馬 壯

（上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院 上海 201114）

引言

防雷插座，可以將電源系統(tǒng)的瞬態(tài)過(guò)電壓、電涌脈沖和短時(shí)雷電感應(yīng)電壓快速吸收，減少電器損壞的幾率。目前家庭中的智能電器越來(lái)越多且價(jià)格昂貴，越來(lái)越多的消費(fèi)者選擇購(gòu)買有保護(hù)功能的防雷插座[1]。

當(dāng)電源系統(tǒng)中有過(guò)電壓出現(xiàn)時(shí)，防雷插座的防雷模塊可以將電壓鉗位到一個(gè)相對(duì)固定的電壓值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)后級(jí)電路的保護(hù)[2]。防雷插座限制接線端子間電壓的性能參數(shù)被稱為電壓保護(hù)水平，電壓保護(hù)水平是防雷插座的一個(gè)重要參數(shù)，它衡量了防雷插座在面對(duì)瞬態(tài)過(guò)電壓、電涌脈沖或雷電感應(yīng)電壓時(shí)的保護(hù)能力[3]。

防雷插座近幾年發(fā)展迅猛，市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，產(chǎn)品質(zhì)量的參差不齊也會(huì)影響到使用及消費(fèi)者財(cái)產(chǎn)安全，對(duì)防雷插座性能的測(cè)試尤為重要。本文主要比較了歐標(biāo)和美標(biāo)對(duì)防雷插座電壓保護(hù)水平測(cè)試的差異，對(duì)防雷插座電壓保護(hù)水平試驗(yàn)進(jìn)行比較深入的分析和討論。

1 防雷插座電壓保護(hù)水平檢測(cè)方法介紹

防雷插座的防雷模塊可以看作是一個(gè)電涌保護(hù)器。目前檢測(cè)使用的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是：GB/T 18802.11-2020《低壓電涌保護(hù)器（SPD） 第11部分:低壓電源系統(tǒng)的電涌保護(hù)器 性能要求和試驗(yàn)方法》[4-6]。該標(biāo)準(zhǔn)是修改采用國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）標(biāo)準(zhǔn)：IEC 61643-11:2011《低壓電涌保護(hù)器 第11部分：低壓電力系統(tǒng)的電涌保護(hù)器要求和試驗(yàn)方法》。北美市場(chǎng)檢測(cè)使用的標(biāo)準(zhǔn)是UL 1449-2021安全浪涌保護(hù)裝置標(biāo)準(zhǔn)。IEC 61643-11和UL1449是用于測(cè)試防雷插座的電壓保護(hù)水平兩個(gè)常用的標(biāo)準(zhǔn)，它們?cè)陔妷罕Ｗo(hù)水平測(cè)試方面存在一些區(qū)別。主要體現(xiàn)在：

1.1 分類方面

IEC 61643-11：將電涌保護(hù)器的試驗(yàn)分為3類：Ⅰ類試驗(yàn)用于模擬部分導(dǎo)入雷電流的沖擊。符合Ⅰ類試驗(yàn)方法的電涌保護(hù)器通常用在高暴露地點(diǎn)，例如建筑物雷電防護(hù)系統(tǒng)的入口。Ⅱ類或Ⅲ類試驗(yàn)方法試驗(yàn)的電涌保護(hù)器承受持續(xù)時(shí)間較短的沖擊，這些電涌保護(hù)器推薦用于較少暴露的地點(diǎn)。防雷插座中的電涌保護(hù)模塊屬于Ⅱ類或Ⅲ類試驗(yàn)，具體屬于Ⅱ類或者Ⅲ類，沒有明確規(guī)定，廠商可以自己確定。電涌保護(hù)器無(wú)論是按照Ⅱ類或Ⅲ類試驗(yàn)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和測(cè)試，只是考量的方式是用電壓還是電流，不影響防雷效果和用戶使用。

UL1449：將電涌保護(hù)器分為5類：Type1是永久連接型，安裝在變壓器的次級(jí)與過(guò)流設(shè)備的線路側(cè)以及負(fù)載側(cè)；Type2是永久連接型，安裝在總過(guò)流保護(hù)設(shè)備的負(fù)載側(cè)；Type3是用電點(diǎn)型電涌保護(hù)器，安裝在用電點(diǎn)處如直插式，插座式及安裝在被保護(hù)設(shè)備上；Type4是由一個(gè)或多個(gè)Type5組件組成；Type5是單一元件電涌保護(hù)器。防雷插座明確屬于Type3類浪涌保護(hù)器。

1.2 波形要求

IEC 61643-11：根據(jù)廠商聲稱的標(biāo)稱放電電流In和開路電壓Uoc值，使用等效沖擊電流波或復(fù)合波波形進(jìn)行測(cè)試。Ⅱ類試驗(yàn)采用標(biāo)稱放電電流In和8/20沖擊電流波做試驗(yàn)；Ⅲ類試驗(yàn)采用復(fù)合波，開路時(shí)施加1.2/50沖擊電壓，短路時(shí)施加8/20沖擊電流。

UL1449：該標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定了電壓保護(hù)水平的測(cè)試波形為6 kV/3 kA復(fù)合波。所有防雷插座都需經(jīng)受這一固定波形的測(cè)試。

1.3 電流和電壓范圍

IEC 61643-11：該標(biāo)準(zhǔn)的Ⅱ類試驗(yàn)的標(biāo)稱放電電流In值范圍為0.05 kA到20 kA，Ⅲ類試驗(yàn)的開路電壓Uoc值范圍為0.1 kV到20 kV。測(cè)試電壓保護(hù)水平時(shí)，施加的放電電流和開路電壓是廠商自己聲稱的數(shù)值。

UL1449：該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試波形為標(biāo)準(zhǔn)波形，即開路電壓為6 kV，短路電流為3 kA的復(fù)合波。

1.4 評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

IEC 61643-11：根據(jù)廠商聲稱的電流和電壓數(shù)值，對(duì)樣品施加標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的等效波形，確定電壓保護(hù)水平Up，對(duì)防雷插座的保護(hù)水平進(jìn)行評(píng)估。

UL1449：根據(jù)6 kV/3 kA復(fù)合波浪涌測(cè)試結(jié)果，確定樣品的電壓保護(hù)等級(jí)（VPR），將防雷插座分為不同的等級(jí)進(jìn)行評(píng)估。

為了清晰起見，我們將IEC 61643-11和UL 1449中電壓保護(hù)水平試驗(yàn)的主要技術(shù)要求列于表1。

表1 電壓保護(hù)水平試驗(yàn)的技術(shù)要求對(duì)比

2 防雷插座電壓保護(hù)水平試驗(yàn)

試驗(yàn)所用的測(cè)試設(shè)備主要有： 沖擊電流發(fā)生器ENG3040A和力科數(shù)字示波器WS62XS。

試驗(yàn)樣品為市場(chǎng)上購(gòu)買的主流型號(hào)的防雷插座產(chǎn)品，共13個(gè)批次。

2.1 電壓保護(hù)水平項(xiàng)目分析

防雷插座防雷模塊中的壓敏電阻是一種具有非線性伏安特性的限壓型保護(hù)器件，當(dāng)電源供電系統(tǒng)出現(xiàn)瞬態(tài)過(guò)電壓、電涌脈沖或短時(shí)雷電感應(yīng)電壓時(shí)，利用壓敏電阻的非線性特性，壓敏電阻可以將電壓鉗位到一個(gè)相對(duì)固定的電壓值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)后級(jí)電路的保護(hù)。

以1號(hào)樣品為例，分別用IEC 61643-11規(guī)定的沖擊電流波和UL 1449規(guī)定的6 kV/3 kA復(fù)合波對(duì)樣品進(jìn)行電壓保護(hù)水平測(cè)試。

圖1為基于IEC 61643-11標(biāo)準(zhǔn)施加In=3 kA的沖擊電流波下的電流和電壓波形圖，由圖1可以看出，當(dāng)施加In=3 kA的沖擊電流時(shí)，防雷模塊將電壓鉗位在969 V以下。

圖1 樣品在In=3 kA下的電流和電壓波形

圖2為基于UL 1449施加6 kV/3 kA復(fù)合波下的電流和電壓波形圖，由圖2可以看出，當(dāng)施加6 kV/3 kA復(fù)合波時(shí)，防雷模塊將電壓鉗位在992 V以下。

圖2 樣品在6 kV/3 kA復(fù)合波下的電流和電壓波形

2.2 電壓保護(hù)水平測(cè)試結(jié)果分析

基于IEC 61643-11標(biāo)準(zhǔn)及UL 1449標(biāo)準(zhǔn)防雷插座電壓水平測(cè)試結(jié)果如表2所示。按IEC 61643-11方法進(jìn)行測(cè)試，不合格率為38.5 %；按UL1449方法進(jìn)行測(cè)試，不合格率為38.5 %。雖然兩種方法不合格率相同，但是具體不合格樣品不一樣。9號(hào)和12號(hào)樣品，因?yàn)闃?biāo)稱的參數(shù)等級(jí)比較低，IEC 61643-11按標(biāo)稱參數(shù)進(jìn)行測(cè)試合格；UL1449按規(guī)定測(cè)試波型6 kV/3 kA進(jìn)行測(cè)試，等于用了超出標(biāo)稱參數(shù)等級(jí)的波形進(jìn)行測(cè)試，導(dǎo)致結(jié)果不合格。10號(hào)和11號(hào)樣品，標(biāo)稱的參數(shù)等級(jí)比較高，IEC 61643-11按標(biāo)稱參數(shù)進(jìn)行測(cè)試不合格，UL 1449按規(guī)定測(cè)試波型6 kV/3 kA進(jìn)行測(cè)試結(jié)果合格。

表2 防雷插座電壓保護(hù)水平測(cè)試結(jié)果

2.3 防雷插座電壓保護(hù)水平的選擇

防雷插座電壓保護(hù)水平的選擇要根據(jù)需保護(hù)設(shè)備的耐沖擊電壓來(lái)確定，GB 50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》表6.4.4規(guī)定了不同設(shè)備的耐沖擊電壓值如表3所示，其中防雷插座需要保護(hù)的是Ⅰ類—含有電子電路的設(shè)備，如計(jì)算機(jī)、有電子程序控制的設(shè)備[7]。一般情況下精密設(shè)備的耐沖擊電壓較小，從表3中的各類設(shè)備耐沖擊電壓值可看出，Up值低的電涌保護(hù)器，其對(duì)設(shè)備的保護(hù)能力也越強(qiáng)，更適用于耐沖擊電壓水平較低的精密設(shè)備。我們?cè)谶x擇電涌保護(hù)器時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)格按照被保護(hù)設(shè)備的耐壓水平來(lái)選擇浪涌保護(hù)器，這樣才能做到既適用又經(jīng)濟(jì)。

表3 配電系統(tǒng)中設(shè)備絕緣耐沖擊電壓額定值

3 結(jié)論

電壓保護(hù)水平是影響防雷插座性能的關(guān)鍵項(xiàng)目。IEC 61643-11和UL1449給出了不同的測(cè)試方法。IEC 61643-11是電力系統(tǒng)SPD的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，此標(biāo)準(zhǔn)的SPD相關(guān)建議參數(shù)范圍很廣，Ⅱ類試驗(yàn)的標(biāo)稱放電電流In值為0.05 kA到20 kA，Ⅲ類試驗(yàn)的開路電壓Uoc值為：0.1 kV至20 kV。UL 1449標(biāo)準(zhǔn)明文規(guī)定電壓保護(hù)水平的測(cè)試波型為6 kV/3 kA，因此，防雷插座的電壓保護(hù)等級(jí)至少有6 kV?？傮w而言，IEC 61643-11和UL 1449在電壓水平測(cè)試方面的區(qū)別主要體現(xiàn)在波形要求和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)上。IEC 61643-11使用等效波形進(jìn)行測(cè)試，而UL 1449則使用固定的6 kV/3 kA復(fù)合波進(jìn)行測(cè)試。在選擇測(cè)試方法時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體需求和標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行選擇，以確保防雷插座的性能和質(zhì)量。