低压配电系统电涌保护器简介

1、低压配电系统电涌保 护器简介 上海市防雷中心防雷产品测试中心上海市防雷中心防雷产品测试中心 上海市防雷产品质量监督检验站上海市防雷产品质量监督检验站 2021年年5月月5日日 电涌保护器的定义电涌保护器的定义 电涌保护器电涌保护器(spd) surge protective device 用于限制瞬时过电压和泄放电涌电流的电器，它至少包含用于限制瞬时过电压和泄放电涌电流的电器，它至少包含 一个非线性元件。一个非线性元件。 实质上是一个限位开关，没有雷电波来的时候它处于开路 状态，对电源和信号没有影响，当雷电流侵入并且电压超 过某一定值时，它迅速成为通路状态, 把电压钳制在一定 的安全范围，所以

2、安装避雷器实质上也是等电位连接的， 不过它把雷电流的大部分削去，只留下设备能够耐受的小 部分。因此又可称它为准电位连接，当雷电波过后，防雷 器又恢复高阻状态，使电路又从新复原。 spd分类分类 一端口 ，二端口 电压开关型 ，电压限制型 ，复合型 户内， 户外 易触及 ，不易触及 固定，移动 火花间隙的原理为两个形状象牛角的电极，由绝缘材料分 开，彼此间有很短的距离。当两个电极间的电位差达到一 定程度时，电荷将穿过两个角型的空间打火放电，由此将 过电流释放入地。 电压开关型电压开关型-火花间隙火花间隙 优点优点： 残压低。 响应时间快，为25ns左右。 无续流。 通流容量大 对称的伏安特性（即

3、产品无极性） 电压温度系数低 缺点：缺点： 有泄漏电流；寄生电容较大，不利于对高频电子线路的保护。 压敏电阻 电路符号 电压限制型电压限制型-压敏电阻压敏电阻 spd的分类试验的分类试验 i类试验（t1） 标志性参数：iimp 定义：按标称放电电流in，1.2/50冲击电压和i类试验的 最大冲击电流iimp进行的试验。 冲击电流波形冲击电流波形 试验分类试验分类 ii级试验（t2） 标志性参数：imax 定义：按标称放电电流in，1.2/50冲击电压和ii类试验的最大 放电电流imax进行的试验。 标称放电电流试验波形标称放电电流试验波形8/20 试验分类试验分类 iii类试验（t3） 标志性

4、参数：uoc 定义：按复合波（1.2/50, 8/20）进行的试验。 标识和标志标识和标志 本项测试包括两部分内容，标识和标志的检验及 标志的耐久性试验。标识和标志的检验主要考察制 造厂提供的关于产品的技术信息是否完全和规范。 其中以下内容应标于或持久地标贴在spd本体上： 制造厂名或商标和型号； 最大持续工作电压最大持续工作电压uc（每种保护模式有一个电压（每种保护模式有一个电压 值）；值）； 制造厂声明的每种保护模式的试验类别和放电参数； 电压保护水平电压保护水平up（每种保护模式有一个电压值）；（每种保护模式有一个电压值）； 外壳防护等级（当ip20时）； 过电流保护推荐的最大额定值（如

5、果适用时）； 接线端的标志 (如果需要)； 电流类型（交流/直流或二者都可）。 i级分类试验class i tests 用标称放电电流标称放电电流in、1.2/50s冲击电压和冲击电流冲击电流iimp进行的试验。 冲击电流iimp以电流峰值ipeak和电荷量q定义。其试验根据动作负载试验的 程序进行，用于i级试验的spd分级试验。 注：冲击电流试验要求的电荷量q= 0.5ipeak，其中电荷量单位为库仑 （c），电流单位为千安（ka）。q应在10ms内通过。如电流波形为 单脉冲，波头时间为t1，半峰值时间为t2，且t1=12.5=12.5=40=40=30=30=20=20=10=10=5=5

6、 b b=12.5=12.5=40=40=30=30=20=20=10=10 c c=10=10=30=30=20=20=10=10 d d=6.5=6.5=30=30=20=20=10=10 确定最大持续工作电压确定最大持续工作电压 最大连续工作电压最大连续工作电压uc ，指能持续加在，指能持续加在spd各种保护模式间的电压有各种保护模式间的电压有 效值（直流和交流）。效值（直流和交流）。 uc不应低于低压线路中可能出现的最大连续不应低于低压线路中可能出现的最大连续 工频电压。工频电压。 选择选择230/400v三相系统中的三相系统中的spd时，其接线端的最大连续工作电压时，其接线端的最大连

7、续工作电压 uc不应小于下列规定不应小于下列规定(iec60364-5-534)： tt系统中系统中uc1.5 u0 tn、tt系统中系统中uc1.1 u0 it系统中系统中uc u0 注注1：在：在tt系统中系统中uc 1.1 u0是指是指spd安装在剩余电流保护器的电源侧；安装在剩余电流保护器的电源侧； uc 1.5 u0是指是指spd安装在剩余电流保护器的负荷侧。安装在剩余电流保护器的负荷侧。 注注2：u0低压系统相线对中性线的电压，在低压系统相线对中性线的电压，在230/400v三相系统中三相系统中u0 =230v。 防雷器的最大持续工作电压应符合相关技术标准的要求，同时还应考防雷器的

8、最大持续工作电压应符合相关技术标准的要求，同时还应考 虑供电电网可能出现的电压波动和可能出现的最大持续故障电压。虑供电电网可能出现的电压波动和可能出现的最大持续故障电压。 - 判断供电环境是否恶劣？判断供电环境是否恶劣？ - 电源电压是否稳定？电源电压是否稳定？ - 接地网地阻值是否偏高？接地网地阻值是否偏高？ 确定防雷器的最大持续工作电压确定防雷器的最大持续工作电压 持续工作电压的选择持续工作电压的选择 电涌保护器（spd）的最大持续工作电压uc不应低于下表中的值！ 电压保护水平电压保护水平up的选择的选择 电涌保护器（spd)电压保护水平（up)应负荷up0.8ui 确定防雷器的残压确定防

9、雷器的残压 在防雷方案中，并非要求残压越低越好。通常情况下，防在防雷方案中，并非要求残压越低越好。通常情况下，防 雷器的残压越低时，最大持续工作电压也随之降低。雷器的残压越低时，最大持续工作电压也随之降低。 防雷器残压过低时，防雷器可能在供电电网不稳定地区，防雷器残压过低时，防雷器可能在供电电网不稳定地区， 最大持续电压长时间加在防雷器上，容易造成防雷器的老最大持续电压长时间加在防雷器上，容易造成防雷器的老 化和损坏。化和损坏。 电涌保护器（电涌保护器（spd）的过电流保护）的过电流保护 和失效保护和失效保护 防止电涌保护器（防止电涌保护器（spd）短路的保护是采用过电流保）短路的保护是采用过

10、电流保 护器，应当根据电涌保护器（护器，应当根据电涌保护器（spd）产品手册中推荐）产品手册中推荐 的过电流保护器的最大额定值选择。的过电流保护器的最大额定值选择。 如果过电流保护器的额定值小于或等于推荐用的过电如果过电流保护器的额定值小于或等于推荐用的过电 流保护器的最大额定值，则可省去过电流保护器。流保护器的最大额定值，则可省去过电流保护器。 连接过电流保护器至相线的导线截面根据可能的最大连接过电流保护器至相线的导线截面根据可能的最大 短路电流值选择。短路电流值选择。 防雷器失效下的保护电路设计防雷器失效下的保护电路设计 后备保护空气开关后备保护空气开关 定出后备保护空气开关的容量。定出后

11、备保护空气开关的容量。 后备保护的相关概念后备保护的相关概念 电涌保护器电涌保护器spd数据表中给出的后备过电流保护数据表中给出的后备过电流保护 值通常是指值通常是指spd的最大允许后备过电流保护。这的最大允许后备过电流保护。这 种后备过电流保护器的首要任务是保证种后备过电流保护器的首要任务是保证spd的短的短 路电流耐受能力。路电流耐受能力。 spd的短路电流耐受能力的标准化测试可以防止的短路电流耐受能力的标准化测试可以防止 spd内部短路情况发生起火燃烧或闪络。因此，内部短路情况发生起火燃烧或闪络。因此， 紧邻的上游系统过电流保护器可以作为紧邻的上游系统过电流保护器可以作为spd的后的后

12、备保护，前提条件是其标称值不超过备保护，前提条件是其标称值不超过spd最大允最大允 许后备过流值（方案许后备过流值（方案a）。）。 后备保护的相关概念后备保护的相关概念 然而，如果系统过电 流保护器f1f3的标 称值超过spd最大后 备过流的标称值，则 必须在spd前端安装 具有最大允许后备过 电流保护器的标称值 的独立后备保护（方 案b）。 后备保护的相关概念后备保护的相关概念 除了保证短路电流耐受能力以外，spd后备过电 流保护器还有一种功能，这种功能对电压开关型 spd特别重要。在雷电流过后，电压开关型spd 由于两端施加了工频电压，所以将产生50hz的续 流，其必须被安全的熄灭。 在最

13、不利的情况下，这种电源续流可以和spd安 装处的预期短路电流一样大。通常电压开关型 spd具有一定的续流熄灭能力。但如果预期短路 电流超过了spd的续流熄灭能力，则后备过电流 保护器必须切断续流。 后备保护的相关概念后备保护的相关概念 关于关于spd在电力系统中的应用和过电流保在电力系统中的应用和过电流保 护器，必须考虑到他们首先要承受电涌电护器，必须考虑到他们首先要承受电涌电 流，接着还要承受电源的短路电流。流，接着还要承受电源的短路电流。 德国学者曾研究过nh熔断器在电涌电流负 荷下的性能。根据熔断器的标称电流和试 验中的电涌电流，nh熔断器有三种不同的 特性。1.不熔断；2.熔断；3.爆

14、炸。 nh熔断器的三种不同特性熔断器的三种不同特性 工频电流决定的选择性工频电流决定的选择性 按照我们之前提到的a方 案对spd进行配置，则下 游用电系统可能会被切断。 因此，根据方案b对spd 进行配合是十分必要的。 为了体现f1f3与f4f6 之间的选择性，其标称电 流的关系为1.6：1。 但这仅仅是按电源续流 50hz来考虑的，而未考虑 电涌电流的影响。那么接 着问题就发生了。 熔断器的电涌耐受能力熔断器的电涌耐受能力 后备保护导致电压保护水平升高后备保护导致电压保护水平升高 更糟糕的情况是， f4f6在熔断以前将 有最高2kv的残压，该 电压将直接施加在下 游的spd或被保护设 备上，

15、直接造成下游 的spd过载或被保护 设备损坏，保护失效。 试验结果试验结果 measured results for imw and i15 试验结果试验结果 measured results for imw and i15 mcb在在8/20s 波形下的波形下的imw imw of mcbs for 8/20s surges fig.2 imw of mcbs for 8/20s surges mcb 的的imw 和熔断器的单次冲击耐受值和熔断器的单次冲击耐受值 imw of mcbs and single shot withstand current of fuses fig.3 imw

16、of mcbs and single shot withstand current of fuses mcb 和熔断器的和熔断器的i15 i15 of mcbs and fuses fig.4 i15 of mcbs and fuses iec目前达成的相关共识 额定电流额定电流 (in a) 0-8080以上以上 电涌耐受能力 (8/20) in general breakers show significant higher withstand than fuses (2 times greater) 通常，断路器的耐受能力显著高于熔断 器（2倍或更高） in general breake

17、rs still show higher withstand than fuses (30% to 50% more) 通常，断路器的耐受能力仍然高于熔断器 （30%-50%或更高） 电涌耐受能力 (10/350) no real statement possible this is not linked to rated current of cbs but more to their technology and may be significantly lower or higher than for fuses 断路器的电涌耐受能力和其额定电流没有显著的联系，而是更多的取决于断路器所使 用的技术，因此其耐受表现可能显著高