抗干扰培训-专家培训第4-3章SPD的应用

1、控制系统控制系统 浪涌保护器的配置和应用浪涌保护器的配置和应用 徐义亨徐义亨 编编 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用2 1 1 概述概述 1.1 1.1 作为作为SPDSPD的几个基本条件的几个基本条件 作为作为SPDSPD，其本身应满足如下几个基本条件：，其本身应满足如下几个基本条件： 1 1） 能承受预期通过的电流能承受预期通过的电流； 2 2） 通过电流时的最大箝压（电压通过电流时的最大箝压（电压保护水平或残压保护水平或残压) )应小于设备的耐压（即应小于设备的耐压（即 有理想的伏秒特性）；有理想的伏秒特性）； 3 3） SPDSPD应应具有较强的绝缘强度自恢复能力具有较强

2、的绝缘强度自恢复能力。 由于雷电过电压持续的时间很短，当由于雷电过电压持续的时间很短，当SPDSPD两端过电压消失后，系统正两端过电压消失后，系统正 常运行电压继续作用在常运行电压继续作用在SPDSPD的两端，在这一正常运行电压的作用下，处于的两端，在这一正常运行电压的作用下，处于 导通状态下导通状态下SPDSPD中继续流过工频接地电流，该电流称为工频续流。中继续流过工频接地电流，该电流称为工频续流。SPDSPD必必 须在雷电过电压消失后工频续流的第一次过零时自行切断。否则须在雷电过电压消失后工频续流的第一次过零时自行切断。否则SPDSPD继续继续 维持导通状态，系统无法恢复正常运行。维持导通

3、状态，系统无法恢复正常运行。 4 4）对系统的正常运行的影响应很小对系统的正常运行的影响应很小（即（即SPDSPD的寄生电容应很小，泄漏电流应的寄生电容应很小，泄漏电流应 非常小）。非常小）。 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用3 1.2 SPD1.2 SPD的设置应考虑的基本因素的设置应考虑的基本因素 由于过程控制系统有数量庞大的由于过程控制系统有数量庞大的I/OI/O点，考虑到用户的经济承受点，考虑到用户的经济承受 能力，不可能也没有必要在所有的能力，不可能也没有必要在所有的I/OI/O点上装设点上装设SPDSPD。所以一般考虑的。所以一般考虑的 基本因素是：基本因素是： a.

4、a.雷电电磁脉冲的雷电电磁脉冲的防护等级防护等级； b.b.被保护设备被保护设备/ /系统的系统的重要性重要性、雷击可能造成的、雷击可能造成的经济损失经济损失和电涌保护和电涌保护 投资投资的比较。的比较。 对扩建和改建装置，如果接地系统、电缆类型和不同线路的安对扩建和改建装置，如果接地系统、电缆类型和不同线路的安 装条件已被确定，使用装条件已被确定，使用SPDSPD是保护设备的唯一可行的方法。（引自是保护设备的唯一可行的方法。（引自 “IEC 62305”IEC 62305”） 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用4 1.3 SPD1.3 SPD的分类试验等级的分类试验等级 对控制系

5、统，所选用的对控制系统，所选用的SPDSPD，除直击雷严重的地点采用适当容量，除直击雷严重的地点采用适当容量 的的I I级分类试验（级分类试验（10/350s10/350s）的）的SPDSPD，其冲击试验分类均相对于，其冲击试验分类均相对于级级 分类试验（分类试验（8/20s8/20s的电流波形和的电流波形和1.2/50s1.2/50s的电压波形）或的电压波形）或级分类级分类 试验（试验（8/20s8/20s的短路电流波形和的短路电流波形和1.2/50s1.2/50s的开路电压波形的混合的开路电压波形的混合 波）波）。 下面图中：下面图中：Q电荷量（电荷量（电流电流A时间时间S）；）； W/R

6、比能量，雷电流在一个单位电阻中所耗散的能比能量，雷电流在一个单位电阻中所耗散的能 量。它是雷电流的平方在雷击闪络持续时间内对时间的积分。量。它是雷电流的平方在雷击闪络持续时间内对时间的积分。 I = 电流 峰值 T1= 波前时间 T2= 半值时间 i 50% 90% 10% T1 T2 I t 测试雷电电流的比较测试雷电电流的比较 (kA) i 200 s350 s600 s800 s1000 s t(s) 80 s 20 kA 40 kA 60 kA 80 kA 100 kA 50 kA 波形（波形（s）10/3508/808/20 i max. kA1001005 Q As50100.1

7、W/R J/ 2.510651050,4103 标准标准IEC 61024-1-1DIN VDE DIN VDE 0675 T.6, E0432 T.2 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用6 1.4 1.4 在配置在配置SPDSPD时，应考虑的主要参数选择：时，应考虑的主要参数选择： a.a.最大持续运行电压最大持续运行电压UcUc； b.b.标称放电电流标称放电电流InIn； c.c.电压保护水平电压保护水平UpUp； d.d.响应时间（一般应小于响应时间（一般应小于25ns25ns ）。）。 火花间隙、压敏电阻与二极管之间的比较火花间隙、压敏电阻与二极管之间的比较 火花间隙火花

8、间隙压敏电阻压敏电阻钳位二极管钳位二极管 漏电流漏电流无无小小小小 寄生电容寄生电容小小大大大大 续流续流有有无无无无 老化现象老化现象有有有有几乎没有几乎没有 响应时间响应时间慢慢 (1us)较快较快 (1ns)快快 (几十几十ps) 损坏形式损坏形式短路或开路短路或开路短路或开路短路或开路短路或开路短路或开路 通流容量通流容量大大(1kA-100kA)大大(0.1kA-100kA)较小较小(0.1kA-1kA) 抗干扰能力抗干扰能力较强较强强强弱弱 箝位电压水平箝位电压水平放电电压高放电电压高中等中等低低 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用8 2 2 交流低压电源系统交流低压电

9、源系统SPDSPD的应用的应用 2.1 2.1 交流电源回路的应用环境交流电源回路的应用环境 根据交流电源回路的根据交流电源回路的应用环境应用环境，存在着很大的差别：，存在着很大的差别： 1 1）对于那些）对于那些高度暴露的环境高度暴露的环境（如变压器露天放置、从变压器到配电（如变压器露天放置、从变压器到配电 室的室外距离又较长），由于处在直击雷的威胁下，空间的电磁场室的室外距离又较长），由于处在直击雷的威胁下，空间的电磁场 强度很大，电源回路上可能出现的浪涌高达强度很大，电源回路上可能出现的浪涌高达80kA80kA以上；以上； 2 2）而包括变压器等设施）而包括变压器等设施在建筑物内在建筑物

10、内的的供电系统，由于周围已采取的的供电系统，由于周围已采取 了防直击雷措施，因而空间的电磁场强度已经大大降低，供电回路了防直击雷措施，因而空间的电磁场强度已经大大降低，供电回路 上可能出现的浪涌为上可能出现的浪涌为20-40kA20-40kA，甚至更低。，甚至更低。 对于非常重要的用户可以在总配电柜、分配电柜、控制系统对于非常重要的用户可以在总配电柜、分配电柜、控制系统 供电箱实施供电箱实施三级浪涌保护三级浪涌保护。 分配电柜被雷击的照片分配电柜被雷击的照片 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用10 2.2 2.2 用电设备的用电设备的浪涌抗扰度浪涌抗扰度 控制系统的用电设备包括：控

11、制系统的用电设备包括： UPSUPS； 稳压器；稳压器； 隔离变压器；隔离变压器； 直流电源装置等。直流电源装置等。 其其浪涌抗扰度浪涌抗扰度（以（以绝缘冲击耐受电压绝缘冲击耐受电压或或耐冲击过电压水平耐冲击过电压水平表示）表示） 应由制造商提供。应由制造商提供。 当制造商没有提供数据时，根据当制造商没有提供数据时，根据GB 50057GB 50057，对，对220/380V220/380V三相系三相系 统各设备冲击耐受电压额定值规定如下表所示。统各设备冲击耐受电压额定值规定如下表所示。 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用11 控制系统的用电设备相当于表中的控制室供电箱，所以浪涌抗

12、控制系统的用电设备相当于表中的控制室供电箱，所以浪涌抗 扰度规定为扰度规定为2.5kV 2.5kV （1.2/50s1.2/50s），但），但UPSUPS可按可按1.5kV1.5kV考虑。考虑。 设备位置设备位置总配电柜总配电柜分配电柜分配电柜控制室控制室 供电箱供电箱 特殊需要特殊需要 保护的设备保护的设备 耐冲击过电压耐冲击过电压 类别类别 耐冲击电压耐冲击电压 额定值（额定值（kV) 642.51.5 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用12 2.3 TN-S2.3 TN-S制配电系统中的制配电系统中的SPD SPD 的安装方式的安装方式 单级的单级的SPDSPD防护有两大缺点

13、：防护有两大缺点： 过大的雷电流而出现的过大的雷电流而出现的损害概率高；损害概率高； 残压正比于雷电流，所以单级残压正比于雷电流，所以单级SPDSPD会会产生高残压。产生高残压。 所以在配电系统中，在同一条线路上往往配置所以在配电系统中，在同一条线路上往往配置多级多级SPDSPD。但此。但此 时应检查时应检查级间的能量配合和动作时间的配合。级间的能量配合和动作时间的配合。 SPDSPD在在 TN-STN-S系统中的应用实例系统中的应用实例 Wh L EBB l s PE N 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用14 TN-S TN-S 制三相电路的某一级制三相电路的某一级SPDSPD

14、的设置的设置 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用15 进控制室配电箱的交流电源为进控制室配电箱的交流电源为TN-STN-S制三相制三相220/380V220/380V系统时，供系统时，供 电系统中的电系统中的SPDSPD宜装在主电路空气开关和熔断器的负荷侧。宜装在主电路空气开关和熔断器的负荷侧。SPDSPD采用采用 共模接法共模接法，即在三根相线和，即在三根相线和PEPE线之间，各自安装一个过电流保护器线之间，各自安装一个过电流保护器 和一个和一个SPDSPD，另在中性线和，另在中性线和PEPE线之间安装一个线之间安装一个SPDSPD（见上图）。（见上图）。 进控制室配电柜的交流电

15、源为进控制室配电柜的交流电源为TN-STN-S制的单相制的单相220V220V系统时，系统时，SPDSPD采采 用用全保护模式全保护模式，即在相线和，即在相线和PEPE线、相线和线、相线和N N线之间，各自安装一个过线之间，各自安装一个过 电流保护器和一个电流保护器和一个SPDSPD，另在中性线和，另在中性线和PEPE线之间安装一个线之间安装一个SPDSPD（见下（见下 图）。图）。 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用16 TN-S TN-S 制单相电路的制单相电路的SPDSPD设置设置 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用17 2.4 2.4 过电流保护器的功能过电流保

16、护器的功能 1 1）在）在SPDSPD支路上安装过电流保护器以防止支路上安装过电流保护器以防止SPDSPD在承受长时间的过在承受长时间的过 电压后因过热而引起电压后因过热而引起SPDSPD的损坏，从而导致的损坏，从而导致SPDSPD支路的短路起火。支路的短路起火。 在在SPDSPD支路上安装的过电流保护器支路上安装的过电流保护器不应在不应在SPDSPD允许通过的最大允许通过的最大 雷电流下断开，但应能断开该点的工频短路电流雷电流下断开，但应能断开该点的工频短路电流。 一般供应的熔断器没有冲击电流下的动作特性数据，这给一般供应的熔断器没有冲击电流下的动作特性数据，这给 匹配带来了困难。匹配带来了

17、困难。 因此推荐采用空气开关。空气开关如选延迟型因此推荐采用空气开关。空气开关如选延迟型C C型脱扣曲线型脱扣曲线即有足即有足 够的延时躲开冲击电流的作用而保证在雷电流下不断开。够的延时躲开冲击电流的作用而保证在雷电流下不断开。 2 2）过电流保护器应与主电路的过电流保护器满足级间配合要求。）过电流保护器应与主电路的过电流保护器满足级间配合要求。 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用18 2.5 2.5 控制室供电箱控制室供电箱SPDSPD的参数选择的参数选择 总配电柜和分配电柜的总配电柜和分配电柜的SPDSPD属电气专业设计。这里仅讨论控制属电气专业设计。这里仅讨论控制 室供电箱的

18、室供电箱的SPDSPD。 A.A.最大持续运行电压最大持续运行电压U UC C的选择的选择 UcUc值与产品的使用寿命、电压保护水平有关。值与产品的使用寿命、电压保护水平有关。UcUc选高了，寿命选高了，寿命 长了，但电压保护水平，即长了，但电压保护水平，即SPDSPD的残压也相应提高，故要综合考虑。的残压也相应提高，故要综合考虑。 对对TN-STN-S系统，系统，Uc1.55UUc1.55U0 0（U U0 0最大工作电压）最大工作电压） SPDSPD的事故许多是由于的事故许多是由于UcUc数值选得不够高。因此建议取为数值选得不够高。因此建议取为1.551.55。 如有可能，在不影响电压保护

19、水平要求的条件下，甚至可以取如有可能，在不影响电压保护水平要求的条件下，甚至可以取1.73-1.73- 2 2。 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用19 B.B.标称放电电流标称放电电流InIn的计算的计算 1 1）雷电流的分配）雷电流的分配 根据根据IEC 61312-1IEC 61312-1：19951995有关条文的规定，全部的雷电流有关条文的规定，全部的雷电流I I （10/350s10/350s）的）的50%50%流入外部防雷装置的接地装置，还有流入外部防雷装置的接地装置，还有50%50%分配流分配流 入各种外来导电物，电力线、信号线、通信线等。入各种外来导电物，电力线、

20、信号线、通信线等。 如果只考虑如果只考虑TN-STN-S三相五线制供电线路，即还有三相五线制供电线路，即还有50%50%分配流入三相分配流入三相 五线制的五根线中。五线制的五根线中。 分雷电流的形成分雷电流的形成 引外系统引外系统 分雷电流（系统电流）分雷电流（系统电流） 建筑物建筑物 100 % 雷电流雷电流 接地系统接地系统 50 % 雷电流雷电流 导体电流导体电流2.5% 分雷电流分雷电流10%分雷电流分雷电流10% 分雷电流分雷电流10% 分雷电流分雷电流10% 雷电流分配实例雷电流分配实例 100 kA 100 kA 200 kA 75 kA 25 kA 建筑物建筑物 外部外部LPS

21、系统系统 25 kA /每相每相 25 kA /每相每相 100 kA 变压器变压器 直击雷保护系统下的分雷电流直击雷保护系统下的分雷电流 气气 水水 PSC 通信通信 MCR 100 kA 100 kA 20 kA 20 kA 20 kA 20 kA 20 kA 200 kA 雷击电流的参数雷击电流的参数 首次雷击首次雷击防护等级防护等级 雷电流参数雷电流参数符号符号单位单位A AB BC CD D 峰值电流峰值电流I IkAkA200200150150100100 电荷量电荷量Q Qshort short C C10010075755050 单位能量单位能量W W/ /R RkJ/kJ/W

22、 W10.00010.0005.6255.6252.5002.500 时间参数时间参数T T1 1/ /T T2 2s/ss/s10/35010/350 后续短时雷击后续短时雷击防护等级防护等级 雷电流参数雷电流参数符号符号单位单位A AB BC CD D 峰值电流峰值电流I IkAkA505037,537,52525 平均陡度平均陡度d di i/d/dt tkA/skA/s200200150150100100 时间参数时间参数T T1 1/ /T T2 2s/ss/s0,25/1000,25/100 长时间雷击长时间雷击防护等级防护等级 雷电流参数雷电流参数符号符号单位单位A AB BC

23、CD D 电荷量电荷量Q Qlang lang C C200200150150100100 时间参数时间参数T Tlang lang s s0,50,5 放电量放电量防护等级防护等级 雷电流参数雷电流参数符号符号单位单位A AB BC CD D 电荷量电荷量Q QBlitz Blitz C C300300225225150150 保护等级保护等级 峰值电流（峰值电流（ kA） A200 B150 C、D100 Lit.: IEC 61024-1-1 Rst E = Rst i t 算例算例: E = 100 kA 1 = 100 kV S88 e 10/350 s波形波形 冲击接地电阻上的电压

24、降冲击接地电阻上的电压降 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用25 1 1）如果防护等级为）如果防护等级为A A级，相对于级，相对于10/350s10/350s波形供电线路中每线荷载波形供电线路中每线荷载 的雷电流为的雷电流为 Im=200Im=20050%/5=20 kA50%/5=20 kA 2 2）将）将20kA,10/350s20kA,10/350s波形化为波形化为8/20s8/20s波形波形 根据根据IEC61312IEC61312，计算单位能量，计算单位能量W/RW/R的公式为：的公式为： W/R=W/R=（1/21/2）（1/0.71/0.7）I I2 2T T2 2（

25、J/J/） 式中式中 ：I-I-雷电威胁值，雷电威胁值，kAkA； T T2 2 - -雷电波的半值时间，雷电波的半值时间，ss。 在单位能量在单位能量W/RW/R相同的情况下，由上式可得相同的情况下，由上式可得 I I（ （2020）=I =I（ （350350） TT2 2（ （350350）/T /T2 2（ （2020） 1/2 1/2 则则 I I（2020）=20=20350/20 350/20 1/2 1/2=83.7(kA) =83.7(kA) 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用26 控制室电源回路控制室电源回路SPDSPD的标称放电电流参考值的标称放电电流参考值

26、考虑到在总配电柜后设有多个分配电柜，分配电柜后再供电给包括仪考虑到在总配电柜后设有多个分配电柜，分配电柜后再供电给包括仪 表系统在内的多个负荷，总的表系统在内的多个负荷，总的83.7kA大的雷电流最后分流到控制系统交大的雷电流最后分流到控制系统交 流电源系统时已减少到很小。经调查，按上表选择流电源系统时已减少到很小。经调查，按上表选择SPD的标称放电电流值的标称放电电流值 是可以满足要求的。是可以满足要求的。 C.C.电压保护水平电压保护水平UpUp 不大于用电设备的耐冲击过电压水平的不大于用电设备的耐冲击过电压水平的0.8。 防护等级防护等级A AB BC CD D 标称放电电流标称放电电流

27、 kAkA 20201515101055 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用27 2.6 多级多级SPD之间的能量配合和动作配合之间的能量配合和动作配合 1）能量配合）能量配合 从前级到后级，标称放电电流逐级减小。从前级到后级，标称放电电流逐级减小。 。 2）动作配合）动作配合 同一条线路上配置多级同一条线路上配置多级SPDSPD时，应检查级间的能量配合和动作时时，应检查级间的能量配合和动作时 间的配合。当不能进行专门的校验时，可选用制造商建议的多级系间的配合。当不能进行专门的校验时，可选用制造商建议的多级系 列列SPDSPD产品和级间配合措施。产品和级间配合措施。 当制造商未提供

28、当制造商未提供SPDSPD级间配合措施也未提出级间距离要求且各级级间配合措施也未提出级间距离要求且各级 SPDSPD的电压保护水平相差不大时，限压型的电压保护水平相差不大时，限压型 SPDSPD与与 限压型限压型SPDSPD之间的电之间的电 气距离不宜小于气距离不宜小于5m, 5m, 限压型限压型 SPDSPD与电压开关型与电压开关型SPDSPD之间的电气距离不之间的电气距离不 宜小于宜小于15m15m。 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用28 对于电压开关型对于电压开关型SPDSPD与限压型与限压型SPDSPD之间的线路长度不宜小于之间的线路长度不宜小于15m,15m, 限压型限

29、压型SPDSPD之间的线路长度不宜小于之间的线路长度不宜小于5m5m的规定，其目的主要是在低压的规定，其目的主要是在低压 配电线路中安装了多级配电线路中安装了多级SPDSPD，由于，由于各级各级SPDSPD的响应时间的不一的响应时间的不一, ,有可能有可能 在设计和安装时因能量配合不当，将会出现某级在设计和安装时因能量配合不当，将会出现某级SPDSPD不动作，产生泄不动作，产生泄 流盲点流盲点。为了保证前级保护。为了保证前级保护SPDSPD比后级保护比后级保护SPDSPD先动作先动作, ,所以两级所以两级SPDSPD 间必须有一定的线距长度（即一定的感抗或加装退耦元件）来满足间必须有一定的线距

30、长度（即一定的感抗或加装退耦元件）来满足 避免盲点的要求。避免盲点的要求。 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用29 现假设电压开关型现假设电压开关型SPDSPD的响应时间为的响应时间为100ns, 100ns, 限压型限压型SPDSPD的响应时的响应时 间为间为25ns,25ns,由于电缆中存在着分布电容和分布电感由于电缆中存在着分布电容和分布电感, , 根据行波理论根据行波理论, , 雷电流在电缆中的传播速度为雷电流在电缆中的传播速度为1.51.510108 8m/s,m/s,那么雷电流在这个时间那么雷电流在这个时间 差差(100-25) ns(100-25) ns内向前行进的距

31、离为内向前行进的距离为S:S: S=1.5 S=1.510108 875751010-9 -9=11.25(m) =11.25(m) 即电压开关型即电压开关型SPDSPD和限压型和限压型SPDSPD之间的距离大于之间的距离大于11.25m11.25m时时, ,就可以保证就可以保证 前级前级SPDSPD先动作先动作, ,从而达到将大的雷电流先泄放掉的目的。由于从而达到将大的雷电流先泄放掉的目的。由于SPDSPD实实 际响应时间有一定的误差，所以取际响应时间有一定的误差，所以取15m15m。 如果两级保护的如果两级保护的SPDSPD均为限压型，响应时间均为均为限压型，响应时间均为25ns25ns，

32、如果两级，如果两级 SPDSPD动作的时间差也为动作的时间差也为25ns25ns，那么两级间应相距：，那么两级间应相距： S=1.5S=1.510108 825251010-9 -9=3.75(m) =3.75(m) 为保险起见，故取为保险起见，故取5 m5 m。 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用30 如在实际情况中，难以满足上述的距离要求，而参数上也难以如在实际情况中，难以满足上述的距离要求，而参数上也难以 配合时，可以在两配合时，可以在两SPDSPD之间加装之间加装退耦装置退耦装置（即一定的电感量（即一定的电感量L L）来实）来实 现。现。 各级电源各级电源SPDSPD能量配

33、合的最终目的是将总的威胁设备安全的电压能量配合的最终目的是将总的威胁设备安全的电压 电流浪涌值减低到被保护设备能耐受的安全范围内，而各级电源电流浪涌值减低到被保护设备能耐受的安全范围内，而各级电源SPDSPD 泄放的浪涌电流不超过自身的标称放电电流。根据泄放的浪涌电流不超过自身的标称放电电流。根据IEC61312-3IEC61312-3的规的规 定，定，末级电源末级电源SPDSPD的保护水平还必须低于被保护设备的冲击耐受电压的保护水平还必须低于被保护设备的冲击耐受电压。 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用31 另外：另外： 1 1）限压型）限压型SPDSPD或浪涌保护箱应选具有运行

34、状态指示器和或浪涌保护箱应选具有运行状态指示器和SPDSPD故障故障 脱离器的产品。脱离器的产品。 限压型限压型SPDSPD或浪涌保护箱宜选用具有报警指示或报警触点的产品。或浪涌保护箱宜选用具有报警指示或报警触点的产品。 电压开关型电压开关型SPDSPD可选用具有运行状态指示器的产品。可选用具有运行状态指示器的产品。 SPDSPD或浪涌保护箱可选用具有雷击计数器或雷电流记录器的产品。或浪涌保护箱可选用具有雷击计数器或雷电流记录器的产品。 2 2）在易燃易爆的危险场所）在易燃易爆的危险场所,SPD,SPD应安装在爆炸介质的所在区域之应安装在爆炸介质的所在区域之 外。外。安装于暴露爆炸介质或爆炸烟

35、尘所在区域的安装于暴露爆炸介质或爆炸烟尘所在区域的SPDSPD必须通过必须通过国家或国家或 国际测试机构的国际测试机构的本安论证，或密封于防爆体内。本安论证，或密封于防爆体内。 DEHNDEHN（德国深恩）（德国深恩） 浪涌保护器浪涌保护器 D D类类SPDSPD E DIN VDE 0675-6 E DIN VDE 0675-6 和和-6/-6/A1A1 在在L LL L与与L LG G之间有合适的电压保护之间有合适的电压保护 级别级别 较高的通流容量较高的通流容量 宽的类型范围宽的类型范围 标称电压标称电压U UN N 从从 24 - 230 V 24 - 230 V 标称电流标称电流 I

36、 IN N 16 A 16 A DIN-Rail DIN-Rail 安装方式安装方式 多种报警方式多种报警方式 可视操作可视操作- / - / 故障指示故障指示 常闭型远程遥信触点常闭型远程遥信触点 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用33 3 3 信号、通信线路的信号、通信线路的SPDSPD 基本原则：基本原则： 1 1）信号、通信线路上的）信号、通信线路上的SPDSPD应不会造成现场信号的明显衰减和应不会造成现场信号的明显衰减和 加大误码率。加大误码率。 2 2）其紧靠被保护端口的保护元件不得采用气体放电管而应采用）其紧靠被保护端口的保护元件不得采用气体放电管而应采用 高响应速度

37、（有试验报告证实整体高响应速度（有试验报告证实整体SPDSPD响应时间不超过响应时间不超过10ns10ns）的精密）的精密 保护器件。保护器件。 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用34 3.1 SPD 3.1 SPD 的配置原则（推荐）的配置原则（推荐） 1 1）凡经室外引入控制系统的信号和通信电缆，电缆在室）凡经室外引入控制系统的信号和通信电缆，电缆在室 外的水平敷设长度大于外的水平敷设长度大于50m50m或垂直敷设长度大于或垂直敷设长度大于10m10m，且，且 满足下列条件之一时，满足下列条件之一时，宜在线路两侧装设浪涌保护器宜在线路两侧装设浪涌保护器： 安全系统的安全系统的I

38、/OI/O参数；参数； 雷电防护等级为雷电防护等级为A A级的重要控制参数和通信电缆。级的重要控制参数和通信电缆。 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用35 2 2）凡经室外引入控制系统的信号和通信电缆，电缆在室）凡经室外引入控制系统的信号和通信电缆，电缆在室 外的水平敷设长度大于外的水平敷设长度大于50m50m或垂直敷设长度大于或垂直敷设长度大于10m10m，且，且 雷电防护等级为雷电防护等级为B B级的重要控制参数和通信电缆，级的重要控制参数和通信电缆，宜在线宜在线 路控制系统侧装设浪涌保护器。路控制系统侧装设浪涌保护器。 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用36 凡符

39、合下列情况之一者，可以不考虑装设电涌保护器：凡符合下列情况之一者，可以不考虑装设电涌保护器： 室内敷设（符合规范规定的电缆屏蔽和敷设要求）的室内敷设（符合规范规定的电缆屏蔽和敷设要求）的I/OI/O信号和信号和 通信电缆；通信电缆； 现场端侧的热电偶；现场端侧的热电偶； 由配电间、电气控制室以及大功率开关现场端来的强电开关量信由配电间、电气控制室以及大功率开关现场端来的强电开关量信 号；号； 室外埋地的双层屏蔽电缆且两端出地面后在室内，或室外长度小室外埋地的双层屏蔽电缆且两端出地面后在室内，或室外长度小 于于30m30m时。时。 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用37 3.2 I/

40、O3.2 I/O信号信号SPDSPD的参数值的参数值 供电电源为供电电源为24Vdc24Vdc信号，电流为（信号，电流为（4-204-20）mAmA的控制系统的控制系统I/OI/O信号信号 的的SPDSPD参数宜符合下表的规定。参数宜符合下表的规定。 防护防护 等级等级 最大持续运行最大持续运行 电压电压UcUc 标称放电电标称放电电 流流In(kA)In(kA) 响应时间响应时间 nsns 电压保护水电压保护水 平平UpUp 测试波形测试波形 A A级级30V30V10105560V60V（8/20s 8/20s 、 1.2/50s1.2/50s） 混合波混合波 B B级级1010 C C级

41、级55 D D级级55 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用38 现场仪表用现场仪表用SPD SPD 应安装在与被保护仪表相同的防护、防爆等级应安装在与被保护仪表相同的防护、防爆等级 的保护箱内。如现场仪表无保护箱，宜用直接拧在变送器备用螺纹的保护箱内。如现场仪表无保护箱，宜用直接拧在变送器备用螺纹 电缆接口上的电缆接口上的SPDSPD。 三线制防爆型三线制防爆型SPD RD BK GNYE 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用40 3.3 3.3 通信端口上的通信端口上的SPDSPD的主要参数的主要参数 凡通信端口若符合上述配置条件时凡通信端口若符合上述配置条件时, ,应

42、根据线路的：应根据线路的： 工作频率；工作频率； 传输介质；传输介质； 传输速率；传输速率； 传输带宽；传输带宽； 工作电压；工作电压； 接口形式；接口形式； 特性阻抗等参数。特性阻抗等参数。 选用电压驻波比和插入损耗小的适配的选用电压驻波比和插入损耗小的适配的SPDSPD。也就是说。也就是说所选择所选择 的浪涌保护器也要具备和通信线路相同的性能。的浪涌保护器也要具备和通信线路相同的性能。 通信端口上的通信端口上的SPDSPD的主要参数宜符合下表的规定。的主要参数宜符合下表的规定。 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用41 防防 护护 等等 级级 标准导通标准导通 电压电压 标称放电

43、电流标称放电电流 In(kA)In(kA) 响应响应 时间时间 nsns 电压驻电压驻 波比波比 dBdB 插入插入 损耗损耗 dBdB 测试测试 波形波形 非屏蔽非屏蔽 双绞线双绞线 屏蔽双屏蔽双 绞线绞线 同轴同轴 电缆电缆 A A级级1.2 1.2 Un(Un-Un(Un- 最大工作最大工作 电压电压) ) 10101010202010100.10.10.200.20（ 8/208/20 s s 、 1.2/501.2/50 ss）混）混 合波合波 B B级级1010551515 C C级级55331010 D D级级331155 以太网以太网SPD 10 BASE 2以太网以太网 GK

44、F/B-L 10 BASE 5以太网系统以太网系统 GKF/N-L 视頻监控现场防雷案例视頻监控现场防雷案例 接线盒接线盒 接线盒接线盒 系统线系统线通信线通信线 摄像头摄像头 摄像头摄像头 云台云台 分配箱分配箱 监视器监视器 控制台控制台 同轴或双绞线同轴或双绞线 通信线通信线 230 V电源线电源线 电源系统保护器电源系统保护器信息系统保护器信息系统保护器 云台云台 保护现场设备保护现场设备 V2A 外壳外壳 IP 67 防腐，防水防腐，防水 71 mm 通过现场设备通过现场设备 的接地放电的接地放电 电缆接头与现场设备之间用螺纹连接电缆接头与现场设备之间用螺纹连接 只需要最小的安装空间

45、只需要最小的安装空间 同样更换也很方便同样更换也很方便 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用45 4 SPD4 SPD的安装的安装 SPD SPD的安装应注意如下几点：的安装应注意如下几点： 1 1）浪涌保护器应）浪涌保护器应安装在被保护设备的前端安装在被保护设备的前端，并与其它电气设备保持，并与其它电气设备保持 一定的距离。一定的距离。 2 2）导线连接的浪涌保护器其）导线连接的浪涌保护器其两端连线的总长度不应超过两端连线的总长度不应超过0.5m0.5m。 这里之所以规定两端连接线长度（见图这里之所以规定两端连接线长度（见图4.404.40中的中的L L）不应超过）不应超过 0.5

46、m0.5m，其目的之一其目的之一是降低雷电波通过引线上的时间，从而可提高是降低雷电波通过引线上的时间，从而可提高SPDSPD 的保护安全性能。因为电缆介质存在着分布电容和分布电感，按行的保护安全性能。因为电缆介质存在着分布电容和分布电感，按行 波理论，雷电波在电缆中的传输速度若为空气中光速的二分之一，波理论，雷电波在电缆中的传输速度若为空气中光速的二分之一， 即即1.51.5108 m/s ,108 m/s ,通过通过0.5m0.5m长导线的时间可达长导线的时间可达3.4ns3.4ns，若连接线太长若连接线太长 将影响将影响SPDSPD的响应时间。的响应时间。 抗干扰培训-专家培 训第4-3章

47、SPD的应 用46 L L1 1 SPDSPD L L2 2 L=LL=L1 1+L+L2 2 SPDSPD L L2 2 L=LL=L2 2 SPDSPD L=0L=0 被保护被保护 设备设备 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用47 其目的之二是其目的之二是减小线路残压减小线路残压。如图所示，已知。如图所示，已知10kA10kA、10/350s10/350s 的雷电流通过的雷电流通过SPDSPD，设线路的自感为，设线路的自感为1H/m,1H/m,被保护设备的耐压为被保护设备的耐压为 2.5kV,SPD2.5kV,SPD的残压的残压VpVp为为1.5kV,1.5kV,则：则： U

48、UAB AB=Vp+(l =Vp+(l1 1+l+l2 2)Ldi/dt=1.5+0.5)Ldi/dt=1.5+0.5* *1 1* *10/10=2.0(kV)10/10=2.0(kV)2.5 kV2.5 kV 如果如果 (l(l1 1+l+l2 2)=2m)=2m 则则 U UAB AB=1.5+2 =1.5+2* *1 1* *10/10=3.5(kV)2.5 kV10/10=3.5(kV)2.5 kV 即被保护设备是不能承受的。即被保护设备是不能承受的。 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用48 3 3）浪涌保护器的连接导线应短并平直，不宜形成尖锐的转角。为）浪涌保护器的连接

49、导线应短并平直，不宜形成尖锐的转角。为避避 免不必要的感应回路免不必要的感应回路，SPDSPD与被保护设备之间应采用无回路或小回路与被保护设备之间应采用无回路或小回路 面积的方法安装。面积的方法安装。 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用49 回路面积太大，虽合格但不够好回路面积太大，虽合格但不够好 SPDSPD 设备设备 I I 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用50 回路面积小，比较好回路面积小，比较好 SPDSPD 设备设备 I I 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用51 最好的方法最好的方法 SPDSPD 设备设备 I I 电缆电缆 屏蔽层屏蔽层 抗干

50、扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用52 4 4）电源线路浪涌保护器连接线的最小截面积应和电源线路浪涌保护器连接线的最小截面积应和SPDSPD的标称放电电流的标称放电电流 相对应相对应，标称放电电流愈大，要求连接线截面积也相应增大，这样可，标称放电电流愈大，要求连接线截面积也相应增大，这样可 减小引线电感量，从而减小其动态阻抗，同时减小线路残压。电源线减小引线电感量，从而减小其动态阻抗，同时减小线路残压。电源线 路的浪涌保护器的连接导线最小截面积宜符合下表的规定。路的浪涌保护器的连接导线最小截面积宜符合下表的规定。 防护防护 级别级别 SPDSPD的类型的类型 导线截面积（导线截面积（m

51、mmm2 2） SPDSPD连接相线铜导线连接相线铜导线SPDSPD接地端连接铜接地端连接铜 导线导线 第一级第一级 开关型或限压型开关型或限压型1625 第二级第二级 限压型限压型1016 第三级第三级 限压型限压型610 第四级第四级 限压型限压型46 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用53 5 5）信号线路浪涌保护器接地端宜采用截面积不小于）信号线路浪涌保护器接地端宜采用截面积不小于1.5 mm1.5 mm2 2的铜芯的铜芯 导线与等电位接地端子板连接，接地线应平直。导线与等电位接地端子板连接，接地线应平直。 6 6）信号线路浪涌保护器与被保护设备的连接端口有）信号线路浪涌保

52、护器与被保护设备的连接端口有串接与并接串接与并接之分之分 。由。由RJ11RJ11、RJ45RJ45、和其它接口组成的线路应串接安装、和其它接口组成的线路应串接安装SPDSPD，仅有接线，仅有接线 柱组成的接口应并接安装柱组成的接口应并接安装SPDSPD。SPDSPD的安装连接图如下图所示。无的安装连接图如下图所示。无 论是串接或是并接，过电压保护元件都是和被保护设备并联的，只论是串接或是并接，过电压保护元件都是和被保护设备并联的，只 是连接端口上的差异。是连接端口上的差异。 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用54 输入端输入端设备端设备端 串接安装串接安装 输入端输入端 并接安装

53、并接安装 SPDSPD SPDSPD设备端设备端 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用55 7 7）SPDSPD应安装在金属导轨上，并应安装在金属导轨上，并以金属导轨作为接地汇流排以金属导轨作为接地汇流排。信号。信号 用的用的SPDSPD接地应满足如下图所示的基本原理图。接地应满足如下图所示的基本原理图。 浪涌保护器浪涌保护器 被保护设备被保护设备 信号信号 雷电流泄放通路控制系统控制系统 工作接地工作接地 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用56 在非本安系统的情况下，机柜内信号在非本安系统的情况下，机柜内信号SPD的接地连接应采用下图的接地连接应采用下图 的型式的型式

54、. 浪涌保护器浪涌保护器 总接地排总接地排 信号线信号线 电气接地系统电气接地系统 机柜机柜 工作接地汇流条工作接地汇流条 直流直流 电源电源 + - 保护接地汇流条保护接地汇流条 内屏蔽内屏蔽 TN-STN-S电源系统的电源系统的PEPE 线线 去被保去被保 护仪表护仪表 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用57 5 一个实例给控制系统防雷带来的思考一个实例给控制系统防雷带来的思考 2007 2007年夏天，应某公司之邀，我们对其年夏天，应某公司之邀，我们对其MDIMDI装置装置DCSDCS的雷电防护的雷电防护 进行了风险评估。进行了风险评估。 该装置的该装置的DCSDCS采用国外

55、某公司的产品。是采用国外某公司的产品。是20052005年秋投产的。之后年秋投产的。之后 的两年来，工艺框架的建筑物防直击雷装置曾多次接闪，但控制系的两年来，工艺框架的建筑物防直击雷装置曾多次接闪，但控制系 统安然无恙。为此，根据现场情况对控制系统已有的雷电防护措施统安然无恙。为此，根据现场情况对控制系统已有的雷电防护措施 作出评价，并引发出一点思考。作出评价，并引发出一点思考。 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用58 5.1 5.1 工程环境的描述工程环境的描述 该装置所处的地势是三面环山，一面临海，属山中的平地。整该装置所处的地势是三面环山，一面临海，属山中的平地。整 个工业园

56、区地域空旷，有多个工艺钢结构框架高达个工业园区地域空旷，有多个工艺钢结构框架高达4040余米。加之我余米。加之我 们在现场测量，发现土壤电阻率很低。所以该地区们在现场测量，发现土壤电阻率很低。所以该地区是明显的引雷区是明显的引雷区。 根据当地防雷中心提供的数据，根据当地防雷中心提供的数据，年平均雷暴日为年平均雷暴日为45d/a45d/a，根据，根据 GB 50343-2004 GB 50343-2004 建筑物电子信息系统的防雷技术规范建筑物电子信息系统的防雷技术规范对雷电活对雷电活 动区的划分，该地区属动区的划分，该地区属高雷区高雷区。 该装置的接地系统系利用建筑物（包括工艺设备框架）的基础

57、该装置的接地系统系利用建筑物（包括工艺设备框架）的基础 钢筋作接地体，建筑物之间联以扁钢，使钢筋作接地体，建筑物之间联以扁钢，使整个工业园区形成一个很整个工业园区形成一个很 大的共用接地网。接地电阻的设计值为大的共用接地网。接地电阻的设计值为0.150.15至至0.40.4。 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用59 所有在现场的变送器、执行器等设备的外壳所有在现场的变送器、执行器等设备的外壳，通过金属安装支，通过金属安装支 架、钢结构的工艺框架以及金属网格地面架、钢结构的工艺框架以及金属网格地面和共用接地系统实行了等和共用接地系统实行了等 电位连接。电位连接。 本装置的所有信号电缆

58、均采用本装置的所有信号电缆均采用屏蔽双绞线屏蔽双绞线，屏蔽层一端在主控，屏蔽层一端在主控 制室内接工作地，作静电屏蔽用。制室内接工作地，作静电屏蔽用。 所有的信号电缆在外部均采用所有的信号电缆在外部均采用镀锌钢制走线槽镀锌钢制走线槽，并利用走线槽，并利用走线槽 的金属支架作自然接地。我们在现场测量了金属支架的的金属支架作自然接地。我们在现场测量了金属支架的自然接地电自然接地电 阻值为阻值为0.180.18，每节镀锌钢制走线槽之间的连接电阻为，每节镀锌钢制走线槽之间的连接电阻为0.30.3，完全，完全 符合符合GB 50057 GB 50057 建筑物防雷设计规范建筑物防雷设计规范 的要求。的要

59、求。 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用60 主控室主控室 35m35m 南南 24m I/O电缆进线口电缆进线口 工艺装置区工艺装置区 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用61 主控室（包括机柜间、操作间、工程师站、主控室（包括机柜间、操作间、工程师站、UPSUPS间和值班室等）间和值班室等） 是一座砖混结构的单层建筑物。采用屋面避雷网防直击雷。和主控是一座砖混结构的单层建筑物。采用屋面避雷网防直击雷。和主控 室相距约室相距约4040米的东侧为工艺框架（见图）。米的东侧为工艺框架（见图）。I/OI/O信号线缆从东侧信号线缆从东侧 架空进入机房，而后在活动地板下进各编组柜

60、。架空进入机房，而后在活动地板下进各编组柜。 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用62 5.2 5.2 风险评估的计算风险评估的计算 计算结果可知：计算结果可知： 建筑物年预计雷击的总次数建筑物年预计雷击的总次数N N1 1为为0.510.51次次/ /年；年； 电缆年预计雷击的总次数电缆年预计雷击的总次数N N2 2为为0.930.93次次/ /年年； 控制系统的控制系统的雷电防护等级（雷电防护等级（LPLLPL）应为）应为A A级。级。 抗干扰培训-专家培 训第4-3章SPD的应 用63 5.3 5.3 对已有防雷措施的评价对已有防雷措施的评价 避雷针顶端发黑避雷针顶端发黑 是曾