内容发布更新时间 : 2024/5/23 21:25:00星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

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引言 ................................................................. 2 一、SPD的分类和主要技术参数 .......................................... 2

1.1 SPD的分类 .................................................... 2

1.1.1按使用非线性元件的特性分类: .............................. 2 1.1.2 按SPD的端口型式分类 .................................... 3 1.1.3按使用的性质分类 ......................................... 3

1.2保护器件结构的介绍 ............................................ 4 1.2.1 电压开关型SPD ........................................... 4 1.2.2电压限制型SPD ........................................... 4 1.3.表征SPD的技术参数 ............................................ 4

1.3.1电源系统的SPD ........................................... 4 1.3.2 SPD在低压配电系统中技术参数的解释 ....................... 5

二．SPD的选择与安装 .................................................. 7

2.1电涌保护器的选择 .............................................. 7

2.1.1确定建筑物防雷等级 ....................................... 7 2.1.2确定安装位置 ............................................. 7 2.1.3参数的选择 ............................................... 7 2.1.4注意能量配合问题 ......................................... 8 2.2电涌保护器的安装 .............................................. 9

2.2.1不同供电制式的系统中SPD的安装 ........................... 9 2.2.2安装时的注意点 .......................................... 11

三、小结 ............................................................ 12 参考文献： .......................................................... 12

低压配电系统中SPD的选择和安装

The Choice and Fixation of Surge Protector and Lightning Surge

Protective Device for LV Distribution System

南京信息工程大学 黄 灏 210044

【摘要】本文主要介绍在低压配电系统中电涌保护器（也称浪涌保护器，简称SPD）的基本要求和主要的技术参数，并简述如何加以选择及其安装方式和注意点。

【关键词】低压配电 电涌保护器 能量配合

Abstract: This dissertation makes an introduction to the basic requirement, the common components and main technical parameters of SPD (surge protective device), which is installed in the Low Voltage（LV） distribution system. At the end of which, the dissertation mainly summarizes how to properly choose and fix SPD in L.V.distribution system.

Key words: LV Distribution System SPD Energy Compatibility

引言

SPD(Surge Protective Device) 是国际电工委员会( IEC) 标准中对电涌保护器(过电压保护器) 的英文缩写。在2000年版的GB50057 – 94对电涌保护器(Surge Protective Device，SPD)的定义是：用以限制瞬态过电压和引导电涌电流的一种器具,它至少应包括一种非线性元件。 一、SPD的分类和主要技术参数 1.1 SPD的分类

SPD可按几种不同角度进行分类: 1.1.1按使用非线性元件的特性分类:

电压开关型SPD（voltage switching type SPD） : 当没有电涌出现时,SPD 呈高阻状态;当电压电涌达到一定值时(即达到火花放电电压) , SPD 的电阻突然下降变为低值。常用的非线性元件有放电间隙、气体放电管、开关型SPD（闸流管）和三端双向可控硅元件作为这类SPD的组件。有时称这类SPD为“短路开关型”或“克罗巴型”SPD。开关型SPD具有大通流容量(标称通流电流和最大通流电流)的特点,特别适用于易遭受直接雷击部位的雷电过电压保护(即LPZOA ——直击雷非防护区) , 有时可称为雷击电流放电器。

电压限制型SPD(voltage limiting type SPD) : 当没有冲击出现时,SPD 呈高阻状态；随着冲击电流及电压的逐步提高, SPD 的电阻持续下降。常用的非线性元件有压敏电阻,瞬态抑制二极管等。这类SPD 又称箝压型SPD ,是大量常用的过电压保护器。一般适用于户内,即IEC 规定的直击雷防护区(LPZOB)、第一雷电防护区(LPZ1)、第二雷电防护区(LPZ2)的雷电过电压防护。IEC标准要求将它们安装在各雷电防护区的交界处。

混合型SPD:开关型元件和箝压型元件混合使用,随着施加的冲击电压特性不同,SPD有时会呈现开关型SPD特性,有时呈现箝压型SPD特性,有时同时呈现两种特性。

1.1.2 按SPD的端口形式分类

根据在不同系统中使用的需求,生产商把SPD制造成一端口或两端口的型式。 一端口(又称单口)SPD:与被保护电路并联连接。一端口SPD可能有隔开的输入端及输出端, 但之间没有特意设置的电阻。（见图1）

两端口(又称双口)SPD:具有两组端口的SPD,一般与被保护电路串联连接,或使用接线柱连接,在输入端与输出端之间有特意设置的串联阻抗(图2) 。

从图1和图2可以发现一个共同的特征：SPD的非线性元件都是与被保护电路处于并联状态，当其动作时，将被保护电路中的电涌电流通过SPD分流泄入大地。 1.1.3按使用的性质分类

由于雷电过电压和投切过电压(过去常称为操作过电压) 可能沿供(配) 电线路、信号线(含电话线) 或天馈线侵入,因此安装在不同系统中的SPD 必须满足不同系统的特殊要求。这样,生产厂商又可按使用性质将SPD 分为:电源系统SPD、信号系统SPD、天馈系统SPD。

此外，还可以按安装的环境分为室内用SPD或室外用SPD;按可接触性分为可接触SPD或不可接触SPD；按安装方式分为固定式SPD或卡接可移式SPD等等。

1.2保护器件结构的介绍 1.2.1 电压开关型SPD

电压开关型SPD主要由放电间隙这种非线性元件组成，所谓放电间隙就是把暴露在空气中的两块相互隔离一空气间隙的金属物作为避雷放电的装置，通常把其中一块金属接在需要防雷的导线上，例如供电系统的相线，另一块金属与地线连接。当雷电流的高电位侵入电源的相线时，首先在间隙处击穿，使间隙的空气电离，形成短路，雷电流通过间隙的短路流入大地，而此时间隙两端的电压却很低，因而达到减低雷电压的目的。

1.2.2电压限制型SPD

电压限制型SPD主要由氧化锌压敏电阻构成。每一块压敏电阻从制成时起就有它的一定的开关电压，当加在两端的电压低于开关电压时，压敏电阻呈现高阻值；当加在两端的电压高于压敏电压时，压敏电阻即被击穿，呈现低阻值。当高于压敏电阻的电压撤销后，它又恢复高阻状态。

1.3.表征SPD的技术参数 1.3.1电源系统的SPD

1998 年2 月IEC 颁布的标准《低压系统的电涌保护器第1 部分性能要求及测试》( IEC61643 - 1) 中规定,用于低压配电系统的SPD 的使用环境是:1000VAC (交流) 50/ 60Hz 和1500VDC (直流)以下电路系统中的SPD,使用高度不超过2000m。贮备和使用时的环境温度应在- 5～40℃之间,特殊情况下可扩展到- 40～70 ℃之间,相对湿度在常温下为30%～90%。在此范围之外的恶劣环境下和使用于户外,或暴露在日光中或处在其它辐射源之下的SPD 应有特别的设计要求,这是设计者、制造厂商和用户要特别注意的。对制造厂商而言,IEC标准要求生产和销售的SPD 铭牌上必须注明下列内容:

a) 制造厂家、商标及模块型号 b) 安装位置类别 c) 端口数 d) 安装方法

e) 最大持续操作电压UC (每一种保护方式一个值) 及额定频率 f) 制造商声称的各保护方式的放电参数 及试验类别:

—— I 类试验Iimp ——II 类试验Imax ——III 类试验

g) I 类及II 类试验中的额定放电电流值 In (每一保护模式一个值)

h) 电压保护水平Up (每一保护模式一个 i) 额定负载电流

j) 外壳提供的保护水平( IP 代码) k) 短路承受能力

l) 备用过电流保护装置的最大推荐额定值(如果有) m) 断路器动作指示

n) 具有特殊用途产品的安装位置 o) 端口标志(进、出口端标志)

p) 安装指南(如:连接、机械尺寸、引线长 度等)

q) 电网电流类型:直流(DC) 交流(AC) 及频率或两者都可应用 r) I 类试验中能量指标(W/ R) s) 温度范围

1.3.2 SPD在低压配电系统中技术参数的解释

在解释之前，首先说明一下过电压的概念。在IEC60664 - 1《低压系统内设备的绝缘配合》标准中,定义过电压(over-voltage) :“峰值大于正常运行下最大稳态电压的相应峰值的任何电压”。过电压一般分为短时过电压(或暂态过压)(temporary over-voltage) 和瞬态过电压(transient over-voltage) 。这两种过电压的区分是,短时过电压是持续时间较长的工频过电压,而瞬态过电压则是振荡的或非振荡的,通常为高阻尼,持续时间只有几毫秒(ms) 或更短的短时间过电压。雷击过电压便属瞬态过电压。由于特定通断操作或故障通断,在系统中的任何位置出现的瞬态过电压又称投切过电压(操作、通断过电压) ( switching over-voltage) 。SPD 应具备抑制瞬态过电压的功能,含防护雷电过电压和投切过电压。

(1) 保护模式

SPD的保护模式实际就是一组SPD中的各个模块与被保护线路或设备端子如何连接：接在相线（L）或地线（PE）、相线(L)对中性线（N）或中性线（N）对地线（PE）之间，还是接在相线（L）对相线（L）之间.

下面简要介绍三种主要的保护模式：

①3P接线：当N线与PE线直接相连时，SPD接在每一L线与PE线之间。具体来说就是TN-S、TN-C系统中变压器低压端以及TN-C-S系统进户处，N线作重复接地的情况下，三相各装一个对地的SPD，N线不装;

②4P接线：当N线不与PE线直接相连时，SPD接在每一L线与PE线之间和接在N线与PE线之间。TN-S、TN-C、TN-C-S系统除上述情况外以及TT制系统在剩余电流保护器（RCD）的负荷侧，均采用4P接线;

③“3+1”接线:具体接法就是三个间隙型或MOV型SPD接于L与N之间，一个间隙型SPD接于N与PE之间，主要用于安装在TT系统中剩余电流保护器（RCD）的电源侧。

(2) 额定电压Un，是厂商对SPD 规定的电压值。在低压配电系统中运行电压有220 、380Vac是相对地的电压值。在正常运行条件下,供电终端电压波动值不应超过±10 %。

(3) 最大持续工作电压Uc

指能持续加在SPD 各种保护模式间的电压有效值(直流和交流) 。UC不应低于低压线路中可能出现的最大持续工频电压。

TT 系统中Uc≥1.15 Uo TN、TT 系统中Uc≥1.11 Uo IT 系统中Uc≥Uo

Uo指L-N 间或L-PE 间的电压

对以MOV( 压敏电阻) 为主的箝压型SPD 而言,当外部电压小于Uc时,MOV 呈现