电源SPD的安装使用技巧研究 毕业论文.doc

电源spd的安装使用 摘要文章主要介绍低压配电系统防雷保护方案设计中所遇到的spd安装位置、spd间的配合、spd保护模式等问题，以及spd安装中的注意事项和spd的日常检查维护。关键词防雷保护 spd安装设计 spd使用维护引言建筑物内电子设备使用的交流电源通常是出供电线路从户外交流电网引入的。当雷击于电网附近或直击于电网时，能够在线路上产生过电压波，这种过电压波沿线路传播进人室内，通过交流电源系统侵入电子设备，造成电子设备的损坏。随着各种先进电子设备广泛配备于各类建筑物中，对电子设备电源系统的防雷保护问题正普遍受到关注。建筑物内的电源线需通过电涌保护器（简称spd）等进行电位连接，对直接雷、雷电感应等引起的配电线路的浪涌电压，起到限制和释放作用,从而确保建筑物内电子设备的安全。但spd设计安装不合理，不仅起不到对电子设备的保护作用，还可能影响电源系统的正常供电。了解spd的安装设计方法与spd的使用维护，才能设计出经济实效的低压配电系统防雷保护方案，充分发挥spd的作用1 spd安装位置电源线应实现多级防护，多级防护是以各防雷区为层次，对雷电能量的逐级减弱，使各级限制电压相互配合，最终使过电压值限制在设备绝缘强度之内（在下列情况下，多级防护成为必须：安装的spd的通流能力小于应转移的雷电流；单级spd的残压高于设备的绝缘强度；线缆在建筑物内长度较长时）。在对一个较为复杂的电源系统进行防雷保护设计时，通常需要采用一些专门的计算机软件，对电源系统网络中的雷电暂态过程进行数值模拟，确定在电源系统中设置保护装置的具体个数、位置和各级spd特性之间的配合关系，从而选择最佳的防雷保护方案。一般情况下，可按如下方法确定spd的安装位置。为了达到有效的保护，可在各防雷区界面处设置相应的spd，spd可针对单个电子设备或一个装有多个电子设备的空间。所有穿过防雷区的导线，在穿过防雷区界面处应接有spd。也就是说, spd应安装在防雷区的界面处，以符合防护的层次性原则，末级spd则应靠近设备安装,设备外壳实际上也提供了一个防雷保护区的交界处。应注意的是，在某条支线上的spd往往不能对其他支路上的设备提供保护。图1给出了一个例子，在该图中，设备a为脆弱电子设备，它的前面设置了保护装置，当雷电过电压侵入波沿干线袭来并达到保护装置时，保护装置将动作限压，设备a随即得到保护。从表面上看，设备b和c也能在保护装置动作限压时得到保护，但实际情况往往并不是这样。在保护装置尚未动作前，过电压波有可能已率先到达设备b和c，并将它们损坏，另外，当该保护装置为一个多级保护装置时，它向设备a提供的是末级低水平钳位电压，设备a能够耐受，而它向设备b和c提供的是首级高水平钳位电压，设备b和c常常难以耐受。2 spd间的配合 在使用电源spd的多级防护中，如果不注意能量分配，则可能引入更多的雷电能量进入保护区域。这要求用于第一级的spd根据实际估算，其通流能力要求较大，而后续spd的通流能力可逐级减少。 图1 支线上保护装置的保护功能电压配合是通过各级spd限制电压值的逐级控制，最终将过电压值限制在设备允许范围内。一般spd都有通过雷电流越大，残压越高的特点，通过能量分配后末级spd流过的雷电流极小，有利于电压限制。在一条线缆上的过电压通过电压配合一级级降低，这要求spd的残压逐级减小。在流过同样雷电流的情况下， spd的残压与其响应时间有关，注意在这种情况下，不考虑电压配合而仅仅选择低响应时间的spd作末级保护是危险的。比如末级spd响应电压过低导致其响应提早，从而引入的雷电流增大，残压会过高。实现电压分配的要点在于利用线缆本身的分压作用，对其长度要求与能量分配一致。其原理如下： 图2 两级保护spd图中隔离阻抗zs可以是电感ls，也可以是电阻rs。若spd1和spd2的导通电压分别是un1和un2，则所选元件总是un1un2。有人认为，当过电压波到来时，spd1先导通，这种认识是错误的。spd1和spd2谁先导通取决于过电压波波形、un1和un2的相对大小以及隔离阻抗zs的性质。当zs为电阻rs时，一般第二级spd2先导通。当入侵电流上升到*rs+ un2 un1时第一级spd1才导通。第一级导通后，大部分经第一级泄放，而经第二级泄放的电流则要小得多。若第一级为气体放电管，导通后的残压通常低于un2，于是第二级截止，全部电流由第一级泄放。若当zs为电感ls时，通常情况下，侵入电流一开始的上升速度相当快，条件ls*(di/dt)+ un2un常常能够满足，于是第一级先导通随着入侵电流的升速(di/dt)的下降，当条件ls*(di/dt)+ un2un满足时，第二级才导通第二级导通后，spd2后的输出电压抑制在一个较低的水平上在某些情况下，装上spd反而会增加设备损坏的可能，必须杜绝这类情况发生。spd保护几条线, spd失效或响应速度不一致。比如当雷电来临时，保护线和中性线两条线与地之间的电位被抬高。当有一条线的spd失效或响应速度过慢，如相线spd失效，则中性线电位被拉下，而相线还处于高电位，使共模过电压转化为差模过电压而损坏设备。这要求必须实施多模块保护及注意spd的维护。3 spd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间如何连接：接在相线（l）对保护线（pe）、相线对中性线（n）、中性线对保护线之间，还是接在相线对相线之间。低压配电系统大体有3种保护模式：共模保护模式，“31”保护模式，全保护模式。3.31 共模保护模式共模保护是在电源系统的相线和中性线与保护线间安装（3相用4个/单相用2个）同一型号的spd，把雷电能量释放入地，限制瞬态过电压幅值，保护设备对地的绝缘。3.32 “31”保护模式“31”保护模式一般采用“31”模块化的spd，具体接线方法是在3根相线和中性线间安装3个相同的限压型spd，作电源相线和中性线之间的共模保护；同时在中性线与保护线之间安装1个开关型spd,相线的限压型spd与中性线的对地的开关型spd一起构成共模保护模式，因此“31”模块化的spd具有电源对地的共模保护及相线和中性线间的差模保护。对于tt系统，漏电保护设备（rcd）安装在电源侧时，spd应考虑（3相）“31”或（单相）“11”保护模式。这是因为在tt系统中，如果将l1、l2、l3和n上的spd都直接与地或pe连在一起，如果采用开关型spd，尽管其有很高的放电能力，但不能完全排除超载的情况，在放电过程后产生的电网后续电流会在个别情况下造成电极短路，其后果为l与pe之间产生故障电流；若采用限压型spd，由于存在泄漏电流，并且会产生老化可能，在工频电压作用子同样会产生l与pe之间产生故障电流。上述两种故障电流若不足以使保护开关（包括主回路和spd前的保护装置）动作，则会产生危险的接触电压。解决方案之一是spd安装在rcd的负荷侧，由rcd实现间接接触保护，但这样做的结果是雷电流流过rcd时，若rcd动作时间很短，会引起开关跳闸，导致供电中断；其二就是spd采用（3相）“31”或（单相）“11”保护模式，接在l和n之间spd的电极短路会引起一个短路电流，保护开关会切断这个电流，危险的接触电压也不会再出现。3.33 全保护模式 全保护模式是通过单极spd拼装来实现完善的共模和差模保护，对三相四线制系统，每一级需要710个单极spd。为了节省投资，只有在高要求保护的电子设备的第三、第四级才考虑使用全保护模式。4 spd安装注意事项4.1 电气连接 spd的连接线必须保持尽可能的短，以避免导线的阻抗和感抗产生附加的残压降。如果现场无法满足连接线的长度要求（小于0.5m），则电涌保护器的连接方式必须使用v型方式连接（如图3所示），同时，必须使spd的输入线和输出线尽可能的保持较远距离的布放。已保护的线路和未保护的电路（包括接地线），绝对不可以近距离平行布放，他们的布放必须有一定空间距离或通过屏蔽装置进行隔离，以防止从未保护的线路向已保护的线路感应雷电浪涌电压。图3 一般连接与v型方式连线4.2 零线连接当有零线连接时，它可以分流相当可观的雷电流，零线连接线（铜线）的截面积应不小于16mm2，当在一些用电量较小的环境中，零线的连接导体截面积可以相应选择较小（主要与电路上的保险丝或断路器的额定电流有关）。4.3 接地和等电位连接spd的接地线必须和设备的接地或系统保护接地可靠的连接。在tn系统中，pen/pe导线必须和主接地排可靠连接，电力系统提供的pen导线不可以作为防雷保护的单一接地。如果系统存在雷击保护等电位连接系统，spd的接地线最终也必须和该等电位连接系统做可靠的电气连接。每一个局部的等电位连接排（例如：电路中的pe排）都必须和主等电位连接排做可靠电气连接，连接线径必须满足接地线的最小截面要求。spd的连接线应采用多股铜绞线，不应采用单股铜芯线，以便于雷电流泄放。如果spd安装在配电箱内，配电箱的接地排需要有大于16mm2的铜导线与接地系统相连。4.4 其它注意事项如果电涌保护器安装在rcd后面（应尽量避免这种情况），在脉冲电流泄放时，所选用的rcd应保证不会动作脱扣。例如前面所谈到的tt系统，当采用共模保护模式时，需采用rcd实现间接接触保护，rcd应以iec60364553规定选用符合iec610081和iec610091标准的s型rcd，而不是瞬动型或g型rcd（s型rcd,当系统出现大于动作值的剩余电流，具有选择功能的剩余电流断路器，动作时间130mst 500ms ；瞬动型rcd,当系统出现大于动作值的剩余电流，立即脱扣的剩余电流断路器，动作时间t100ms ；g型rcd，当系统出现大于动作值的剩余电流，经短延时后脱扣的剩余电流断路器，动作时间10mst200ms）。开关型spd与限电压spd之间的线路，长度不宜小于10m，限压型spd 间的线路长度不宜小于5m。可利用专门的退耦器件，这时无距离要求。对于有防直击雷功能的大通流能力的spd，应在每条放电支路上加装保险装置，容量为前置保险丝的0. 6 倍。需要在mov型spd的前端安装后备保护断路器，当spd由于带电故障被击穿产生短路电流时，断路器能将spd从电路中脱离出来。5 spd的日常检查维护如果spd的元器件包含有压敏电阻时，必须有工作状态指示，用于spd的老化指示，保护器的状态指示需要进行日常检查，特别是在雷雨季节之后，如果指示器从绿色变成红色，则保护模块必须尽快被更换。如果spd是基于气体放电间隙元件而设计的，在设计上已考虑高能量和机械压力的因素，但因为在频繁的雷击放电中，保护器的内部器件会发生变化，这样就会影响到保护器的保护特性。一般的，对放电间隙型spd需要在直接雷击发生后进行检测。所有的防雷模块在使用一段时间后都有老化问题，要求至少每年检测一次（雷雨季节来临之前）。限压型spd通过测出的压敏电压来判断，若与标定值在一定公差之内表示正常，否则需要更换。放电间隙型spd通过绝缘电阻来判断，若阻值不是极大（一般20m ）则需要更换。采用模块化设计的spd在更换时，只需将损坏的模块带电拔出，把新的同样模块插入即可。6 结束语spd正随着电子信息产品大量进入各个技术领域而成为一种常用设备。学习spd选择应用中的原则，了解spd安装使用的技术方法，才能设计出经济实效的低压配电系统防雷保护方案，充分发挥spd的作用，实现对建筑物内电子设备的有效保护。参考文献：1建筑物防雷设计规范gb5005794(2000年版)2 iec61312 ,61024 ,61643 ,61662 ,60364等3 张小青.建筑物内电子设备的防雷保护. 北京:电子工业出版社，2002:75-804 苏邦礼等.雷电与避雷工程.广州：中山大学出版社，1999：172-184 5 张南法，喻军. 关于spd应用中几个问题的讨论.防雷世界,2004.36 俞勤潮.电源电涌保护器的选择. 防雷世界,2004.37 陶雪梅, 叶蜚誉. 多级电涌保护器的级间配合. 中国雷电与防护,2003 .18 德国obo产品培训资料与防雷器安装指引（此资料可从其企业网站下载）installation and application of power