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SPD浪涌保護器的應用場景-看明白這些就清楚了【杭州易造】

發布時間:2022-02-07 瀏覽量：5842 作者：易造科技-小雷

SPD浪涌保護器的應用場景,IEC 61643 產品標準將使用浪涌保護裝置的應用劃分為低壓系統、電信和信號處理網絡以及光伏裝置。一般來說，所有領域都有不同的個別系統先決條件。相應地，所有涉及的解決方案或步驟可能會有很大差異，因此值得更詳細地研究這些應用程序。

6.1 保護交流系統

6.1.1 SPD types and technologies

SPD浪涌保護器的應用場景,避雷區概念為跨區域的所有線路提供協調的浪涌保護設備，它們的功率值基于要達到的保護等級。

根據區域過渡，因此需要不同的類型（參見表 2）。電涌保護設備的產品標準 IEC 61643-11 [6] 中定義了對各種 SPD 類型的要求。

多級保護概念可由此衍生（圖 35）。

SPD浪涌保護器的應用場景-類型

表2：防雷區過渡及對應的SPD類型

SPD浪涌保護器的應用場景-防雷區

圖 35：多級保護概念

SPD浪涌保護器的應用場景,多級功能限制了區域之間的防雷級別。預期的浪涌電壓或浪涌電流的幅度和比能量逐漸減小。各個 SPD 必須限制浪涌電壓的電壓值也會降低。這是通過相應的低電壓保護水平來實現的：它們的上限基于附近要保護的設備的介電強度。

SPD浪涌保護器的應用場景-參數表

表 3：基于標稱電壓的過電壓類別

1 類浪涌保護設備必須滿足浪涌電壓或浪涌電流的振幅和比能量方面的最高要求，因為它們應該保護免受直接雷擊。在主配電的典型安裝環境中，對短路耐受能力的要求往往非常高，為了能夠滿足這些要求，需要強大的技術，例如火花隙技術。

火花隙技術

火花隙的工作原理最初非常簡單：將兩個電極放置在彼此相距特定距離并形成絕緣狀態（圖 36）。如果兩個電極之間存在電壓，導致該空間中空氣的介電強度（約 3 kV/mm）超過浪涌電壓，則會形成電弧。與阻抗在千兆歐范圍內的絕緣狀態相比，電弧的阻抗非常低，因此，火花隙兩端的電壓降也是如此。

SPD浪涌保護器的應用場景,這種特性非常適合放電雷電流：火花隙的殘余電壓越低，需要管理的能量輸入就越低。關于阻抗的突然變化，因此也是火花隙兩端的電壓差，非線性特性稱為電壓切換。低殘余電壓帶來的一個顯著優勢是，由于電壓高于規定的標稱電壓或最大連續電壓，被保護設備的負載較低。對于較長的雷電流持續時間，火花隙的殘壓很低，在被保護裝置的最大持續電壓范圍內。帶有限壓組件的 1 類 SPD 通常比此高數百伏 - 對受保護設備來說，負載要大得多。

現代火花隙通常封裝在堅固的封閉鋼制外殼中，因此在放電過程中，電弧產生的電離氣體不會泄漏到環境中。此外，火花隙經常被觸發：它們有額外的布線來支持火花隙的完全點火。這將電壓保護水平限制在一個非常低的水平——明顯低于基于空氣介電強度產生的電壓即使類型 1 SPD 的安裝環境一般不需要，現代觸發式火花隙的電壓保護水平通常處于最低過電壓類別 I 的水平（基于系統的標稱電壓）。

SPD浪涌保護器的應用場景-火花間隙

圖 36：封閉式火花隙的等效電路

順序電流滅火能力

SPD浪涌保護器的應用場景,火花隙的一個特殊特性是連續電流熄滅能力，Ifi。如果通過浪涌電壓點燃火花隙，則代表一種短路，為連接的電源網絡驅動電流。因此，火花隙必須能夠在放電過程之后自行中斷電源電流，而不會觸發上游過流保護裝置。順序電流熄滅能力表明在何種情況下可以保證預期的短路電流安裝位置。現代火花隙必須能夠做兩件事：

? 從短暫的雷電流中釋放大量能量

? 從強大的供電網絡中獨立消除連續電流

SPD浪涌保護器的應用場景,在雷電流的情況下，在最好的情況下，火花隙的阻抗非常低，以保持盡可能低的能量輸入并增加魯棒性。然而，在連續電流的情況下，阻抗必須盡可能高，以確保快速消除。為了在可能的短路電流高達 100 kA 的供電網絡上承受高達 50 kA 的雷電流幅值。因此，今天的火花隙通常結構復雜，由許多單獨的功能部件組成（圖 38）。

SPD浪涌保護器的應用場景-電流

圖 37：加載 (8/20 μs) 脈沖時觸發火花隙的典型殘余電壓曲線

SPD浪涌保護器的應用場景-組件

圖 38：現代封閉式火花隙的各個組件

6.1.3 類型 2：電涌保護器

SPD浪涌保護器的應用場景,2 類電涌保護裝置通常安裝在子配電或機器控制柜中。這些 SPD 必須能夠釋放間接雷擊或開關操作引起的感應浪涌電壓，但不能處理直接雷擊。因此，能量輸入顯著減少。在任何情況下，由開關操作引起的感應浪涌電壓通常是非常動態的。在這里，具有快速響應行為的放電技術經得起考驗，例如壓敏電阻技術。

SPD浪涌保護器的應用場景-電阻

圖 39：壓敏電阻等效電路圖

壓敏電阻技術

SPD浪涌保護器的應用場景,壓敏電阻（可變電阻器或金屬氧化物壓敏電阻，MOV）（圖39）是由金屬氧化物陶瓷制成的半導體元件。它們表現出非線性的電流-電壓特性曲線（圖 40）。在低電壓范圍內，壓敏電阻的阻抗非常高，但在較高電壓范圍內，阻抗會迅速下降，因此可以毫無問題地釋放非常大的電流。因此，壓敏電阻的特性被稱為限壓特性。由于典型的響應時間在較低的納秒范圍內，壓敏電阻甚至非常適合限制特別動態的浪涌電壓現象。圖 40：額定電壓為 320 V AC 的壓敏電阻的電壓-電流特性曲線

SPD浪涌保護器的應用場景-電流曲線

承載雷電流的壓敏電阻

高性能壓敏陶瓷甚至可以表現出高達 12.5 kA (10/350 μs) 的脈沖放電容量，這意味著它們也適合作為 1 類 SPD 用于低保護級別的環境。

對于25 kA至50 kA（10/350 μs）的更高脈沖放電容量，通常必須使用多個壓敏電阻并聯。沒有火花隙技術的浪涌保護制造商因此經常使用壓敏電阻作為防雷等級圖 41：額定電壓為 350 V AC 的壓敏電阻在 25 kA (8/20 μs) 負載下的殘余電壓

SPD浪涌保護器的應用場景-壓敏電阻

I的1型SPD。這個概念有嚴重的缺點：如果并聯的壓敏電阻的特性不精確匹配，則要求是很難滿足，在工作過程中，各個路徑被置于不同的負載下。隨著時間的推移，不均勻的負載變得越來越大。這最終導致壓敏電阻過載。

6.1.4 類型 3：設備保護

SPD浪涌保護器的應用場景,3類電涌保護器一般安裝在被保護終端設備的正前方。由于安裝環境不同，3 類 SPD 的設計范圍非常廣泛。例如：除了標準的 DIN 導軌安裝外，還有用于安裝在插座中或直接安裝在終端設備 PCB 上的設備。

從技術上講，3 類 SPD 與 2 類最相似，后者基于壓敏電阻，但與 2 類相比，在標稱放電容量方面的要求更低。通常將電源保護鏈接到保護終端設備中的其他接口，如數據通信線路。為此有組合設備。它們對所有相應的（供電）線路進行電涌保護。

6.1.5 協調不同類型的 SPD

SPD浪涌保護器的應用場景,避雷區概念為跨區域的所有線路提供協調的浪涌保護設備。它們的功率值基于要達到的保護等級。取決于區域轉換，因此需要不同的類型（參見表 2）。電涌保護裝置的產品標準 IEC 61643-11 [6] 中定義了對各種 SPD 類型的要求。多級保護概念可由此衍生（圖 42）。

從內部保護區開始，要協調一個 3 類 SPD 和一個上游 2 類 SPD。必須確保 3 類 SPD 在能量方面不會過載。由于在保護區概念的這個區域中預計會有較低幅度的浪涌電壓，因此選擇性尋址已經由類型 3 SPD 的 Uc 保證，該 Uc 大于或等于類型 2 SPD。

SPD浪涌保護器的應用場景,在外部保護區的方向上，必須再次確保 2 類 SPD 與上游 1 類 SPD 之間的協調。由于這里必須考慮直接雷擊或部分雷擊的可能性，這種情況只能由類型 1 SPD 承擔，因此 SPD 的選擇性尋址尤為重要，否則類型 2 SPD可能會超載。由于用于 1 類 SPD 的技術非常不同，因此沒有通用的協調條件。基于火花隙的 1 型 SPD 在這方面具有明顯的優勢。在雷電流的大部分時間里，它們相對較低的殘余電壓僅為幾百伏，確保電流幾乎完全轉換。

SPD浪涌保護器的應用場景

圖 42：具有一系列連續 SPD 類型的多級保護概念

6.1.6 符合 IEC 60364 的電網系統

SPD浪涌保護器的應用場景,交流系統的浪涌保護概念的設計取決于現有的電網系統等。這些系統可以根據提供電源的變壓器的接地設計、用電系統以及它們之間的連接而變化.用于架設低壓電源系統的指令 IEC 60364-1 [10] 列出了以下系統配置：

TN-S系統

在這個電網系統中，供電變壓器的一個點——通常是中性點——通常直接接地。中性導體 (N) 和保護導體 (PE) 在單獨的導體中連接到用電系統。三相電源由五根導線組成：L1、L2、L3、N 和 PE（圖 43）。

SPD浪涌保護器的應用場景-TN-S系統

圖43：TN-S系統

TN-C系統

在該電網系統中，供電變壓器的中性點直接接地。中性導體和保護導體通過一根導體 (PEN) 連接到用電系統。三相電源由四根導線組成：L1、L2、L3 和 PEN（圖 44）。

SPD浪涌保護器的應用場景-TN-C系統

TT系統

在該電網系統中，變壓器的接地點僅作為中性導體連接到系統。電氣系統的各個部分連接到與變壓器接地點分開的本地接地系統。中性導體和本地保護圖44：TN-C系統

導體通過單獨的導體連接到用電系統。三相電源由五根導線組成：L1、L2、L3、N 和本地 PE（圖 45）。

SPD浪涌保護器的應用場景-TT系統

IT系統

在該電網系統中，供電變壓器的中性點不接地，或僅通過高阻抗接地。電氣系統的各部分連接到與變壓器接地點分開的本地接地系統。如果中性導體也從提供能量的變壓器的中性點布線，則該中性導體與本地保護導體分開布線。三相電源由四根或五根導線組成：L1、L2、L3（如果適用）和本地 PE（圖 46）。圖45：TT系統

SPD浪涌保護器的應用場景-IT系統

圖46：IT系統

SPD浪涌保護器的應用場景,IT 系統的一個特點是對地絕緣故障可能會在有限的時間內發生。該相接地故障只需通過絕緣監測檢測并上報，以便及時糾正。只有在發生第二次接地故障時，才會導致兩相之間短路，相關的浪涌保護設備才會跳閘。因此，用于 IT 系統的電涌保護器必須能夠承受系統的相間電壓以及容差。這是由規范要求確保的，即只有最大連續電壓至少為相間電壓加上容差的 SPD 才能用于 IT 系統中的相和 PE 之間。

-End-

易造防雷浪涌保護器（防雷器）的主要優勢：

易造復合型浪涌保護器，20年設計壽命，小體積大通流，低殘壓、高TOV耐受1800V；MG串聯技術，0漏流0續流；密封型結構無外泄電弧，不起火。

易造電涌保護器采用鏈式放電技術，實現了SPD的能量自動協調功能，安裝時無需考慮兩級SPD間的距離，第二級SPD可以直接安裝于第一級SPD后端，安裝更方便！

易造浪涌保護器外殼采用PA66高阻燃絕緣材料，符合UL94V-0 RoHS REACH，一體化設計防震防潮耐高溫，易造電涌保護器廣泛應用于電力、新能源、通訊、建筑、軌道交通、石油石化等多個領域。

杭州易造是浙江省科技型企業，高品質防雷設備生產廠家,擁有全套風電浪涌保護器生產技術。主要生產一級浪涌保護器、二級浪涌保護器、三級電涌保護器、信號防雷器、直流防雷器、風電浪涌保護器等全系列防雷模塊，產品通過了UL、CSA、TUV、CQC、CE等權威認證，1500+規格型號，可滿足所有低壓設備的電涌防護要求。