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        防雷裝置SPD產(chǎn)品的分級(jí)探討

        2015-05-30 17:19:27王力
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2015年3期

        王力

        摘 要:直接雷擊和間接雷擊,以及系統(tǒng)內(nèi)部的過高壓、內(nèi)部浪涌現(xiàn)象往往會(huì)造成設(shè)備的損壞,給社會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。文章中,作者對(duì)防雷裝置SPD產(chǎn)品原理做了詳細(xì)分析和SPD產(chǎn)品的分級(jí)探討,并針對(duì)電源系統(tǒng)中的TN系統(tǒng)和TT系統(tǒng),探討了SPD的選用和安裝技術(shù)。

        關(guān)鍵詞:防雷裝置;SPD;SPD三級(jí)防雷

        1 防雷裝置發(fā)展歷程

        1.1 發(fā)展過程

        隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,人們對(duì)建筑、設(shè)備等的保護(hù)意識(shí)不斷增強(qiáng),防雷已經(jīng)是一個(gè)必須慎重考慮的重要問題。200多年前,富蘭克林發(fā)明了世界上最早的避雷針,這也是最早的防雷產(chǎn)品,其原理是基于金屬的尖端放電。之后的社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)中,人們發(fā)現(xiàn)與高壓線連接的配電設(shè)備極易發(fā)生過電壓損壞,理論研究表明,導(dǎo)致該現(xiàn)象的罪魁禍?zhǔn)资庆o電感應(yīng)、或者電磁感應(yīng)導(dǎo)致的“感應(yīng)雷”。為了防止“感應(yīng)雷”損壞設(shè)備,抑制浪涌,線路保護(hù)器應(yīng)運(yùn)而生。隨著半導(dǎo)體材料以及半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展,線路保護(hù)器也不斷更新,新的防雷技術(shù)和產(chǎn)品也不斷被開發(fā)出來。

        1.2 SPD三級(jí)防雷

        人們?cè)谔接懛览准夹g(shù)的過程中,提出了SPD(浪涌保護(hù)器)的概念。Surge Protective Device(SPD),浪涌保護(hù)器,又名避雷器、防雷器,或是電涌保護(hù)器,用于保護(hù)用電設(shè)備,避免雷電點(diǎn)擊、電磁脈沖或是過電壓破壞用電設(shè)備。SPD產(chǎn)品有一些表征其防雷能力的重要參數(shù):響應(yīng)時(shí)間表征了SPD產(chǎn)品在保護(hù)器里的特殊保護(hù)元件的動(dòng)作靈敏度、擊穿時(shí)間;電壓保護(hù)級(jí)別是跳火電壓和額定放電電流的殘壓的最大值。

        由于SPD產(chǎn)品很多性能參數(shù)上不能同時(shí)滿足所有的要求,而且直接雷擊、間接雷擊、內(nèi)部浪涌所要求的防雷側(cè)重點(diǎn)各不相同,因此在實(shí)踐活動(dòng)中,我們最好對(duì)防雷裝置SPD產(chǎn)品進(jìn)行分級(jí)探討。

        2 SPD產(chǎn)品的三級(jí)探討

        2.1 第一級(jí)SPD作用及設(shè)計(jì)

        第一級(jí)SPD是一種大容量電源防浪涌保護(hù)器,連接在大地和用戶供電系統(tǒng)入口進(jìn)線各相之間。該級(jí)電源防浪涌保護(hù)器是專為承受直接雷電、間接(感應(yīng))雷擊而設(shè)計(jì)的,能夠吸收大電流和高能量浪涌能量,并將大量的浪涌電流分流到大地。該級(jí)SPD主要吸收大浪涌電流,不足以保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)部的敏感電子設(shè)備。如果該級(jí)能夠釋放掉足夠的雷擊電流,就不易造成雷電危害,后面的各級(jí)SPD設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮第一級(jí)的雷電電流殘留部分。

        對(duì)建筑物的防雷探討及通流容量設(shè)計(jì)如表1所示。

        2.2 第二級(jí)SPD作用及設(shè)計(jì)

        第二級(jí)防浪涌保護(hù)器SPD主要安裝在重要或者敏感的用電設(shè)備供電電路,在低壓電源系統(tǒng)(這里主要指AC 50Hz 220/380V,即中國低壓供電系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn),直流20Hz,相電壓220V)用戶供電入口處的瞬態(tài)電壓有很好的抑制作用。第二級(jí)防浪涌保護(hù)器SPD已經(jīng)在沖擊電流以及沖擊電壓上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了很全面的保護(hù),一般的用戶供電系統(tǒng)作到第二級(jí)保護(hù)就可以達(dá)到用電設(shè)備運(yùn)行的要求。參照表1所示,第2、3級(jí)所選取的通流容量按第一級(jí)SPD的通流容量10/350μs進(jìn)行相應(yīng)的折算得到。這種折算引入了安全系數(shù),全面的考慮了由于雷擊之后的反擊現(xiàn)象造成的過電壓以及電流沖擊現(xiàn)象。

        2.3 第三級(jí)SPD作用及目的

        在很多情況下,兩級(jí)SPD防雷設(shè)施已經(jīng)足以保護(hù)設(shè)備正常運(yùn)行了,但在重要的設(shè)備處,我們還需要更加安全的第三級(jí)SPD防雷來保證設(shè)備的安全可靠運(yùn)行。第三級(jí)SPD產(chǎn)品主要是一個(gè)內(nèi)置式的防浪涌保護(hù)器,用于設(shè)備內(nèi)部電源部分。對(duì)于一些特別敏感又極其重要的電子設(shè)備中,該級(jí)防護(hù)是必要的,其作用在于消除微小瞬態(tài)過電壓。在設(shè)計(jì)該級(jí)SPD時(shí),應(yīng)選擇參數(shù)使最大沖擊電流為20KA,或者根據(jù)要求使該參數(shù)更低一些。

        3 電源SPD的選用和安裝

        3.1 TN系統(tǒng)的SPD選用和安裝

        TN系統(tǒng),即保護(hù)接零系統(tǒng),TN系統(tǒng)通常是一個(gè)中性點(diǎn)接地的三相電網(wǎng)系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中所有電氣設(shè)備的外露金屬均接到保護(hù)線上,并與電源中性點(diǎn)相連。電氣裝置通常采用TN-C-S系統(tǒng),在TN-C-S系統(tǒng)中只有三根相線上需裝設(shè)SPD,安裝在相線和PE線之間。在TN-C-S系統(tǒng)中,PE線系統(tǒng)自PEN線引出,所以SPD承受的工頻過電壓即是電氣裝置標(biāo)稱電壓Uo加上電網(wǎng)供電電壓的正偏差。我國規(guī)定的220V電網(wǎng)內(nèi)的正偏差不大于7%,但我國一些地區(qū)的電壓不穩(wěn)定,電壓質(zhì)量較差,電壓正偏差往往超過此值,同時(shí)由于設(shè)備在使用過程中存在老化現(xiàn)象,工程上防雷標(biāo)準(zhǔn)取Uc≥1.15Uo。

        3.2 TT系統(tǒng)的SPD選用和安裝

        TT 方式供電系統(tǒng)是指將電氣設(shè)備的金屬外殼直接接地的保護(hù)系統(tǒng),即保護(hù)接地系統(tǒng)。在TT系統(tǒng)內(nèi),中性線自變電所引出后不再重復(fù)接地而對(duì)地絕緣,因此它也能將雷電脈沖過電壓傳導(dǎo)到電氣裝置中來,引起設(shè)備的損壞,因此在防雷系統(tǒng)中該中性線也需要安裝SPD設(shè)備。為此在TT系統(tǒng)電氣裝置內(nèi)需在相線和中性線上共安裝4個(gè)SPD。在防雷性能方面,TT系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)低壓電網(wǎng)的雷擊過電壓有一定的泄漏能力,其缺點(diǎn)則是電源線路系統(tǒng)發(fā)生雷擊現(xiàn)象時(shí),配變可能發(fā)生正、逆變換過電壓。TT系統(tǒng)絕緣承受的過電壓常比TN系統(tǒng)絕緣承受的過電壓高,當(dāng)其中的一相發(fā)生接地故障時(shí),另外兩相的電位會(huì)被拉高,在實(shí)踐活動(dòng)中,我們總結(jié)得到其值一般不超過相電壓的50%,為了使系統(tǒng)既得到充分的保護(hù),同時(shí)又不浪費(fèi)資源,工程上防雷標(biāo)準(zhǔn)取Uc≥1.55Uo。

        4 結(jié)束語

        隨著國民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步,許多領(lǐng)域的電氣設(shè)備越來越精密,同時(shí)也越來越貴重,重要設(shè)備的損壞會(huì)給人們帶來巨大的損失。我們?cè)谧非蟾咚侔l(fā)展的同時(shí),也一定要注重設(shè)備的安全性,對(duì)設(shè)備做相應(yīng)的防雷保護(hù)是必不可少的,同時(shí)我們需要進(jìn)一步探索防雷技術(shù),推動(dòng)SPD產(chǎn)品不斷更新,以實(shí)現(xiàn)更高的要求。

        參考文獻(xiàn)

        [1]孫凱.防雷裝置SPD產(chǎn)品的分級(jí)設(shè)計(jì)[D].吉林大學(xué),2007.

        [2]郭鳳文.關(guān)于SPD的幾個(gè)問題的討論[J].電氣應(yīng)用,2005,2:12-15.

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