击放电事件的不同表现形式, 雷电流是以电流脉冲波形式出现, LEMP则以辐射电磁场的形式出现, 两者可以相互转化。当有通路时, 表现为雷电流脉冲波, 同时产生伴随的LEMP辐射电磁场, 而在电磁场中的导体中又会感应产生电流脉冲, 周而复始, 直至雷电流脉冲完全泄放、耗尽, 当LEMP衰减到可以忽略不计, 那么雷击事件就算结束。

目前, 人们常常把雷电流产生的影响叫直击雷或雷电流侵入, 把LEMP产生的影响叫感应雷或雷电电磁脉冲干扰。从物理本质上看, 把雷击事件物理表征为雷电流和LEMP更为合理。雷电流和LEMP是产生危害的根本原因。

2雷击的危害

雷击损害的类型和程度取决于雷击点的位置和雷电流的能量, 通常有以下四种情况:雷击建筑物、雷击建筑物的邻近区域、雷击入户的公共设施 (例如供电线路、信号线路和其他管道) 、雷击入户公共设施的邻近区域, 其中雷击损害最严重的是被雷击中的建筑物。

当雷击中建筑物时, 机械效应电动力会产生立即的机械损害;由于等离子弧自身的热量, 加上雷电流在导体上电阻产生的热会引起火灾和爆炸;局部雷电流通道上的电阻耦合和电感耦合产生的过电压会导致火花, 容易触发火灾和爆炸;由电阻和电感耦合引起的接触电压和跨步电压会伤害生命体;雷击电磁脉冲会使内部电气和电子系统失效或工作失常。

当雷击中公共设施, 雷电流的电动力会使线路和管道立即产生机械损害;雷电流沿公共设施的流入, 其导线阻性热量使金属熔化;电阻耦合和电感耦合导致过电压, 使线路、接头绝缘击穿, 产生的火花会触发火灾和爆炸;雷击电磁脉冲会导致内部系统失效或工作失常。

当雷击中建筑物的邻近区域或入户公共设施邻近区域时, LEMP使内部系统失效或工作失常, 严重时感应生成的过电压会导致线路及其连接头绝缘体击穿。

雷击的损害可能扩展到建筑物的周围, 也可能影响到局部的环境。影响到何种程度取决于建筑物的性质、公共设施的业务性质和雷击闪电的特性。例如:被击中的建筑物为存放易燃、易爆、危险化学物质、放射性物质等场地时, 容易发生火灾、爆炸、化学有毒物质和放射性物质的扩散, 将会对建筑物周围的实体和生命产生损害、造成恐惧, 进而破坏局部环境。

雷击事件不可能用确定的方法分析, 只能用统计方法从概率的观点分析、研究, 找到其规律性, 以便采取相应的措施进行防护。

3雷电防护

雷电防护分为雷电防护系统 (LPS) 和雷电电磁脉冲 (LEMP) 防护系统。

3.1雷电防护系统 (LPS)

LPS主要的作用是针对极高能量的雷电流产生的损害, 防止或减少实体损害和生命损害。LPS由外部LPS和内部LPS组成。

外部LPS主要由接闪器、引下线和接地系统组成, 也就是常用的Franklin避雷针。其作用是截获击向建筑物的直击雷 (包括侧击雷) , 把雷电流从雷击点引导到大地并泄放, 不会起热和造成机械损害, 不产生危险火花以导致火灾和爆炸事件的发生。

内部LPS主要是保持结构的间隔距离 (电气绝缘) 和等电位连接。其作用是避免由于雷电流在外部LPS或建筑物内其他导电部件流动时, 导致建筑物内产生危险火花, 触发火灾和爆炸。人们通常把外部LPS称为外部防雷或防直击雷。

LPS在防止或减小实体损害的同时也增加了被雷击的概率, 增强LEMP的强度, 这是我们所不希望的。LPS的各部件在截获雷击并把雷电流引入大地时, 伴随雷电流的LEMP会产生很强的辐射电磁场, 例如接闪器、引下线等都可等效为发射天线, 这对被保护目标内的电气和电子系统是很大的产生较大威胁, 增加对LEMP防护的难度。

3.2减少接触电压和跨步电压对于人体的损害

LPS引下线邻近区域对生命构成危险, 可采取以下措施减少危害:

1) 降低人员进入引下线3m内危险区和接触引下线的概率, 用限制活动范围和警告提示实现。

2) 采用等电位连接和网格接地终端装置来实现等电位化。

3) 引下线3m内电阻率应大于5kΩ·M (5cm厚的沥青、10cm厚的砂砾层) 。

4) 引下线绝缘体能承受100k V (1.2/50μs) 脉冲电压 (3mm厚聚乙烯) 。

3.3由LPS定义的雷电防护区 (LPZ)

如图1所示为LPS定义下的LPZ, 该图只关注了对雷电流的防护, 没有考虑对LEMP的防护。

图注:1为建筑物;S1为雷击建筑物;2为接闪器;S2为雷击建筑物的邻近区域;3为下引线;S3为雷击入户公共设施4为接地系统;S4为雷击入户公共设施的邻近区域。5为入户公共设;R为滚球半径。〇为雷击等电位连接 (SPD) 。s为防危险火花之间的间隔距离。LPZ0A为直接雷击, 全部雷击电流。LPZ0B为间接雷击, 局部雷击电流或感应电流, LPZ1为间接雷击, 局部雷击电流或感应电流, 在LPZ1内部的保护空间必须考虑到具有s间隔距离。

3.4 LEMP防护系统

伴随雷电流同时产生的雷击电磁脉冲的防护措施是随着微电子技术发展提出的, 这是因现代电气和电子系统中广泛应用的集成电路和其他微电子器件承受雷击电磁脉冲的能力极低, LPS不能保护电气、电子系统的安全, 且容易受雷电流周围产生的强电磁脉冲致使电气、电子系统中微电子器件的劣化和损坏, 严重时导致系统瘫痪, 甚至产生严重的经济损失和人身伤害。

电气和电子系统的雷击电磁脉冲防护应采用合理布线、屏蔽、等电位连接、共用接地和在进出系统的各端口安装浪涌保护器等措施进行综合防护, 以防止和减少LEMP造成的损害。

LEMP防护系统就是要对剩余的雷电流和感应产生的雷电流形成的浪涌和辐射电磁场进行防护。对建筑物和公共设施的理想防护, 将受保护的目标封闭在一个完善导电的、厚度适当的、接地连续的屏蔽体内, 这种屏蔽体是三维的多重结构。

公共设施进入建筑物的进入点处和屏蔽体之间应提供足够的等电位连接, 以减小电位差。可直接进行等电位连接, 对带电导体通过SPD进行准等电位连接。

无论是屏蔽体或等电位连接带 (体) 都应可靠大地与共用接地装置连接, 并提供顺畅的浪涌泄放通道。完整接地系统应包括等电位连接和接地装置两部分。这样能阻止雷电流的热效应和电动效应的损害, 并阻止对电气和电子系统的火花和过压的险情, 也可阻止雷电流和电磁场进入或穿透到受保护目标, 防止电气、电子系统因LEMP引起失效或失常。

实际上, 防护只能达到接近理想状态, 因为在实践中, 建筑物和公共设施不可能完全封闭在连续或足够厚度的屏蔽体中。

3.5由LEMP的防护定义的雷电防护区 (LPZ)

图2所示为LEMP定义下的LPZ, 该图既考虑到对雷电流的防护, 又考虑到对LEMP的防护, 这两种防护缺一不可, 因为雷电流和LEMP应是相互共存的。如图3所示为一个完全的LEMP防护系统。

图注:1为建筑物 (按LPL1屏蔽) ;S1为雷击建筑物;2为接闪器;S2为雷击建筑物的邻近区域;3为下引, S3为雷击入户公共设施;4为接地系统;S4为雷击入户公共设施的邻近区域;5为房间 (按LPL2屏蔽) R为滚球半径;6为入户公共设施;ds为与极高磁场之间的安全距离;〇雷击等电位连接 (SPD) 。LPZ0A为直接雷击, 全部雷击电流, 全部电磁场, LPZ0B为间接雷击, 局部雷击电流或感应电流, 全部电磁场。LPZ1为间接雷击, 局部雷击电流或感应电流, 受衰减的电磁场LPZ2间接雷击, 感应电流, 进一步受衰减的电磁场,

在LPZ1、2内部的保护空间必须考虑到具有安全间距ds。

4综合防雷措施

如图4所示为综合防雷措施。综合雷电的防护措施是由外部LPS、内部LPS、屏蔽、等电位连接、合理布线、浪涌保护器和共用接地系统组成。它们各司其职, 是全系统中的串联子系统, 缺一不可, 只有各措施均做到位才能做好雷电防护工作。

4.1浪涌保护器 (SPD) 的作用和选择应考虑的因素

雷电防护措施中的LPS、屏蔽、等电位连接、共用接地系统都与建筑物密不可分, 可称为建筑物的构件。合理布线同浪涌保护器与被保护设备密切相关, SPD可作为电子元件成为电气、电子系统的部件或配套设施。

4.2 浪涌保护器 (SPD) 的作用

将电气、电子系统中不能使用的导体进行等电位连接带电导体, 如电源线、信号线等使用浪涌保护器与接地系统连接。利用浪涌保护器的非线性特性限制瞬时过电压和分流过电流形成准等电位连接, 达到保护电气、电子系统的目的。

4.3 选择浪涌保护器应考虑因素

1) 电气和电子系统除天线和传感器工作在雷电防护区0B (LPZ0B) 和LPZ1区交界面, SPD应使用T1型10/350μs试验波形产品, 考虑到SPD启动时间和维护的便捷性, 应尽量使用限压型产品, 其主要设备应设置高等级的雷电防区, 在LPZ1、LPZ2区, 应主要考虑对雷击电磁脉冲的防护, 也就是说主要考虑建筑物内部防雷, 这些区域的雷电流已经分流, 电磁场强度已得到衰减, 应采用8/20μs雷电流脉冲来仿真。

2) 因浪涌保护器是安装在电源线、信号线路上, 所以应考虑SPD安装的位置, SPD的组合形式、SPD的通流量、负载能力、残压和响应速度等, 应与被保护设备相适配。

3) 当用SPD组合时, 要考虑各级之间的能量配合SPD与被保护设备的配合。各级SPD要泄放的能量比SPD能承受的能量低, 贴近设备SPD的残压要低于被保护设备耐冲击电压。

4) 常规的多级SPD通流量应逐级减小。以低压供电系统为例, 第一级选用大通流量SPD安装在LPZ0B与LPZ1界面处, 第二、三级选通流较小的SPD安装在相应的防雷区界面处。这样安装的前提是使雷电流脉冲一定是由LPZ0B区外侵入电源线进入;另一方面, 各防雷区是严格按定义存在, 如此的设防才是正确的。

实际上很多建筑物不存在定义上的LPZ1区, 通常是在LPZ1区中存在LPZ0B区, 甚至存在LPZ0A区, 例如在LPZ1区的开放式等部分。

另一方面, 建筑物由法拉第笼组成的屏蔽体系直击雷击在建筑物上, 强大的雷电流通过法拉第笼向地泄放时, 在建筑物内的整个空间会产生较强的电磁场, 并产生反射、谐振, 这会在建筑物内各线路中感应很强的过电压、过电流。在常规民用建筑上安装的避雷针在直击雷击中时, 也会产生较强的电磁场进入LPZ1区, 以上分级安装的条件起了变化, 电子系统所处的电磁环境也会改变, 所以逐级防护就不能起到任何保护作用。

5) 在实际应用中应选择较大的通流量或热备份SPD。雷击时不只是单次雷击, 往往是多次雷击, 所以选择SPD时应将通流量选大一些。例如一个100k A (8/20μs) 的SPD和一个20k A (8/20μs) SPD, 用10k A (8/20μs) 的电流进行冲击试验, 100k A SPD经3000次冲击损坏, 20k A SPD经30次就损坏。SPD的通流量是资源, 应根据所处的雷电环境通流量选择较大一些。

建议选择具有热备份功能的SPD应用于重要部位, 当SPD被击坏之后, 备份芯片仍能起到限压分流的作用。

5多级集成浪涌保护器 (SPD-IMP)

雷击事故调查显示, 使用多级SPD或单级SPD时, 当受到雷击时SPD完好无损, 被保护设备被雷击坏。分析其原因:一是SPD的残压过高, 开关型间隙放电SPD残压为2~5k V, 限压型金属氧化物压敏电阻 (MOV) 残压为1.2~2.8k V;二是响应速度较慢, 开关间隙放电型为100ns, 限压型MOV为25ns;三是当安装位置远离被保护设备, 终端阻抗与电缆阻抗不匹配时, 随着电缆长度增加, SPD和负载各自两端的电压振荡逐渐加剧, 负载两端的电压甚至已达到SPD两端电压的2倍。另外, 空间LEMP侵入SPD与设备之间线路, 在回路中感应出新的浪涌, 加重了被保护设备的负担。

针对上述问题, 建议选用多级集成浪涌保护器 (IMP) 。IMP的特点是由多级SPD和阻抗单元串联组成内部匹配的SPD组, IMP与被保护设备串联。典型的IMP由三级集成, 前二级用MOV, 第三级用半导体瞬态电压抑制器 (TVS管) , 级间互为备份, 且级间串联有匹配单元, 半导体TVS嵌位, 残压低且不大于800V, 响应速度快, TVS与被保护的设备同一响应速度, TVS在前, 提前响应, 响应时间约10ns, 甚至更小。IMP特别适用于重要设备的保护, 紧贴被保护设备安装, 也适用于特殊电磁环境的防护。

以上主要介绍供电系统的SPD选择。信号系统SPD的选择也应根据防护等级、工作频率范围、接口形式、传输速率、功率选用插入损耗小、电压驻波比小、通流量大的适配SPD, 必要时应选择SPD组。

6电源SPD自保护和SPD的后备保护

浪涌保护器是保护电气、电子设备的器件, 其自身的安全性和可靠性非常重要。

6.1 SPD自保护

SPD都会在劣化时有热脱扣装置, 当温度升到120℃时, 脱扣从并联线路中断开, 保证不引发火灾、爆炸等事故。目前有多种脱扣装置, 而选择脱扣性能应经过严格检测SPD。

6.2 SPD后备保护

SPD的后备保护措施有熔断器、断路器和漏电断路器三种。

熔断器作后备保护是一种常用的方案, 其特点是熔断体为易熔金属, 呈电阻性, 电阻为R, 电感量很小, 可以忽略。当雷电流 (8/20μs) 冲击时, 在线路两端的限制电压为:U熔=Ri+L (di/dt)

L为连接导线电感, 限制电压主要由L (di/dt) 决定, R上压降较小。

断路器作后备保护, 因断路器线路中有双金属热敏元件和串联的电磁脱扣器, 呈感性阻抗, 电感为LB。当雷电流 (8/20μs) 冲击时在线路两端电压为:U断=L (di/dt) +LB (di/dt)

其中L为连接导线电感, LB为断路器电感, 一般情况LB>L, LB附加电压要大于连接导线上的压降。

熔断器的限制电压要小于断路器的限制电压, 对保护下游设备有利。即U熔

上海电器科学研究对同一型号SPD进行测试, 测得:当In=20k A且Imax=40k A时, 串联RT14-63熔断器, 在19.8k A大电流冲击时 (8/20μs) , 熔断器断开, 测得限制电压U熔为2674V;串联DZ47-63断路器, 在18.29k A大电流冲击时, 断路器脱扣断开, 测得限制电压为U断为5014V, 其中断路器附加电压为3k V。

从上述试验和分析中表明, 用断路器作后备保护时, 线路上的限制电压要高于用熔断器作后备保护线路上的限制电压, 这就是大多数专业SPD供应厂家都采用熔断器作后备保护的缘故。

另一方面由于断路器电感的存在, 其响应时间较长, 这也是系统不希望的, 漏电断路器不能用于MOV SPD。

7电涌保护 (SPD) 安装施工应注意的事项

7.1 引接线的连接

尽量缩短引接线的长度, 有些标准中给出每只并联SPD引接线总长不宜超过0.5m, 串联型SPD的接地线也应尽量短, SPD的接地线应就近接入保护接地PE线或PE母排。这是因为当SPD对雷电流脉冲分流时, 引线中存在一个附加电压, 附加电压的大小不是取决于引线的电阻值的压降VR, 主要是引线的电感所产生的压降。电感上的压降设为VL, 即VL=L (di/dt) , 因雷电流脉冲前沿很陡, 使得di/dt变化率很大, 所以VL>>VR, 由此, 可见只有减小引线长度才能减小附加电压。

例如某公司用6k V/3k A (8/20μs) 对SPD测试冲击, 如图5所示, SPD的残压为600V, 当引线长度以25cm进行绑扎时, 测得UAB为630V;当引线长度为2m进行绑扎时, 测得UAB为1200V;当引线长度为25cm未绑扎时, 测得UAB为810V;当引线长为2m未绑扎时, 测得UAB为2300V。

由此得出结论:引线越短, UAB电压越小, 更有利于保护被保护设备。

7.2 引接线相互紧密绑扎

对SPD的引入和引出线应使用电缆扎带、胶布带将它们尽可能地紧密绑扎在一起, 这样可以有效地消除感应磁场。流入和流出雷电流脉冲方向相反, 其磁场方向也相反, 当两根引接线紧密靠近时, 其相反的磁场会相互抵消, 相互紧绑的引接线可以降低压降。

7.3 防止交叉耦合电缆布线

雷电流脉冲在未通过SPD前和通过接地引线到地的过程中, 它是一个强电磁场辐射源。“应将流入SPD入口端的线路”以及“地线电缆不能布设在靠近SPD‘洁净的’ (没雷电流) 出口端的线路”是重要的, 否则雷电流脉冲在SPD出口端线路上也会形成二次侵入。

选择好、使用好浪涌保护器只是雷电防护的一个环节, 只有根据实际情况做好综合防雷才能防止或减小雷害。

摘要：此文介绍雷电的特点、雷电的危害和雷电防护的主要措施以及对雷电防护系统 (LPS) 、雷电电磁脉冲 (LEMP) 防护系统基本概念的描述并对SPD选择给出建议。

关键词：雷电防护,雷电防护系统,雷电电磁脉冲,浪涌保护器 (SPD)

参考文献

[1]IEC 62305-1.Ed.1:Protection Against Lightning;Part1:General principles.

论电涌保护器(SPD)的正确选用第6篇

进入21世纪,以信息技术改造与提升传统产业已成为制造业发展的方向和趋势。计算机、通信和电气电子系统已广泛用于国民经济的各个行业乃至家庭,防雷、安全与防护已成为其不可或缺的重要内容。而建筑物低压配电系统中的电子信息系统具体设计、选用和设置应参照国家规范《建筑物防雷设计规范》GB 50057—2010的有关规定设置电涌保护器(SPD)、《低压配电系统的电涌保护器(SPD)第1部分:性能要求和试验方法》GB 18802.1—2002,本文对此进行了介绍。

1 SPD的接线方式(MC、MD、CT1、CT2)

SPD接线方式可分为共模方式和差模方式。

(1)共模方式(MC)为相线或中性线与接地线之间设置SPD的接线方式。CT1接线就是在相线、中性线与接地线之间设置SPD,常用于TN制配电系统;在高压侧不接地系统或小电阻接地系统但高、低压不共地情况下,TT制配电系统SPD推荐用CT1接线。

(2)差模方式(MD)为相线与相线、相线与中性线之间设置SPD的接线方式。

(3)CT2接线即“3+1”接线,是在相线与中性线之间设置SPD,同时在中性线与接地线之间设置SPD(放电间隙“1”)。在小电阻接地系统且高、低压共地情况下,TT制配电系统SPD需采用CT2接线,否则在高压侧故障时低压侧会出现高电位,导致设备损坏。其原因是高压接地故障可能持续0.1～0.5s,工频暂态过电压则会高达数百伏甚至上千伏,而这是非放电间隙型SPD微秒级的过电压保护能力不能承担的。

2 SPD的连接方式

2.1 TN系统

当建筑物为TN系统,低压供电时采用TN-C-S系统,其PEN线在电源进线处分为PE保护接地线和N中性线;若以高压供电,则采用TN-S系统,PEN线在变电所低压配电盘出线处分为PE保护接地线和N中性线。这两种情况下,由于PE保护接地线和N中性线被短接,因此只需在L相线和PE保护接地线间安装第1级3个SPD,如图1所示。

2.2 TT系统

TT系统内SPD的连接方式较为复杂,N中性线自变电所引出后不再接地而对地绝缘,它和L相线一样能感应雷电冲击电压。因此在L相线和N中性线上都安装SPD,如图2所示。

随着10kV电网对地电容电流的剧增,需要将原不接地系统改为经小电阻接地系统,TT系统高、低压分开接地的SPD安装如图3(a)所示,高、低压共用接地的SPD安装如图3(b)所示。

3 标称放电电流In、冲击电流Iimp的确定

(1)TN系统。如果建筑物设有防雷装置,那么其冲击电流Iimp不应小于12.5kA。若只考虑由电源导入的雷电冲击电压,则其标称放电电流In不应小于5kA。

(2)TT系统。和TN系统相同,SPD的冲击电流Iimp和标称放电电流In应分别不小于12.5kA和5kA。

4 最大持续运行电压Uc的确定

最大持续运行电压Uc是可持续施加在SPD上且不损坏SPD的最大交流电压有效值或直流电压。它应大于电气装置内可能出现的工频持续或暂态过电压,以避免SPD被击穿损坏而形成短路故障。

(1)TN系统。SPD承受的工频过电压即是电气装置标称电压U0加上电网供电电压的正偏差。GB 12325—1990《电能质量供电电压偏差允许偏差》标准规定220V电网内的正偏差不大于7%,但实际电压正偏差常超过此值,再加上SPD老化等因素,因此防雷标准对TN系统取Uc≥1.15U0。

(2)TT系统。当10kV电网采用不接地系统(如图2所示)时,为防止TT系统内一相对地短路时另两相对地过电压引起绝缘表面的爬电起火,需限制电源端系统接地的接地电阻RB,使对地过电压不大于250V。按IEC标准,U0为230V时,SPD的Uc应不小于1.1U0,再加上电压偏差较大的因素,Uc应不小于1.15U0。

当10kV电网采用经小电阻接地系统(如图3所示)时,变电所高压侧接地故障电流Id将增大到数百安以至近千安,它在变电所接地电阻RB上产生的电压降将达数百伏以至近千伏以上。如果10kV变电所的保护接地和低压中性点的系统接地仍共用接地,低压TT系统(不包括TN系统)的相线和中性线将承受对地暂时过电压,其持续时间以百毫秒级计。TT系统中的SPD若接在带电导体(相线、中性线)和PE线之间,则SPD可能被暂时过电压击穿短路,从而被持续数百毫秒的放电热量烧毁。对此,较彻底的解决措施是将变电所低压侧中性点的系统接地另打接地极单独设置。这样,10kV侧的危险故障电压将无法传导至低压系统,也避免烧坏SPD。这时SPD的Uc只需大于低压侧接地故障引起的额定过电压限值250V即可,即取Uc≥1.15U0。

若10kV变电所分设2个接地极有困难,也可共用1个接地极,如图3(b)所示,但必须限制变电所接地电阻RB和故障电流Id,使RB上的故障电压降小于低压设备能承受的暂时过电压Uf,即Uf=Id×RB≤1 200V。此暂时过电压也将出现在SPD两端,但SPD的Uc不能大于1 200V,否则其Up值将随之增大,从而降低其对设备的防雷电冲击过电压作用。为避免SPD在这种情况下被烧坏,需改变SPD的连接方式,即将3个相线SPD先接于中性线,再经放电间隙接于PE线。此放电间隙的作用是在出现暂时过电压Uf时阻止SPD的导通,从而保护SPD。

综上所述,SPD最大持续运行电压Uc的要求见表1。

注:对于经新标准TOV试验的,SPD通过GB 18802.1—2002的TOV试验,设计可用此栏数值;对于按TOV要求选择的,SPD未经GB 18802.1—2002的TOV试验,设计应用此栏数值。

5 SPD电压保护水平Up的确定和连接要求

电压保护水平是SPD的主要技术指标,因为限制瞬态电涌,保护电气、电子设备是SPD的主要作用和功能,其它SPD的有关指标都是为了保证电压保护水平的实现。建筑物内220/380V配电系统中设备绝缘耐冲击电压额定值见表2,SPD连接要求见表3。

注:根据不同的低压配电系统的接地制式安装SPD。“0”表示必须;“NA”表示不适用;“+”表示非强制性的,可附加选用。

6 结束语

综上所述,对于电涌保护器(SPD)的设计选用,需要电气设计人员不断学习、加强交流和认真对待,使其既合理又完善,才能保证低压配电系统的安全运行,使电子信息设备得到更可靠的保护。

参考文献

[1]GB50057—2010建筑物防雷设计规范[S]

[2]GB18802.1—2002低压配电系统的电涌保护器(SPD)第1部分:性能要求和试验方法[S]

[3]王厚余.低压电气装置的设计安装和检验[M].北京:中国电力出版社,2007

日昇大厦低压电源SPD的配置设计第7篇

寿宁县日大厦位于寿宁县城中心地段的蟾溪河边, 大厦地下2层, 地上17层, 长84.6米, 宽28.7米, 高50.1米, 大厦集商住功能于一体, 是该县的标志性建筑。大厦已安装完善的外部防雷设施, 低压配电系统采用TN-S制式, 由户外市政变压器处采用金属铠装电缆埋地约100米引入, 保护地与防雷地共地。信息系统通讯线路采用光纤埋地50米引入。大厦所在地的土壤电阻率实测为ρ=300Ω·m, 该县年平均雷暴日数Td=65天/年。本文就该大厦的上述情况, 依据《建筑物防雷设计规范》和《建筑物电子信息系统防雷技术规范》, 对该大厦低压配电系统电源SPD的配置做以下设计。

1电涌保护方案等级的确定

交流低压电源系统电涌保护的选择和配置, 首先考虑其所处建筑物的雷电环境、防雷状况和信息系统的重要性, 进行雷击风险评估, 然后确定电涌保护等级。

按建筑物年预计雷击次数N1和建筑物入户设施年预计雷击次数N2确定N值,

由于N=0.37次/年>0.3次/年, 根据《建筑物防雷设计规范》, 该大厦为第二类防雷建筑物。

式中:Ae1/-电源线缆入户设施的截收面积 (km) 2

按照影响防雷状况和信息系统的重要性的各种因子C1~C6的取值, 决定信息系统设备损坏的可接受的最大年平均雷击次数NC:

式中:

C1:为信息系统所在建筑物材料因子。该大厦屋顶和主体结构为钢筋混泥土材料, C1=1.0

C2:为信息系统重要程度因子, 该大厦等电位连接和接地以及屏蔽措施较完善, C2=2.5

C3:为信息系统设备耐冲击类型和抗冲击过电压能力因子, C3=1.0

C4:为信息系统设备所在雷电防护区因子, C4=1.0

C5:为信息系统发生雷击事故的后果因子, C5=1.0

C6:表示区域雷暴等级因子, C6=1.4

按防雷装置拦截效率E=1-NC/N确定防护等级

根据《建筑物电子信息系统防雷技术规范》的雷电风险评估, 防雷装置拦截效率0.90<E≤0.98, 该大厦按B级防护等级要求设计电源SPD的配置。

2电涌保护器最大放电电流的选择

根据《建筑物防雷设计规范》, 第二类防雷建筑物的首次雷击电流幅值i=150KA, 全部雷电流按50%流入建筑物防雷装置的接地装置。另外按1/3分配于引入建筑物的电力电缆, 电缆按3芯计算, 则流入每芯电缆的雷电流为

第一级按承受90%左右的雷击能量考虑i1=8.33×90%=7.5 (KA)

第二级按承受10%左右的雷击能量考虑i2=8.33×10%=0.833 (KA)

第三级按承受5%左右的雷击能量考虑i3=8.33×5%=0.417 (KA)

按有关规范要求:对第一级电源SPD, 最大冲击放电电流必须按10/350μs波形的通流要求选择, 对其后几级电源SPD, 最大放电电流可按8/20μs波形的通流要求选择, 但必须进行折算。LEEEpc63.41.2/D4规定10/350μs与8/20μs的兑换率为1:10, 故该大厦电源SPD最大放电电流计算值为:

根据《建筑物电子信息系统防雷技术规范》表5.4.1-“2电子线路浪涌保护器标称放电电流参数值”中对B级保护的规定, 该大厦电源SPD作如下选择:

第一级:i1=7.5 KA (10/350μs) ;选择标称放电电流In=15 KA (10/350μs) 的SPD

第二级:i2=8.33 KA (8/20μs) ;选择标称放电电流In=40 KA (8/20μs) 的SPD

第三级:i3=4.17 KA (8/20μs) ;选择标称放电电流In=20 KA (8/20μs) 的SPD

3电源SPD类型选择和配置

电源SPD类型选择

对第一级可选限压型、开关型或复合型电源SPD, 但首选以金属氧化物非线性型压敏电阻为核心元件的限压型电源SPD。

电源SPD级位配置

配置原则:首先应在任意两个防雷区交界处设置, 然后再考虑同一防雷区中电源线路是否过长以至于需要在该区中再增设一级。

该大厦安防和消控设备电源端口可增设第三级电源SPD。其标称放电电流可选10KA (8/20μs)

电源SPD级间配合的计算

根据《建筑物防雷设计规范》规定, 限压型SPD之间的线路长度不宜小于5m。本方案对该大厦电源SPD均选用限压型, 对于线路长度小于5m的两极间SPD, 应使用退耦电感来等效这个距离。退耦电感的电感量按下式计算:

式中:L--退耦电感的电感量, μH

L0--导线的电感率, 约等于1.6μH/m

S--导线的长度, m

4电源SPD上端短路保护器件的选择及其连接线的选择

电源SPD上端短路保护器件选择

各级电源SPD应装在相应的断路器、熔断器的负载端, 当线路负载大于100A或连续供电负载时, 应在SPD上端安装短路保护器件。

电源SPD的连接线的选择

电源SPD的连接相线应采用多股铜线, 其截面积要求:第一级应大于16mm2, 第二级应大于10mm2, 第三级应大于6mm2。

电源SPD的连接接地端铜导线, 应采用多股铜线, 其截面积要求:第一级应大于25mm2, 第二级应大于16mm2, 第三级应大于10mm2。

各级电源SPD连接导线应平直, 其连接度不宜超过0.5m, 若不能满足要求, 应加粗连接导线。

5电源SPD选择的其他技术

最大持续工作电压

该大厦采用TN-S制式供电, 电源SPD的最大持续工作电压应不低于1.15V0, 即VC>440V

电压保护水平

电压保护水平应小于设备耐受电压。按《建筑物防雷设计规范》选择:

第一级:不大于4KV

第二级:不大于2.5KV

第三级:不大于1.5KV

响应时间

响应时间要求:第一级不大于100ns, 第二级不大于50ns, 第三级不大于25ns。

6结束语

日大厦供电系统为防止雷电过电压、过电流, 用于各级防护的电源SPD作如下配置:在大厦的低压配电室电源输入总开关后并联安装一组15KA (10/35μs) SPD, 作为第一级保护。在大厦各楼层配电箱的断路器后并联安装一组40KA (8/20μs) SPD, 作为第二级保护。在电源终端配电箱的空气开关后, 并联安装一组20KA (8/20μs) SPD, 作为第三级保护。在安防、消控等重要设备的供电部分加装10KA (8/20μs) SPD, 作为精细保护。通过以上四级保护, 就能很好地把过电压钳制到被保护设备可承受的范围, 最大限度地减少雷电灾害。

摘要：现代城市的智能建筑使用大量的电子设备, 而设备的耐雷水平又相当低, 如果在智能建筑的各防雷区低压电源端口布设适配的SPD, 可有效地防止设备遭受雷击。SPD的配置是根据对建筑物的雷击风险评估, 通过计算各级最大放电电流后作出选择的。

关键词：日大厦,电源SPD配置

参考文献

[1]梅卫群等《建筑防雷工程与设计》气象出版社2006

[2]《建筑物防雷设计规范》中国建筑工业出版社2000

暂时过电压对SPD后备保护的影响第8篇

在电力系统中, 因雷击、操作和故障等原因造成的瞬态过电压是不可避免的。如在雷击时, 雷电在低压电气装置中引起的持续时间以微秒计的瞬态冲击对地过电压, 其持续时间虽然极短, 但幅值和波形陡度却极大, 可能引起电气装置中电气设备和电子设备的绝缘击穿, 导致设备损坏, 或工作受干扰, 有时可引发火灾、人身电击、大面积停电等严重事故, 为了保护低压电气设备免遭瞬态过电压的侵害, 浪涌保护器 (Surge Protection Device) 在电力系统、工业民用建筑、石油石化、铁路等各个行业发挥着举足轻重的作用。随着SPD的大规模应用, SPD后备保护的选择对于避免SPD起火和防雷失效事故起着极为重要的作用。

1 电力系统中低压暂时过电压形成原因分析

在电力系统中, 由于断路器操作、故障或其他原因, 使系统参数发生变化, 引起系统内部电磁能量的振荡转化或传递所造成的电压升高, 称为电力系统内部暂时过电压。高压系统接地故障和低压系统内部故障都可能在低压系统中产生暂时过电压。

1.1 在变电所中, 高压系统和低压系统是“共地”的, 即它们的接地都共用一个接地极。

因此, 若高压侧发生接地故障, 则产生的故障电流流经共用接地极时就可能在低压侧产生暂时过电压, 暂时过电压幅值和持续时间与高压系统接地形式及接地保护的断开时间有关。

1.1.1 高压侧小电流接地系统包括:不接地、经消弧线圈接地和高电阻接地系统。

由于此类系统的接地电流小, 当故障电流通过接地电阻时产生的电压较低, 低压系统的标称电压为380V, 而高压系统接地故障传导至低压系统的暂时过电压通常不会超过120V, 远远低于低压系统的标称电压, 所以这种情况下暂时过电压几乎不会对SPD的安全造成任何影响。

1.1.2 高压侧大电流接地系统。

高压侧大电流接地系统为低电阻接地系统。由于系统接地电阻小, 当发生接地故障后构成了完整的回路, 接地电流很大。接地电流流过接地电阻时产生了很高的对地电压。高压系统接地故障传导至低压系统的暂时过电压最高值为1200V。SPD承受的暂时过电压根据低压系统接地形式 (低压侧为TN系统;低压侧为TT和IT系统) 而不同。中性线与保护接地线之间的暂态过电压为高压接地故障传导的暂时过电压1200V;相线与保护接地线之间的暂时过电压为相电压与高压接地故障传导的暂时过电压矢量和。

1.2 低压系统发生故障产生的暂时过电压

1.2.1当低压系统发生相中线短路故障时, 故障电流在故障点流经一段中性线返回电源, 在流经的中性线上会产生电压降ΔUN。ΔUN与系统电压U0的矢量和成为了非故障相线与中性线间的暂时过电UTOV。

1.2.2根据负荷的接地形式, 接地系统可以分为TN和TT系统。其中TN系统又分为TN-C接地系统和TN-C-S系统。在TN系统中, 电气装置的接地时连接到PE线或者是PEN线上。TT接地系统中, 电气装置的接地是连接到一个独立的接地极上, 独立接地极与电源接地极没有电气上的联系。在TN系统中发生相线导体意外接地时, 由于电气装置与电源使用同一接地极接地, 其他相线的对地电压不会发生改变。当在TT系统中, 由于电气装置的接地极和系统的接地极没有电气联系, 当相线的意外接地时, 其他相会在相线与保护接地线之间形成幅值高达的暂时过电压。当系统相线意外接地时, 保护开关会根据整定的电流来对故障进行切除。

1.2.3中性线断线故障引起的过电压。在TN-C系统或者TN-C-S系统中, 用电设备通常按照三相平衡的原则平均分配在三相中, 中性线中通常是没有电流的。当负荷严重不平衡时, 中性线中的不平衡电流会非常大, 在一些情况下中性线可能因为过热而烧断。

中性线断线后, 由于负荷的不平衡会导致线间电压分配的不平衡, 负荷侧的电压中性点会偏移, 而偏移产生暂时过电压严重时会偏移到线电压构成的正三角形一条边上, 使其中一相线与中性线间电压为。

2 暂时过电压对SPD的影响

SPD主要分为电压开关型和限压型两种。限压型SPD的主要成分为金属氧化物压敏电阻 (MOV) 。是由一种以氧化锌为主体, 添加多种金属氧化物的多晶体半导体陶瓷元件。当雷电冲击电流通过时, 电流集中流向MOV的薄弱点, 形成击穿后, SPD气化燃烧。电压开关型SPD主要部件为气体放电管 (GDT) , 有单间隙和多间隙型。开启式单间隙型以羊角间隙为代表, 封闭式单间隙SPD以陶瓷气体放电管为代表。单间隙SPD在浪涌或电源振荡激发导通后, 20~30V的电弧电压使电源处于短路状态。当电弧电流比较大, 持续的电弧烧穿封装电极片时, 火焰迅速喷发燃烧引起火灾事故。当系统出现暂时过电压时, 暂时过电压一旦超过SPD启动电压, 工频电流就会流过SPD。通过SPD的电量超过10C就能引发SPD起火燃烧。SPD后备保护对于防止SPD起火燃烧至关重要。

3 熔断器和断路器作为SPD后备保护分析

SPD后备保护的基本要求为通过雷电流时不误断, 通过工频交流电流时断开开关保护SPD。后备保护装置在雷电流冲击下不误断至少应该满足:T1级不小于SPD的冲击电流Iimp (10/350μs, 25k A) ;T2级不小于SPD的最大放电电流Imax (8/20μs, 80k A) ;T3级不小于SPD的Imax (8/20μs, 40k A) 。SPD通过工频电流大于5A以上时易起火, 所以需要在工频电流达到5A前切断电路。通过实验发现, 当熔断器和断路器满足冲击电流通过及在SPD通过工频电流起火时也不会熔断或断开。

4 SPD专用后备保护器 (SCB) 实现方案

SPD专用后备保护器具有滞后、选择动作特性, 特性具有延时效应。由于雷电流通过时持续时间非常短, 后备保护电器的延时尚未完成雷电流已经消失, 保证了在雷电冲击下后备保护电器不动作, SPD不会退出运行。

随着社会的发展, 对电气设备的保护要求不断提高, 为防止瞬时过电压SPD的应用越来越广泛。在无人值守的变电所或其他需要遥控的情况下, SCB能够通过其附件来满足需要, SCB因过负荷、漏电、短路等故障脱口后, 其附件可以进行自动的重合, 使系统能够持续有效的工作, 适合无人值守通讯基站、灌溉水泵等设备配电配套使用, 保证设备能够持续安全运行。

5 结语

综上所述, 暂时过电压的存在造成了SPD的安全隐患。为了解决暂时过电压对SPD造成的危害, 出现了SPD专用后备保护器 (SCB) , 从而解决了低压电源系统SPD后备保护装置存在的问题, SCB将随着国民经济的高速发展在各个行业发挥作用。

摘要：施加给电气装置的电压如超过电气装置的标准电压, 称作过电压。低压电气装置可能出现各种过电压, 例如由于电网和电气装置运行条件的变化引起工频电源电压变化而出现缓慢而持续的线间过电压。本文分析了低压系统暂时过电压形成原因, 并给出了不同供电制式下的最大暂时过电压值。探讨了暂时过电压对SPD的影响及SPD后备保护需要注意的问题。

关键词：暂时过电压,浪涌保护器,后备保护装置

参考文献

[1]杨大晟, 张小青, 许杨.低压供电系统SPD的失效模式及失效原因[J].电瓷避雷器, 2007 (4) :43-46.

[2]朱子述.电能质量讲座第十讲——暂时过电压和瞬态过电压[J].低压电器, 2007 (20) :59-62.

本文来自 99学术网(www.99xueshu.com)，转载请保留网址和出处

【SPD系统】相关文章：

医院医疗器械院内物流SPD系统的构建09-13