电涌保护器的检测

1、电涌保护器的检测,黄克俭 2012年11月,电涌保护器的检测,1、什么是电涌保护器 2、电涌保护器的检测,1.什么是电涌保护器,1.1 电涌保护器的定义 1.2 电涌保护器的原理 1.3 电涌保护器的分类 1.4 电涌保护器的主要技术参数,1.1 电涌保护器的定义,是一种保护电器。 英文：Surge protective device，简写:SPD 目的在于限制瞬态过电压和分走电涌电流的器件，它至少含有一非线性元件。 电涌保护器的一些不同的叫法： 电压限制器、过电压保护器、电流放电器、避雷器、防雷器、浪涌保护器等。,1.2 电涌保护器的原理,是利用某些物质或元器件的电阻非线性特性，来限制瞬态过

2、电压和分走电涌电流，以达到保护用电设备的目的。 如图1:线性电阻与非线性电阻的伏安特性 线性电阻的伏安特性 限压型非线性电阻的伏安特性 开关型非线性电阻的伏安特性,常用的非线性元件,开关型:放电间隙(火花隙）、放电管 限压型:压敏电阻（阀片Sic、ZnO、MOV）、瞬态抑制二极管（TVS）、固体放电管。,传输线分流型SPD的原理,用 电 设 备,高通滤波（用于高频信号） 低通滤波（电源系统）,1.3 电涌保护器的分类,按元件性质分类：开关型、限压型、组合型 电压开关型SPD是无电涌出现时为高阻抗，当出现电压电涌时突变为低阻抗。通常采用放电间隙、充气放电管、闸流管和三端双间可控硅元件。也称“短路

3、型”SPD。 电压限制型SPD是没有电涌时具有高阻抗，但随着电涌电流和电压的上升，其阻抗跟着连续变小。通常采用压敏电阻、抑制二极管等元件，也称作“箝压型”SPD。 组合型SPD是由电压开关型元件和电压限制型元件组合而成，其特性随所加电压的特性可以表现为电压开关型、电压限制型或两者皆有。,1.3 电涌保护器的分类,按用途分类：电源、信号和天馈 连接至低压配电系统SPD和连接至电信及信号网络SPD,电源SPD,信号SPD,天馈SPD,1.3 电涌保护器的分类,按外型分类：模块式、箱式,箱式SPD,模块式SPD,1.3 电涌保护器的分类,按接线端口分类：一端口、二端口,二端口(串联SPD）,3.3

4、电涌保护器的分类,“4+0” 模式,“3+1” 模式,“2+0” 模式,“1+1” 模式,按保护模式分类（低压电源）： “3+1” 或“1+1”模式、“4+0”或“2+0”模式,保护模式：SPD保护元件可以连接在相对相、相对地、相对中线、中线对地及组合。这些连接方式称作保护模式。,TT系统中采用“4+0”保护模式接线方式,TT系统中采用“3+1”保护模式接线方式,按测试实验等级分类,、类试验等级的电涌保护器 级分类实验：用标称放电电流In、1.2/50us冲击和最大冲击电流Iimp做的试验； Iimp的波形为10/350us 级分类实验：用标称放电电流In 、1.2/50us冲击和最大冲击电流

5、Imax做的试验； Imax的波形为8/20us 级分类实验：用混合波（1.2/50us、8/20us）做的试验。（开路电压和短路电流峰值的最大值分别为20KV和10KA，超过此值，应用级分类实验方法）,低压电源系统电涌保护器的分类（进口产品）,分A、B、C、D四种等级： A级，用于低压架空线路浪涌避雷器。 B级，防雷保护等电位连接用雷电流避雷器。 C级，用于保护永久性装置的浪涌避雷器。 D级，用在电源插座上的浪涌避雷器。,1.4 电涌保护器的主要技术参数,（1）标称放电电流In和最大放电电流Imax （2）最大持续交流工作电压UC与启动电压 （3）限制电压Ur和电压保护水平UP （4）响应时

6、间 针对限压型SPD的参数：（5）漏电流Ile 针对开关型SPD的参数：（6）冲击电流Iimp （7） 续流 针对信号SPD的参数： （8）插入损耗和 传输速率,（1）标称放电电流In和最大放电电流Imax,In是指明SPD的耐电涌能力的一个参数。流过SPD具有8/20us波形的电流峰值。也称为通流容量。 一般情况Imax=2In。 注意：1、标称和最大的区别。 2、通流容量与其使用寿命的关系，在同数量级雷电流冲击的情况下，通流容量越大，其寿命越长。 如20KA和10KA的电源SPD在冲击电流为20KA时，10KA可放电1-2次。20KA可放电10次,（2）最大持续交流工作电压UC与启动电压,

7、最大持续交流工作电压是指可以连续施加于SPD上的最大交流有效值电压。 启动电压（直流参考电压U1mA）就是SPD的动作电压，对于MOV来说，就是压敏电压，即在1mA电流时MOV上所加载的电压。 两者之间有一个近似的换算关系。 U启=1.1 2UC 其中， U启 -启动电压 UC- -最大持续交流工作电压 启动电压与最大持续交流工作电压是电源SPD的主要参数。每一种SPD一般只标称一种。启动电压多用于国产SPD，而最大持续交流工作电压多用于进口SPD。 启动电压（直流参考电压U1mA） 是SPD测试的主要参数 。,几组常用的启动电压(U1mA)和与之对应的最大持续交流工作电压UC对应值,启动电压

8、(U1mA) 最大持续交流工作电压UC 430V - 275V 470V - 300V 510V - 320V 560V - 365V 620V - 385V 680V - 420V 910V - 550V,（3）限制电压Ur和电压保护水平UP,限制电压Ur:是指雷电流通过SPD时,SPD两端最高瞬时电压，是衡量防雷效果好坏的重要标志，对于MOV来说，是SPD的残压。 电压保护水平UP:表征SPD限制接线端子间电压的性能参数，该值应大于限制电压的最高值，一般指标称放电电流下的限制电压。 限制电压的大小，不仅与SPD的启动电压、MOV器件残压比等参数有关，还与冲击电流的大小有关，在标称限制电压参

9、数时应注明冲击电流的大小，冲击电流一般量级为0.1In 2 In。,限制电压与启动电压、冲击电流的关系,下面是一种SPD启动电压，冲击电流和限制电压的关系表,（4）响应时间,响应时间是指SPD两端加上的电压大于等于启动电压时，SPD需经过一段时间后才能完全导通，这段时间叫做响应时间。 SPD的响应时间与选用的保护元件性质及引线、接线端子等产生的分布参数有关。对于防雷效果来说，响应时间越短，限制电压越低，SPD的品质越高。以下是几种常见保护元件的响应时间。 保护元件 响应时间 气体放电管 、放电间隙 100ns 压敏电阻 50 ns TVS二极管 1 ns 固体放电管 1 ns,针对限压型SPD

10、的参数：（5）漏电流Ile,漏电流 Ile是指在无电冲击的情况下，接在电源回路中的SPD两端流过的电流。 但，通常用防雷元件测试仪所测试的漏电流是指施加75%的标称启动电压Un时流过SPD的电流。要注意这两种漏电流的区分。 漏电流的大小以及变化量是判断SPD是否劣化的一个重要指标，是SPD测试的主要参数 。,针对开关型SPD的参数：（6）冲击电流Iimp,它由电流峰值Ipeak和电荷量确定，用于一级试验。 采用10/350s的波形测SPD的通流能力。,针对开关型SPD的参数：（7） 续流,当冲击放电电流后，由电源系统流入SPD的工频电流称为续流。（续流值应在几千安培，持续时间应小于或等于工频周

11、波的半周）。,针对信号SPD的参数：（8）插入损耗和传输速率,插入损耗：由于在传输系统中插入一个SPD所引起的损耗。给定频率时，在被测通道SPD接入线路前后在SPD插入点处测得的功率之比，通常以分贝（dB）来表示。 传输速率：是指在满足一定插入损耗要求的情况下，信号可通过SPD的最高速率。（一般插入损耗要小于0.5dB） 这两个参数是互相关联 参数标注时，一般是合在一起标注。 如：传输速率30MHZ，插损0.5dB，或插损（30MHZ）0.5dB。 如果只标注传输速率：则是在0.5dB插损下的传输速率。,2、电涌保护器的检测,2.1 有关电涌保护器的一些标准介绍 2.2 电涌保护器的检测,2.

12、1 有关电涌保护器的一些标准介绍,国际标准: IEC62305-4 (TC81防雷) 雷电防护 第4部分:建筑物内电气和电子系统 IEC61643-11:2011 (TC37避雷器) 低压电涌保护器，第11部分：低压配电系统的电涌保护器 性能要求和实验方法 IEC61643-12:2008 低压电涌保护器，第12部分：低压配电系统的电涌保护器选择与使用原则 IEC61643-21:2009 低压电涌保护器，第21部分：电信和信号网络的电涌保护器性能要求和试验方法 IEC60364-5-534（TC64电气装置及防雷冲击保护) 建筑物电气装置，第5部分：电气设备的选择和安装-隔离、开关和控制设备

13、，第534节：过电压保护设备,国家标准: GB 18802.1-2011低压电涌保护器（SPD） 第1部分：低压配电系统的电涌保护器 性能要求和试验方法 GB18802-12-2002 低压配电系统的电涌保护器 第12部分:选择与使用原则 GB18802-21-2004 电信和信号网络的电涌保护器 第21部分:性能要求和实验方法 GB50057-94(2000年版) 建筑物防雷设计规范 GB50343-2004 建筑物电子信息系统防雷设计规范 GB11032-2010 交流无间隙金属氧化物避雷器,行业标准: GA173-2002 计算机信息系统保安器 YD/T1235.1-2002 通信局(站

14、)低压配电系统用电涌保护器技术要求 YD/T1235-2.2002 通讯局(站)低压配电系统用电涌保护器测试方法 QX10-2002 电涌保护器 第一部分:性能要求和试验方法 SJ/T10348 10349-93 电子元器件详细规范 浪涌型抑制型压敏电阻器MYG2MYG3型过压保护用氧化锌压敏电阻器评定水平E SJ/T11280-2002 电子元器件详细规范 MYS4、MYS5、MYS6、MYS8防雷指示型过电压保护器评定水平E,电涌保护器的检测标准,GB/T 21431-2008 建筑物防雷装置检测技术规范 QX/T86-2007 运行中电涌保护器检测技术规范,2.2电涌保护器的检测,SPD

15、的检测分为检查和测试两部分,2.2.1 电涌保护器的检查,1.SPD的检查项目 检查项目主要有： 1）SPD的选择 2）SPD的外观检查 3）SPD的安装工艺 4）SPD之间的配合,1）SPD的选择,连接至低压配电系统SPD的选择应符合 GB/T18802-12-2002 低压配电系统的电涌保护器 第12部分:选择与使用原则 连接至电信及信号网络SPD的选择应符合 IEC61643-22:2004 低压电涌保护器 第22部分:电信及信号网络电涌保护器 选择与使用原则,a 检查SPD的电压保护水平UP,在低压配电系统中SPD的电压保护水平和引线两端感应电压之和应低于被保护设备的耐冲击过电压额定值

16、的0.8倍。在无法获得设备比值时，可参考下表,220/380V三相系统各种设备耐冲击过电压额定值,注：类需要将瞬态过电压限制到特定水平的设备； 类如家用电器、手提工具和类似负荷； 类如配电盘，断路器，包括电缆、母线、分线盒、开关、插座的布线系统，以及应用于工业的设备和永久接至固定装置的固定安装的电动机等一些其他设备； 类如电气计量仪表、一次线过流保护设备、波纹控制设备。,b 检查SPD的保护模式,检查SPD的保护模式与配电系统的接地型式是否相适应（首先检查配电系统的接地型式）。 1) TT系统中“4+0”保护模式的SPD不应安装在剩余电流保护器的电源侧。 2) 在TT系统10KV小电阻接地电网

17、中宜采用“3+1”保护模式的SPD。,低压配电系统的接地型式IEC规定，接地制式由两个字母表示，必要时加后续字母,低压配电系统的接地制式图,图1 TT系统,低压配电系统的接地制式图,图2 TN-C系统,图3 TN-S系统,图4 TN-C-S系统,低压配电系统的接地制式图,图5 不配出中性线的IT系统,图6 配出中性线的IT系统,TT系统中“4+0”保护模式的SPD不应安装在剩余电流保护器的电源侧,TT系统中电涌保护器安装在剩余电流保护器的电源侧,TT系统中电涌保护器安装在剩余电流保护器的负荷侧,“4+0”保护模式的SPD安装在TT系统中剩余电流保护器(RCD)的电源侧,2) 在TT系统10KV

18、小电阻接地电网中宜采用“3+1”保护模式的SPD,当高压侧发生接地故障时，由于是小电阻接地，故障电流大，在RB接地电阻上产生一个暂态过电压，同时致使TT系统在零线(N)上产生一个UN= IdRB,相线（L）上产生一个UL=220+UN过电压。此过电压往往超过千伏，将致使限压型SPD启动，其电流经RA到地。由于该过电压持续时间超过数百毫秒，而限压型SPD只能承受微秒级的过电压，因此，将致使限压型的SPD损坏。 而对于“3+1”保护模式的SPD接线方式，当零线和相线电位抬高时，由于用于零地之间开关型SPD启动电压一般取得较高，不易导通。且它的耐流能力强，即使导通，也不会致使SPD损坏。这样，就可完

19、全避免此类故障过电压对SPD的危害。,容易致使SPD故障,当SPD以短路模式失效时，SPD更容易引起燃烧现象,由于SPD连接在相线与地线之间，当SPD以短路模式失效时，回路的阻抗包括变压器内阻、导线电阻、SPD导通电阻以及RB、RA两处的接地电阻。在接地电阻过高时，会使流经整个回路的短路电流太小，无法使前级的空气开关或熔丝F2断开，通常F1的耐流能力大于F2，所以也无法使F1断开，这样，就使SPD上的故障电流持续存在，容易引起SPD燃烧。 而采用“3+1”保护模式接线方式时，如图3所示，由于SPD连接在相线与零线之间，回路的阻抗主要是供电变压器内阻及导线电阻，回路阻抗非常低，故障电流很大，容易

20、使前级的空气开关或熔丝F2断开。这样， SPD就与电网迅速隔离，不仅保障供电连续，而且也使SPD不会因长时间过流而燃烧。,c 检查SPD最大持续工作电压UC,在低压配电系统中SPD最大持续工作电压UC应符合以下要求。 TT系统（SPD安装在剩余电流保护器负荷侧）不小于1.55 U0 TT系统（SPD安装在剩余电流保护器电源侧）不小于1.15 U0 IT系统（SPD安装在剩余电流保护器负荷侧）不小于1.15 U（U为线间电压） TN系统不小于1.15 U0 U0为低压系统相线对中性线的标称电压，在220/380V中U0=220V。,D 检查SPD脱离器的过电流保护,SPD脱离器：当SPD发生故障

21、时，把SPD从系统断开的装置。（内部的/或外部的）。 它能防止系统持续故障，并且对SPD失效给出可见的指示。 SPD脱离器的过电流保护与主电路上过电流保护的电流比值宜为1：1.6。,e. 检查SPD安装的级数（数量）及标称放电电流,低压配电系统SPD安装的级数（数量）及标称放电电流参数宜符合下表要求,信号线路SPD安装的级数（数量）：,A级防护系统宜采用2级或3级； B级防护系统宜采用2级； C、D级防护系统宜采用1级或2级。 在LPZ0A区或LPZOB区与LPZ1区交界处 应选用imp值为0.5 kA2.5kA(1o/350us或10/250us)的SPD或4kV(10/700us)的SPD

22、； 在LPZ1区与LPZ2区交界处 应选用Uoc值为0.5kV10kV(1.2/50us)的SPD或0.25kA5kA(8/2o us)的SPD； 在LPZ2区与LPZ3区交界处 应选用0.5kV1kV(1.2/50us)的SPD或0.25kA0.5kA(8/20us)的SPD。,2) SPD的外观检查,a. 检查SPD外观 SPD的表面应平整，光洁，无划伤，无裂痕和烧灼痕或变形。SPD的标志应符合有关规定，并标识清晰。 应注明：UP、UC 、In,b 检查SPD状态指示器,检查SPD是否具有状态指示器。 如有，则需确认状态指示应与生产厂说明相一致。 如指示灯、色标等,C 检查SPD外置脱离器

23、状态,检查SPD的外置脱离器是否处于正常状态。,3) SPD的安装工艺,a 检查SPD连接导体的色标 SPD连接导体的色标应符合相线采用黄、绿、红任一色，中性线采用浅蓝色，接地线采用绿/黄双色线的要求。,颜色：L1 L2 L3 N PE 黄 绿 红 浅蓝 绿/黄,b 检查SPD连接导体的截面积,电源SPD连接线截面的要求应满足标准GB50057征求意见稿,C 检查SPD连接导体的长度,1) SPD两端的连接应短而直; 2) SPD两端的连接线长度之和不宜超过0.5m，或采用凯文连接。,凯文接线方式,4) 检查SPD之间的配合,当在线路上多处安装SPD时，SPD之间的线路长度应按生产厂试验数据采

24、用； 若无此试验数据时，电压开关型SPD与限压型SPD之间的线路长度不宜小于10m，限压型SPD之间的线路长度不宜小于5m。 若长度达不到要求应检查是否加装了退耦元件。 注：对将放电间隙和压敏电阻组合在一起的新型SPD，若这两者之间的配合已有措施，并通过检测后，可不用退耦元件。,2.2.2 电涌保护器的测试,1 SPD的测试是对已安装运行的SPD进行测试; 2 测试的目的是查明SPD是否失效; 3 测试的主要对象为低压配电系统中的限压型SPD。,限压型SPD直流参考电压和泄漏电流; SPD后备保护器; SPD绝缘电阻; SPD接地; SPD表面温度.,SPD的测试项目,1)限压型SPD直流参考

25、电压和泄漏电流,本测试仅适用于以金属氧化物压敏电阻（mov）为限压元件且无其它并联元件的SPD。 对SPD直流参考电压和泄漏电流两参数的测试采用静态测试，也就是说必须切断电涌保护器中保护元件的供电，用防雷元件测试进行。 将SPD的可插拔模块取下测试，或将不可插拔式SPD两端连线拆除，按测试仪器说明书连接进行测试。SPD上有其他并联元件时，测试时不对其接通。 对内部带有滤波或限流元件的SPD，应不带滤波器或限流元件进行测试。,判别标准：,直流参考电压（U1mA）的测试值应在SPD直流参考电压（U1mA）的10%范围内。如超过此标准，判定为失效，应及时更换。 泄漏电流（Ile）的测试值应符合生产厂

26、标称的最大值，一般宜小于20A。,2) 测试SPD后备保护器,SPD生产厂标称其产品有后备保护器，如系热熔丝、热熔线圈或热敏电阻等限流元件， 应测试其两端是否导通，如不导通则需更换。,3) 测试SPD绝缘电阻,SPD的绝缘部分应具有足够大的绝缘电阻，其测试应在型式试验中进行。对在线SPD的现场测试应为静态测试，仅对SPD所有接线端与SPD壳体间进行测量。 先将SPD与所连接线路断开，再用500V绝缘电阻测试仪（兆欧表），正负极性各测试一次，测量的值应在稳定之后或施加电压1min后读取。合格判定标准为不小于50M。,4) 测试SPD接地,1. 测试SPD的接地电阻 用接地电阻测试仪测试SPD的接地电阻， 其冲击接地电阻应不大于防护系统接地要求。 2. 测试SPD接地线连接的有效性 用等电位测试仪（毫欧表）测试SPD接地线与等电位连接带之间的过渡电阻，应不大于