低压线路在线SPD安全性能检测及监测探讨

1、随着电涌保护器（SPD）防护技术的普及， 在线SPD数量越来越 多，但安装多年的低压线路在线 SPD的安全性能问题并未引起业 主的足够重视。文章列举了在线 SPD安全性能维护、检测的相关规 范要求，探讨了实际在线SPD检测过程中存在的一些问题，提出一种在线SPD实时动态监测、管理系统，并对该系统的软、硬件构架及功能进行了介绍。关键词电涌保护器（SPD）安全性能检测 监测 管理1低压线路在线SPD安全性能应引起重视建筑物防雷设计规范（GB 50057- 94, 2000年版） 及建 筑物电子信息系统防雷技术规范（GB 50343-2004 ）出台以来，建 筑物的低压供电线路、信息传输线路，如：信

2、息系统中心（计算机网络中心，有线、无线通信机房，有线电视机房） 的电源设备或电力电子设备； 建筑物整体安全监控中心（如消防监控中心， 电梯 控制室，楼宇自动控制中心） 的电源设备； 重要的大型电气设备 （如消防用电动机，中央空调用电动机，电梯动力设备， 变频生活给水泵），尤其是配备智能控制模块、电子监控模块、电力电子模块 或装置的设备； 关系人身安全的场所（如医院手术室、急救室、监 护室、电子医疗设备室） 的供电和照明线路， 都普遍采用了电涌保 护（SPD）,用于限制瞬态过电压和泄放电涌电流。SPD作为建筑电气的一部分，一般并联设置在配电线路，SPD 平时不导通时呈高阻状态，当雷击电涌达到开启

3、门限导通时,瞬变为低阻状态将雷击电涌电流泄流入地，以起到良好地保护电气、 电子设备的作用。随着SPD防护的普及，在线SPD数量越来越多。设置在配电 线路的SPD长期在线运行时， 在抵御雷击脉冲侵扰的同时， 也在 自然老化； 一旦SPD劣化，使用ZnO压敏材料的器件，由于压敏电阻性能劣化， 会导致温度升高， 引起压敏电阻热崩溃，从而导致漏电流增大且防护功能失效，严重时可能发生器件爆炸、起火1;当雷击发生时，SPD已失去防御功能， 雷击电涌将会影响 楼宇内电气设备、信息系统设备的正常运行。然而，一般单位不具有防雷专职管理人员，在线多年的SPD存在的安全隐患可能未引起人们的足够重视，在此，笔者呼吁：

4、一方面，业主应重视安装多年的SPD安全性能现状；另一方面，建 筑物防雷装置检测技术规范(GB / T 2143 1 - 2 008 )已于2008年 10月1日实施，防雷检测工作者应切实有效地做好 SPD安全性能 检测、评价。对无人值守的重要场所，以实施在线SPD实时动态监测、管理为宜。2在线SPD常规维护、检测相关要求对于在线SPD维护，建筑物电子信息系统防雷技术规范 8. 1. 3条规定：日常性维护应在每次雷击之后进行。在雷电活动强烈的地区， 对防雷装置应随时进行目测检查。” 8. 1. 8条 规定：检查各类浪涌保护器的运行情况：有无接触不良、漏电流是否过大、发热、绝缘是否良好、积尘是否过

5、多等，出现故障，应及时排除建筑物防雷装置检测技术规范对电源 SPD的测试作出 如下规定。5. 8. 3. 1条规定：SPD运行期间， 会因长时间工 作或因处在恶劣环境中而老化，也可能因受雷击电涌而引起性能下降、失效等故障。因此需定期进行检查。如测试结果表明SPD劣化, 或状态指示指出SPD失效，应及时更换。5. 8. 3. 2条规定：泄漏电流Ile的测试：除电压开 关型外，SPD在并联接入电网后都会有微安级的电流通过，如果此值偏大，说明SPD性能劣化，应及时更换。可使用防雷元件测 试仪或泄漏电流测试表对限压型 SPD的Ile值进行静态试验。规定 在0.75 U1mA下测试。5. 8. 3. 3

6、条规定直流参考电压（U1mA）的测试：a .本试验仅适用于以金属氧化物压敏电阻（MOV）为限 压元件且无其他并联元件的 SPD。主要测量在MOV通过1 mA直 流电流时， 其两端的电压值。b .将SPD的可插拔模块取下测试， 按测试说明书连接进 行测试。从上述相关要求可看到, 要取下SPD离线进行检测cc .将测试仪器的输出电压值按仪器使用说明及试品的标称 值选定，并逐渐提高，直到测到通过1mA直流电流时的压敏电压。在线SPD的具体现场检测，仍然是压敏电压测试仪”仅测试氧化锌阀片压敏电压，以确定其雷击电涌发生时SPD导通门限电压。同理，用泄漏电流Ile测试仪”也仅可离线测试氧化锌阀片的泄漏电流

7、Ile值。 而便携式“雷电电涌测试仪”提供1. 2 / 50肉-8 / 20肉组合波的6 kV / 3 kA可调模拟电涌，产品说明书称：可做放电间隙放电（动 作）电压、MOV型SPD限制电压（残压）的测试。但如要对标 称放电电流In为几十kA （8 / 20的）的SPD实施检测， 试验冲 击电流3 kA是否显得小了点？据了解，具有一定生产规模的SPD生产厂家一般具备数种模 拟雷击波冲击试验设备。如金属氧化物压敏电阻（ MOV）,倘若 产品标称放电电流In为80kA （8 / 20的），在筛选阀片试验时， 至 少使用20kA （8 / 20由）进行冲击选片。低压配电系统的电涌保护器（SPD） %

8、第1部分：性能 要求和试验方法（GB 18802.1 - 2002 ）中7 . 5 . 2条规定用 8 / 20的冲击电流测量残压的试验步骤：a .应依次施加峰值约为0. 1 ; 0. 2 ; 0. 5 ; 1. 0和2 In 的8 / 20的冲击电流。注：如果2 In试验电流超过电器的Imax ,那么最终的试 验值可放宽到1. 2 In。b .对SPD施加一个正极性和一个负极性序列。c .最后，如果Imax或Ipeak大于In,则至少对SPD施 加一次Imax或Ipeak冲击电流，电流极性为前面试验中残压较大的 极性。d .每次冲击的间隔时间应足以使试品冷却到环境温度。e .每次冲击应记录电

9、流和电压示波图。把冲击电流和电压 的峰值（绝对值） 绘成放电电流与残压的关系曲线图， 应画出最吻 合数据点的曲线。曲线上应有足够的点， 以确保直至Ima或Ipeak 的曲线没有明显的偏差。f .决定限制电压的残压由下列电流范围内相应曲线的最 高电压值来确定，I级： 直到Ipeak或In取较大值；II级： 直到In。相关行业专业试验室、国家级 SPD测试试验室一般根据低 压配电系统的电涌保护器（SPD） %第1部分：性能要求和试验方 法规定，对SPD生产厂家的产品做送检试验或抽检试验。现实中的在线SPD,如果所处雷击环境比较恶劣，可能有的SPD已经遭受数次电涌冲击，处于正常与损坏的临界区域，即便

10、用“压敏电压测试仪”、“泄漏电流I le测试仪”与“雷电电涌测试 仪”做现场测试， 也很难判定被测SPD合格与否。特别是一些单 位未建立SPD遥测监控，所安装的SPD不具备声光报警功能，在 线SPD可能会埋下安全隐患。3在线雷击过电流智能监测、管理系统众所周知， 上述在线SPD的具体现场检测，势必需要投入大量的人力、物力、财力，因为检测工作必须由取得计量论证合格、由技术监督机构授以 CMA （ China Metrology Accreditation , 中 国计量认证） 图章、并取得气象主管机构授权的合法检测机构方可检测。笔者认为： 在线雷击过电流智能监测、管理系统”才是实时、 动态监测记

11、录雷击、判别在线SPD正常与否的有效工具，相关技 术已获得专利。3. 1在线雷击过电流智能监测、管理系统组成3. 1 . 1硬件系统构架a .入侵雷击电流采集探头（传感器），高灵敏度设计， 动态 范围大， 为每线1 100 kA （8 / 20的），响应速度快。b .现场终端， 使用工业级器件， 两级Watchdog （看门狗） 设计，高速FPGA （现场可编程逻辑门阵列） 采集芯片，采用宽 电源供电， 电涌防护、强脉冲抑制等措施。FPGA配接、流程示意 框图见下图。c .中心显示平台，专用服务器一台，安装Windows Server系 统，运行专为系统开发的软件包和 SQL数据库。3. 1.

12、 2软件系统构架a .采用Client / Server （客户/服务器） 结构，后台采用 SQL数据库，支持Web访问和查询，支持终端管理功能（ 用户 可以创建新的终端，定义终端的属性及终端每个采集口的名称以方便 管理）。b .报警窗口在系统设置的响应时间内未响应，系统将发短信通 知相应用户； 报警窗口关闭，系统则不发送短信。c .在线SPD管理，管理SPD的基本属性和参数，如：编号、品牌、型号、安装时间、雷击次数、雷击时间、泄流电流幅值及波形。d .现场终端管理， 包括终端基本信息和参数管理，以及终端开关量及模拟电流与SPD的对应设置。e .报警管理，报警触发分两种情况：第一，在线SPD损

13、坏，在线SPD受雷击后， 动态监测性能变化。第二， 系统定时 检测，针对SPD使用寿命期限等情况， 在其即将失效前进行预警， 提醒更换，从而能更加有效地保护设备。报警设置， 设置在线SPD不同型号的不同报警条件，1个 型号对应1条报警规则。报警记录查询，根据报警信息、报警时间、 处理情况等进行查询。f .维护管理，包括：权限管理，支持多用户分级权限管理， 对Web访问用户给予最低权限； 基础资料管理， 给系统内各在线 SPD建立基础信息库；报表维护， 统计雷击记录（日期、地点、在 线SPD泄流电流），统计在线SPD更换记录（日期、地点、在线 SPD型号）。3. 2在线雷击过电流智能监测、管理系

14、统主要特点与技术指 标a .对低压供电线路、信息传输线路雷电入侵次数统计；对入侵雷击信号的最大值、持续时间、极性等参数的采集，采集范围每线1 100 kA （8 / 20的）；对雷击信号持续高速采集、数字滤波及 对有效数据与无效数据进行分离处理，将所采集的有效数据转换并处理还原真值及波形。b .使用10 / 100 Base - T 通讯接口， 支持短信功能和 GPRS （通用分组无线业务） 通信。c .现场数据实时发送到监控中心。d .工作电压：220V AC、48V DC 任选。e .采集数据精度：D > 10位。f .系统还原真值平均误差精度：E < 5%。g .图表化管理，

15、支持生成各类统计报表。将雷击入侵泄流 电流的大小和波形以及在线SPD的动作情况图表化显示。h .在线SPD台帐管理。i.为保证系统可靠运行，系统设计了完善的运行状态自检程序：采集探头异常、通讯异常、温度异常、终端异常等的自检。 当系统发生上述异常时均会发出报警信号，提醒用户检修或更换故障设备。4结束语由于雷击的突发性、瞬变性，即使具有雷击过电流烧蚀、熔损的客观痕迹的物理特性，也很难判断其雷击电流幅值， 何况许多雷灾现场往往找不到痕迹。以往安装 SPD的场所没有科学、量化的技 术仪表直观显现雷击电流幅值参数及波形。 如今， 在线雷击过电流 智能监测、管理系统”的应用，实现了雷击电流从定性到定量的在线 测量与分析。对雷电可能经常光顾或者 SPD设置数量较多的场所， 有意识地设置在线雷击过电流智能监测、管