基于电源浪涌保护器的参数选择及线路保护

1 SPD 的分类， 按使用非线性元件的特性来分

1.1 电压开关型SPD

常用的非线性元件有放电间隙、气体放电管等，它具有大通流容量(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L PZ0A 区)。

1.2 电压限制型SPD

常用的非线性元件有氧化锌压敏电阻、瞬态抑制二极管等， 是大量常用的过电压保护器， 一般适用于室内(即L PZ0B、L PZ1、L PZ2 区)。

1.3 组合型SPD

由电压开关型元件和限压型元件混合使用， 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， 有时呈现限压型SPD 特性， 有时同时呈现两种特性。

2 表征SPD 的主要技术参数选择

2.1 保护模式

SPD 可连接在L (相线)、N (中性线)、PE (保护线) 间， 如L 2L、L 2N、L 2PE、N 2PE, 这些连接方式与供电系统的接地型式有关。

2.2 最大持续工作电压Uc

可能持续加于SPD 两端的最大方均根电压或直流电压， 其值等于SPD 本身的额定电压。

IEC6036452534 中提出， 在TT 系统中， 当SPD 设在漏电流保护器(RCD) 的电源侧时， U c≥1.1U o; 当SPD 设在漏电流保护器的负荷侧时， U c≥1.5U o.

在TN 系统和IT 系统中， U c≥1.1U o.U c 的选择要考虑到当地电网的水平波动及用户用电的具体情况， 不是一味取大值为好， 因为U c 取大， 整个压敏器件启动电压也高， 浪涌电压将对设备产生危害。国际标准有一系列的优选值， 与当地电网水平有关。

2.3 雷电通流量Imax

一般在L PZ0 与L PZ1 区交界处选用10/350u s波形、每相通流量≥10KA 的SPD 安装， 在L PZ1 与L PZ2 区交界处选用8/20us 波形， 每相通流量≥5KA 的SPD 安装。由于10/350us 波形的能量比8/20u s 的大20 倍， 其电流相应大5 倍， 如果要用8/20us 波形的SPD 代替， 其雷电通流量相应要大5倍。

2.4 保护水平Up

该值应比在SPD 端子测得的最大限制电压大，与设备的耐压Uw 一致(1.2Up≤Uw ) , 可以从一系列的参考值中选取(如0108、0109、……1、1.2、1.5、1.8、2、……8、10KV 等)。目前国标当中较好的U p有800V、900V.

2.5 漏电流

并联型SPD 要求漏电流≤30uA (公安部要求≤20uA ) , 串联型SPD 要求漏电流≤01.mA。

2.6 启动电压Uas

过去认为启动电压即标称压敏电压，实际上通过SPD 的电流可能远大于测试电流1mA , 这时不能不考虑已经抬高的残压对设备保护的影响。从压敏电压到启动电压的时间(即SPD 的响应时间)比较长，约为100ns。启动电压越高则残压也越高，越低则压敏电阻易老化。其值不应大于被保护设备的绝缘水平。

2.7 残压Ures

是真正加在被保护设备端口的电压。残压越低越好，应小于被保护设备耐冲击过电压额定值。见表1:

表1220/380V 三相系统各种设备耐冲击过电压额定值Uw

2.8 标称放电电流In

用来划分SPD 等级， 具有8/20u s 或10/350u s 模拟雷电流冲击波的放电电流。Imax= 2~ 3 In。

2.9 持续工作电流Ic

在最大持续工作电压U c 下保护模式上流过的电流， 实际上是各保护元件及与其并联的内部辅助电路流过的电流之和。为避免过电流保护设备或其它保护设备(如RCD) 不必要动作， Ic 值的选择非常有用。在正常状态下， Ic 应不会造成任何人身安全危害(非直接接触) 或设备故障(如RCD)。一般情况下对RCD, Ic 应小于额定残压电流值( I△n) 的1/3。

2.10 以上是选择SPD 时所要考虑的几种主要的参数， 可以通过下图来具体比较几种电压之间的关系：

图1 Up Un 和Uc 相关曲线

3 电源SPD 的线路安装

3.1 安装位置

按照IEC131221 (L PZ) 的概念，当电气线路穿过两防雷区交界处时要安装浪涌保护器， 根据设备的不同位置和耐压水平，可将保护级别分为三级或更多，但保护器必须很好的配合，以便按照它们耐能量的能力在各浪涌保护器之间分配可接受的承受值和原始的闪电威胁值有效地减至需要保护的设备的耐电涌能力。但由于工艺要求或其它原因，被保护设备的安装位置不会正好设在界面处而是设在其附近，在这种情况下，当线路能承受所发生的电涌电压时，浪涌保护器可安装在被保护设备处，而线路的金属保护层或屏蔽层宜首先于界面处做一次等电位连接。在实际的工作中，一般都将电源浪涌保护器设在总配电房、各楼层的配电箱中及被保护设备前，均取得了较好的防护效果。

3.1.1 在L PZ0 区与L PZ1 区交界处， 在从室外引来的线路上安装的SPD 应选用分类试验(即通过SPD 的350us 波形的雷电流幅值) 的产品。通过对建筑物的防雷类别确定雷电流的幅值及雷电流直击在该建筑后在各种管道、线路上的能量分配来确定其通流量的取值。

3.1.2 在L PZ1 区与L PZ2 区交界处， 分配电盘处或UPS 前端宜安装第二级SPD, 可选用分类试验的产品。其标称放电电流In 不宜小于5KA(8-20us)。

31.13 在重要的终端设备或精密敏感设备处，宜安装第三级SPD, 可选用分类试验的产品，其标称放电电流In不宜小于3KA (20us) , 同时具有更短的响应时间。

3.2 间距与能量匹配问题

在安装SPD 时要考虑两级之间的能量匹配问题， 在一般情况下， 当在线路上多处安装SPD 且无准确数据时， 电压开关型SPD与限压型SPD 之间的线路长度不宜小于10 米， 限压型SPD 之间的线路长度不宜小于5 米。还应注意以下几点：

3.2.1 SPD 采用低- 高配置时， 第二级SPD 几乎没有用处， 而采用高- 低配置时，能前后配合分流。

3.2.2 随着两极间距的缩短，前级分流作用下降，后级通过的电流和能量上升，当距离过近时，前级几乎不起作用。此时，应在两级之间采取退耦措施，例如在两个SPD 之间安装一个电感阻抗器件， 可以起到退耦作用。

3.3 安装方式： 宜采用"V "型连接方式(凯文法)。如下图所示

由上图可知，在设备两端的残压UL PE= U 1+U p , 由于连接导线较短，大大减少了电涌在导线上的压降(实验证明： 1m导线在20KA、8?20us 波形冲击下产生的压降为1KV ) , 也使加在设备两端的电压降低，从而起到保护的作用。

3.4 SPD的连接导线应尽可能短、直，两端的引线长度不宜超过15m , 使其感应电压尽可能低，减少残压，连接导体应符合相线采用黄、绿、红色，中性线用浅蓝色，保护线用绿/黄双色线的要求。

4 综述

如上所述，在选择220-380V三相系统中的浪涌保护器时，首先要区分低压配电系统的型式， 是IT、TT 还是TN , 然后对所处建筑物确定防雷分类、确定雷电流的能量分配及设备的耐压水平等方面综合考虑SPD 的参数取值， 实地考查， 扬长避短，选取最适当的SPD，使被保护设备承受的浪涌减少至设备可接受的值(较低的保护水平)。