低压配电系统电涌保护器(SPD)保护模式简介

低压配电系统电涌保护器（SPD）保护模式简介一、 电涌保护器（SPD）用以限制瞬时过电压和泄放电涌电流的电器，它至少应包括一种非线性元件。在一般平时的项目中也称“电涌保护器”、“浪涌保护器”、“浪涌防护器”、“防雷器”、“避雷器”等。二、 电涌保护器（SPD）保护模式的概念根据《低压配电设计规范》（GB50054-95）规定，低压配电供电系统的接地型式可分为：TN-S系统（三相五线）、TN-C系统（三相四线）、TN-C-S系统（由三相四线改为三相五线）、IT系统（三相三线）和TT系统（三相四线，电源有一点与地直接连接，负荷侧电气装置外露可导电部分连接的接地极与电源接地极无电气联系）。电涌保护器（SPD）可连接在L（相线/火线）、N（中性线/零线）、PE（保护线/地线）间，如L-L、L-N、L-PE、N-PE，这些连接方式称为保护模式。SPD的保护模式与供电系统的接地型式有关，目前，低压配电供电系统通常有3种SPD保护模式：共模保护模式、“3+1〃保护模式、全保护模式，其中前两种保护模式较为常用。常用3常用3相星形接地方式三相星形接地中的保护方式三、电涌保护器（SPD）共模保护模式（LPE,NPE）共模保护模式是将电源L（相线）、N（中性线）分别与PE（保护地）线之间安装相同型号的SPD模块，把雷电（或感应电）能量泄放到地，限制对地瞬态过电压的幅值，以防护设备对地的绝缘。共模模式的电涌保护器（SPD）对共模（MC）过电压可进行有效防护，即带电导体（L或N）与保护接地（PE）之间的过电压。对带电导体之间产生的差模过电压未进行防护，如L-L之间，L-N之间的过电压。四、电涌保护器（SPD）“3+1”保护模式（LN，NPE）在某些供电系统下，共模保护的电涌保护器（SPD）有可能使SPD的电压保护水平失真，即产品的实际保护水平比产品说明上的保护水平要差。如在TT接地系统：GB50057-94（2000版）标准规定，L-N接三片抑制模块，能有效的拦截相线浪涌电压，当雷电浪涌使SPD导通放电时，巨大的涌流瞬间流向N线，使N线电位上升，所以必须给N线提供一个放电电流通道。对N线的放电，N-PE使用空气放电管，简称“3+1〃组件，而这种SPD保护方式称为“3+1〃保护模式。“3+1〃保护模式的接线方法是在3根L（相线）和N（中性线）之间安装3个相同的限压型SPD模块，作电源线与中性线之间的差模保护；同时N（中性线）与PE（保护线）之间安装1个开关型SPD模块，L（相线）的限压型SPD模块与N（中性线）对PE（保护线）的开关型SPD模块一起构成共模保护模式，因此“3+1〃模块化的SPD具有电源对地的共模保护以及L（相线）和N（中性线）之间的差模保护。SPD“3+1"保护模式“3+1〃保护模式存在以下问题电压抑制水平失真由于空气放电管为非半导体元件，响应时间慢，导通电压比半导体元件MOV高，从而抬高了整个电涌保护器（SPD）的导通电压，使电涌保护器（SPD）有可能达不到产品说明上说的MOV的电压抑制水平。这在客观上能减少电涌保护器（SPD）的动作次数，一定程度上可以延长产品寿命，但却是以降低了对配电系统的保护水平作为代价。响应时间不匹配由于空气放电管为非半导体元件，响应时间长，反应较慢，一方面从而抬高了整个电涌保护器（SPD）的响应时间，另一方面在动作时间上的配合也存在问题。续流问题存在安全隐患由于放电管的开启和关闭的时间都很长，当（微妙计的）浪涌电流过去以后，放电管不能马上关闭，致使用户的工频电流在浪涌过去后、放电管关闭之前的这段时间将从电涌保护器（SPD）流过，由于阻抗小，电流大，发热迅速，有可能产生明火，因此，在安全上存在隐患。是《中华人民共和国通信行业标准》YD/T1429-2006''防雷系统的技术要求和检测方法〃中明令禁止使用的产品。五、电涌保护器（SPD）全保护模式（LL、LN、LPE、NPE）北美电气电子工程师学会（IEEE）对电涌保护设备有明确规定：用于TN-S供电系统的电涌保护设备需要对电流经过的所有可能的线路进行保护，这种保护模式称为全保护模式，包括三根L（相线）之间，三根L（相线）分别与N（中性线），三根L（相线）分别与PE（保护线），N（中性线）与PE（保护线）都安装SPD模块。通常用单极SPD拼装实现完善的共模和差模保护模式，对一个三相四线制系统，每一级保护需要7〜10个单极SPD，在常用的三相星形接地方式中就是这种保护方式。全保护模式的电涌保护设备，对浪涌电流经过的所有可能的线路都进行了保护，有利于对电网与电涌保护器（SPD）本身的防护。在全保护模式下拦截L（相线）浪涌电流时，可使浪涌电流分流，减少L-PE，N-PE浪涌抑制元件的发热,有利于对电网与电涌保护器（SPD）本身的防护，严格的产品和工程中一般采用全模式保护方式。

多元件矩阵，全模保护0T£^—Ji^i]A1X0-E^p^- J>u多元件矩阵，全模保护0T£^—Ji^i]A1X0-E^p^- J>u^^1—US30—...r;".I「■:.!门2UP电蛊曲盒綬爾蜩元幷TOS1YN«■HUM*iaihM-ImWAUJUB-'"SPD全保护模式SPD（浪涌保护器）定义SurgeProtectiveDevice（SPD），浪涌保护器，又名电涌保护器、防雷器、避雷器，用于保护用电设备免遭雷电电磁脉冲或操作过电压破坏。实物图简介电涌保护器的种类名目繁多的避雷器在我国的市场上已经超过了上百种，如何对不同品牌、不同型号的避雷器进行分类也许就摆在我们面前。分类从组合结构分；现在市场上的避雷器有几下几种：）间隙类————开放式间隙、密闭式间隙2） 放电管类———开放式放电管密封式放电管3） 压敏电阻类——单片、多片4） 抑制二极管类5） 压敏电阻/气体放电管组合类----简单组合、复杂组合6）碳化硅类按照其保护性质有可以分为：开路式避雷器、短路式避雷器或开关型、限压型；按照工作状态（安装形式）又可分为：并联避雷器和串联式避雷器。结构及特性避雷器的结构及特性2.1间隙避雷器2.1.1开放式间隙避雷器间隙避雷器的工作原理：基于电弧放电技术，当电极间的电压达到一定程度时，击穿空气电弧在电极上进行爬电。优点：放电能力强，通流量大（可以达到100KA）漏电流小热稳定性好缺点：残压高，反映时间慢，存在续流工艺特点：由于金属电极在放电时承受较大电流，所以容易造成金属的升华，使放电腔内形成金属镀膜影响避雷器的启动和正常使用。放电电极的生产主要还是集中在国外一些避雷器生产企业，，电极的主要成分是钨金属的合金。工程应用：该种结构的避雷器主要应用在电源系统做B级避雷器使用。但由于避雷器自身的原因容易引起火灾，避雷器动作后（飞出）脱离配电盘等事故。根据型号的不同适合与各种配电制式。工程安装时一定要考虑安装距离，避免引起不必要的损失和事故。2.1.2密闭式间隙避雷器现在国内市场有一种多层石墨间隙避雷器，这种避雷器主要利用的是多层间隙连续放电，每层放电间隙相互绝缘，这种叠层技术不仅解决了续流问题而且是逐层放电，无形中增大了产品自身的通流能力。优点：放电电流大测试最大50KA（实际测量值）漏电流小无续流无电弧外泻热稳定性好缺点：残压高，反映时间慢工艺特点：石墨为主要材料，产品内采用全铜包被解决了避雷器在放电时的散热问题，不存在后续电流问题，最大的特点是没有电弧的产生，且残压与开放式间隙避雷器比较要低很多。工程应用：该种避雷器应用在各种B、C类场合，与开放式间隙比较不用考虑电弧问题。根据型号的不同该种产品适合与各种配电制式。2.2放电管类避雷器2.2.1开放式放电管避雷器开放式放电管避雷器，实质与开放式间隙避雷器是一样的产品，都属于空气放电器。但是与间隙放电器比较它的通流能力就降了一个等级。优点：体积小通流能力强（10-15KA）漏电流小无电弧喷泻缺点：残压较高有续流产品一致性差（启动电压、残压）反映时间慢2.2.2密闭式气体放电管密闭式气体放电管也叫惰性气体放电管，主要是内部充盈了惰性气体，放电方式是气体放电，靠击穿气体来起到一次性泻放电流的目的。一般有2极和3极两种结构。外型与上图相似。优点：体积小（气体管可以很小）通流量大无电弧缺点：产品一致性差（启动电压、残压）有续流残压较高工艺特点：空气放电管还是属于开放式产品，在工作时不保证绝对没有点火花从排压孔喷出，气体放电管是密封结构，一般有2极和3极良种结构形式，一般3极有热保护装置（短路装置），在放电管工作时温度超过了一定范围，短路装置启动使放电管整体导通。防止温度过高造成放电管内气压生高器件爆裂。工程应用：一般空气放电管现在很少应用，而气体放电管现在被广泛的应用在信号防雷器上。型号的不同也有在电源避雷器上使用。2.3氧化锌电阻类避雷器2.3.1单片压敏电阻避雷器单片压敏电阻避雷器是80年代有日本最先发明使用。直到现在，单片敏电阻的使用率也是避雷器中最高的。压敏电阻避雷器的工作原理是利用了压敏电阻的非线性特点。当电压没有波动时氧化锌呈高阻态，当电压出现波动达到压敏电阻的启动电压时压敏电阻迅速呈现低阻态，将电压限制在一定范围内。2.3.2多片压敏电阻避雷器由于单片压敏电阻的通流量一直不够理想（一般单片压敏电阻最大放电电流在20KA\8/20uS）,在这种前提下多片组合压敏电阻避雷器产生，多片压敏电阻组合避雷器主要是解决了单片压敏电阻的通流量较小，不能满足B级场合的使用。多片压敏电阻的产生从根本上解决了压敏电阻通流量的问题。优点：通流容量大，残压较低，反应时间较快（＜25ns）,无跟随电流（续流）缺点：漏电流较大，老化速度快。热稳定一般工艺特点：多数采用积木结构。工程应用：根据结构不同，压敏电阻避雷器广泛的应用在 B、C、D级以及信号避雷器。但是应解决的问题是工程中有个别产品存在燃烧现象，所以在产品选型时应注意厂家使用的外壳材料。2.4抑制二极管类防雷器抑制二极管类防雷产品主要是网络等信号避雷产品中大量的应用，主要采用的器件有P*KE（雪崩管）等系列等产品。工作原理是基于PN结反向击穿保护。优点：残压低动作精度高反应时间快无续流体积小缺点：通流量小5压敏电阻/气体放电管组合类2.5.1简单组合避雷器组合式避雷器典型结构是N-PE结构形式，这种避雷器与单一结构的避雷器相比，综合了两种不同产品的优点，而减少了单一器件的缺点。优点：通流量大反应时间快缺点：残压相对较高工程应用：仅在N-PE制式使用的避雷器，适合电压波动率较大地区使用。2.5.2复杂型组合式避雷器这种避雷器充分发挥各种元器件的优点，再结构上一般使用数量较多的压敏电阻和气体放电管。这种结构的避雷器一般具有较高的通流能力，且残压较低。行业内也称这种结构的避雷器为一体化避雷器。优点：通流量大反映时间快残压低无续流热稳定性好缺点：无声音报警无计数器工艺特点：一体化避雷器的电路结构紧凑，充分发挥了氧化锌电阻反映时间快的特点，有结合了气体放电