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1、1.2一、SPD的分类和主要技术套数21.1 SPD的分类21.1.1 性元件的特性分类：21.1.2 按SpD的端口型式分类21.1.3 按运用的性质分类31.2爱护器件结构的介绍41.2.1电压开关型SPD4电压隈制型SpD41.3. 表征SPD的技术参数41.3.1 电源系统的SPD41.3.2 SPD在低压配电系统中技术弁数的说明5二.SPD的选择与安装72.1 电涌爱护器的选择7确定建筑物防雷等级7确定安装位量7的选择7留意能量协作问题82.2 电涌爱护器的安装9不同供电制式的系统中SPD的安装9安装时的留意点11三、小站12参考文献：12低压配电系统中SPD的选择和安装TheCho
2、iceandFixationofSurgeProtectorand1.ightningSurgeProtectiveDevicefor1.VDistributionSystem南京信息工程高校*210044【摘要】本文主要介绍在低压国电系统中电涌爱护若(也称浪涌爱护若.他称SPD)的左本要求和主要的技术参数，弁简述如何加以选择及其安装方K和留意点。【关健词】低压配电电涌爱护器能量协作Abstract:Thisdisserta1.ionmakesanint11)duc1.ion1.othebasicrequirenen1.,1.hecommoncomponentsa1.maintechnica1
3、.parametersofSPD(surgePro1.eCHVCdevice),whichisinsta1.1.edintheI)wVohage(1.V)distributionsystem.A1.theendofwhich,1.hedissertationmain1.ysummarizeshowtoPrOPerIychooseandfixSPDin1.V.distributionsystem.Keywords:1.VDistributionSystemSPDEnergyCompatibi1.ity引言SPD(SurgeProtectiveDevice)是国际电工委员会(IEC)标准中对电涌爱
4、护器(过电压爱护器)的英文缩写.在2000年版的GB50057-94对电涌爱护器(SUrgeProtectiveDevice.SPD)的定义是：用以限制瞬态过电压和弓I导电涌电流的-种繇具,它至少应包括一种非线性元件。一、SpD的分类和主要技术参数1.1SPD的分类SPD可按几种不同角度进行分类：1.IJ按运用非线性元件的特性分类：电压开关型SPD(VO1.tageSWitChingtyPeSPD):当没有电涌出现时,SPD呈高阻状态;当电压电涌达到肯定值时(即达到火花放电电压)，SPD的电阻突然卜降变为低值“常用的非线性元件有放电间隙、气体放电管、开关型SPD(闸流管)和三端双向可控硅元件作
5、为这类SPD的组件。有时称这类SPD为“短路开关型”或“克罗巴型”SPD。开关型SPD具有大通流容量(标称通流电流和最大通流电流)的特点,特殊适用于易遭遇干脆雷击部位的雷电过电压爱护(即1.PZOA一直击密非防护区)，有时可称为宙击电流放电器.电压限制型SPD(VoItage1.imitingtypeSPD):当没有冲击出现时,SPD呈高阻状态；随着冲击电流及电压的逐步提高，SPD的电阻持续下降。常用的非线性元件有压敏电阻,瞬态抑制二极管等。这类SPD又称箝压型SPD,是人敢常用的过电压爱护器“一般适用于户内，即IEC规定的直击雷防护区(1.PZQ,)、第一雷电防护区(1.PZD、其次雷电防护
6、区(1.PZ2)的雷电过电压防护.IEC标准要求将它们安装在各雷电防护区的交界处。混合型SPD:开关型元件和箝压型元件混合运用，陶若施加的冲击电压特性不同,SPD有时会呈现开关里SPD特性,有时呈现箝压型SPD特性,有时同时呈现两种特性.1.1.2按SPD的端口形式分类依据在不同系统中运用的需求,生产商把SPD制造成一端口或两端口的型式“一端口（又称单）SPD:与被爱护电路并联连接。一端口SPD可能有隔开的输入端及输出端，但之间没有特意设置的电阻。（见图1）单口SPD并联单口SPD串联单口SPD申SPD总示意图图一单口SPD总示意由两端口（又称双）SPD:具有两组端口的SPD,一般与被爱护电路
7、中联连接,或运用接线柱连接,在输入端与输出端之间有特意设置的串联阻抗（图2）.图二双口SPD总示意图从图1和图2可以发觉一个共同的特征：SPD的非线性元件都是与被爱护电路处于并联状态，当其动作时，将被爱护电路中的电涌电流通过SPI）分流泄入大地。1.1.3按运用的性质分类由于雷电过电压和投切过电压（过去常称为操作过电压）可能沿供（配）电线路、信号线（含电话线）或天馈线侵入,因此安装在不同系统中的SPD必需满意不同系统的特殊要求。这样,生产厂商又可按运用性质将SPD分为:电源系统SPD、信号系统SPD、大馈系统SPD。此外，还可以按安装的环境分为室内用SPD或室外用SPD;按可接触性分为可接触S
8、PD或不行接触SPD：按安装方式分为固定式SPD或I；接可移式SPD等等.1.2爱护器件结构的介绍1.2.1 电压开关型SPD电压开关型SPD主要由放电间隙这种非线性元件组成,所谓放电间隙就是把暴露在空气中的两块相互隔离一空气间隙的金属物作为避雷放电的装置，通常把其中一块金属接布须要防备的导线上，例如供电系统的相线.另一块金属与地线连接当雷电流的高电位侵入电源的相线时,首先在间隙处击穿，使间隙的空气电离,形成短路，需电流通过间隙的短路流入大地，而此时间隙两端的电压却很低，因而达到减低雷电压的目的。1.2. 2电压限制型SP1.）电压限制型SPD主要由氧化锌压微电阻构成.每一块压敏电阻从制成时起
9、就有它的肯定的开关电压.当加在两端的电压低于开关电压时，乐敏电阻呈现高阻值：当加在两粮的电压高于压敏电压时,压敏电阻即被击穿，呈现低阴值。当高于氏敏电阻的电压撤销后，它又复原高阻状态.1.3. 表征SpD的技术参数1.4. 1电源系统的SPD1998年2月IEC颁布的标准低压系统的电涌爱护港第1部分性能要求及测试（IEC61643-1）中规定，用于低压配电系统的SPD的运用环境是：100OYAC（沟通）50/60Hz和500VDC（直流）以下电路系统中的SPD,运用高度不超过2000M贮符和运用时的环境温度应在-540C之间,特殊状况下可扩展到-10-70-CZfH,相对湿度在常温下为30V-
10、90在此范围之外的恶劣环境下和运用于户外,或暴露在日光中或处在其它辐射源之下的SPD应有特殊的设计要求,这是设计者、制造厂商和用户要特殊留意的。为制造厂商而言，IEC标准要求生产和销售的SPD铭牌上必需注明下列内容：a）制造厂家、商标及模块型号b）安装位置类别c）端口数d）安装方法。）最大持续操作电压UC（每一种爱护方式一个值）及额定顼率f）制造商声称的各爱护方式的放电参数及试验类别：I类试验IimpII类试验IInaX一一III类试验g）I类及H类试验中的额定放电电潦值In（每一爱护模式一个值）h）电压爱护水平UP（每一爱护模式一个i）额定负载电流j）外壳供应的爱护水平（IP代码）k）短路承
11、受实力D曾用过电流爱护装置的最大举荐额定位（假如有）m）断路器动作指示n)具有特殊用途产品的安奘位置o)端口标记(进、出口端标记)P)安装指南(如:连接、机械尺寸、引线长度等)q)电网电流类型:直流U)C)沟通(AC)及频率或两者都可应用r)I类试验中能量指标(W/R)s)温度范围1.3.2SPD在低压配电系统中技术参数的说明在说明之前，首先说明一下过电压的概念“在IEC60664-1低压系统内设备的绝缘物作标准中,定义过电压(over-vo1.tage):“峥值大于正常运行下最大稳态电压的相应峥值的任何电压”。过电压-般分为短时过电压(或暂态过压)(temporaryover-vo1.tag
12、e)和瞬态过电1.K(transientover-vo1.tage)。这两种过电压的区分是,短时过电压是持续时间较长的工频过电压,而瞬态过电压则是振荡的或非振荡的,通常为高阻尼,持续时间只有几花杪GnS)或更短的短时间过电压。宙击过电压便属瞬态过电压。由于特定通断操作或故障通断,在系统中的任何位置出现的瞬态过电质又称投切过电压(操作、通断过电压)(SWitChingoVer-Yo1.taqe)。SPD应具备抑制瞬态过电压的功能,含防护雷电过电压和投切过电压。(1)爱护模式SPD的爱护模式实际就是一组SPD中的各个模块与被爱护线路或设备端子如何连接：接在相线(1.)或地线(PE)、相线(1.)对
13、中性线(N)或中性线(N)对地线(PE)之间，还是接在相线(1.)对相线(1.)之间.卜.面简要介绍三种主要的爱护模式：3P接线：当N线与PE线干脆相连时,SPD接在每T我与PE线之间.详细来说就是TN-SJXY系统中变压器低压端以及NY-S系统进户处,N线作重复接地的状况下，三相各装一个对地的SPD,、线不装；钟接线：当N线不与PE线干脆相连时，SPD接在每一1.线与PE级之间和接在N线与PE线之间.TN-S,TN-C,TN-C-S系统除上述状况外以及TT制系统花剌余电流爱护器(RCD)的负荷侧.均采纳4P接线:“3+1”接线：详细接法就是三个间隙型或MOV型SPD接于1.与N之间，一个间隙
14、型SPD接于E与PE之间，主要用于安装在Tr系统中剩余电流爱护器(RCD)的电源侧，(2)额定电压U“是厂商对SPD规定的电压假“在低压配电系统中运行电压有220、380YaC是相对地的电压值。在正常运行条件下,供电终端电压波动值不应超过10%。(3)最大持续工作电压UC指能持续加在SPD各种爱护模式间的电压有效值(直流和沟通).1；.不应低于低压线路中可能出现的最大持续工频电压。TT系统中Uc21.15IoTN、TT系统中Uc21.1.1.UoIT系统中UCeUoUC指1.r间或1.-PE间的电压对以MOY(压敏电阻)为主的箝压型SPD而言，当外部电压小于UC时,MOV呈现岛阻色状态.假如S
15、PD因电涌而动作,在泄放规定波形的电涌后,SPD在UC压以下时应能切断来自电网的工频对地短路电流.这一特性在IEC标准中称为可自任性。上边提到的UC21.5U。、UCeI.1UO均引自IEC60364-5-534。从我国供电系统实际动身，此值应增大一些，有专家认为缘由是国外配电变电所接地电阻规定为12C,而我国规定为410Q.因而在发生低压相线接地故障时，另两相对地电压常偏大,且由于长时间过流很易烧毁SPD。但SPD的UC值定的偏大又会因产生残乐较高而影响SPD的防护效果。也有些专家认为，虽然变电所接地电阻较大，但在输电线路中实现了多次接地，多次接地的并联电阻要低于变电所的接地电阻值，因此UC
16、1.IUn即可满意要求.(4)点火电压开关型SPD火花放电电压,是在电涌冲击下开关型SPD电极间击穿电压。(5)残压UreS当冲击电流通过SPD时,其端子处呈现的电压峰值，Ures与冲击电涌通过SPD时的波形和峰值电流有关.为表征SPD性能,常常运用IreS/Uas=残压比概念。残压比一般应小于3,越小则表征SPD性能指数越好。(6)箝位电压UaS当浪涌电压达到UaS值时，SPD进入箝位状态。过去认为箝位电压即标称压敏电压，即SPD上通过电源时在其两端测得的电压。而事实上通过SpD的电流可能远大于测试电流ImA,这时不能不考虑SPD两端己经抬高的UaS对设备爱护的影响。从压敏电压至箝位电压的时
17、间比校长,对MOv而言约为100ns。(7)电压爱护水平UP(爱护电平)一个表征SPD限制电压的特性参数,它可以从一系列的参考值中选取(如0,8、0.9、1、1.2、1.5、1.8、2、8、IokV等)。该值应比在SPD端子测得的最大限制电压大,与设备的耐压一样.(8)限制电压测量值当肯定大小和波形的冲击电流通过SPD时,在其端子测得的最大电压值。(9)短时过电压UT爱护装置能承受的,持续短时间的直流电压或工频沟通电压有效值,它比最大持续操作电压UC要大。(10)电压降(百分比)AU=(Uin-Uout)/UinX1.OO%其中:Uin指双口SPD输入端电压Uout指双口SPD输出端电压通过电
18、流为阻性负载额定电流。(11)最大连续供电系统电压UCSSPD安装位置上的最大电压值,它不是事故状态的电压,而是配电盘上的电压改变,以及由于负载和共振影响的电压值升(降)，且干脆与额定电压Un相关。 12)额定放电电流/8/2OUS电流波形的峰值,一般用于II类SPD试躲中不同等级,也可用于【、山类试验时的预试。(13)脉冲电流Iimp：由电流峰值和总电荷Q定义。用于I类SPD的工作制测试,规定IiinP的波形为10/350s,也可称之为最大冲击电流.In,波形为820us（15）持续工作电流Ic:当对SPD各种爱护模式加上最大连续工作电压UC时，爱护模式上流过的电流。IC事实上是各爱护元件及
19、与其并联的内部协助电路流过的电流之和：规范。内给出220/38OV三相系统各种设备绝缘的耐冲击电压额定值“设计时,可从6规范给出的宙电流安排图、的电流分流估算式、雷电流参地衣,作为选择SPD的重要依据.2.1电涌爱护舞选择确定建筑物防雷等级从规范B有关规定确定建筑物防雷等级及首次雷击及首次雷击以后的雷1电流参母：也可以从实测的雷电流幅值的雷击概率曲线上由年均雷暴日T来查取畲电流限值的雷击概率,详细由E=HVN来计算。（N,表示因直击需和雷电电磁脉冲引起信息系统设备损坏的可接受的最大年平均雷击次数，N表示建筑物预料累计次数）然后由不同的概率可以得出须要安装SPD不同的级数（表格如下）：E0.98
20、A级应在低压系统中实行3-1级SPD进行爱护0.95E0.98B级应在低乐系统中实行2-3级SPD进行爱护0.8E0.95C级应在低压系统中实行2级SPD进行爱护EW0.80D级应在低压系统中实行1级或以上SPD进行爱护2.1.2确定安装位置一般来讲，第一级安装在总进线的配电箱前，其次级安装在安排电箱前，第三级安装在Sr要设备配电系统前，第四级安装在电子设备工作电源前.2. 1.3参数的选择假如电气设备由架空线供电，或由埋地电缆引入段短于150米的架空线供电，当地区雷电涌压大于6000伏且雷电日每年超过25天，应在电源进线处装设SPD；假如当地雷电涌压在4000伏到6000伏之间，应在电源进线
21、处装设SPD：当有电要的电子设备安装于建筑物内时,应在电源进线处和电子设备供电处依据设备耐过压的实力装设多级SPD。SPD的参数有很多，第者将其分为两类：I .电压类参数主要有:最大钳压、残压、电压爱护水平、最大持续电压和最大电涌电压D电压爱护水平U.:SPD泄放标称放电电流时,其两端的最大电位差。2）最大箝压:箝Iii（CIaInPingVo1.tage:CV）是SPD起作用时的限制电压。对压放电阻这类SpD来讲,最大箝压是SPD箝压功能恶化状况卜的残压。3）最大电涌电压:SpD的最大残压加上SPD两引线寄生电感上的感应电压,亦为被爱护设备实际承受的最大过电压。4）最大持续运行电压Ue:可能
22、持续加于SPD两端的用大沟通电乐有效值和苴流电压之和。超过此值运行时,SPD将遭遇热致损坏。在不同制式的配电系统中其值有所不同“详细如下：TN系统中，Uc应不小于1.1倍系统供电相电乐。TT系统，高压侧IOKV系统不接地，当SPD前有RCD爱护时，Ue应不小于1.5倍系统供电相电压,当SPD前无RCD爱护时，Ue应不小于1.1.倍系统供电相电压，IT系统，Ie应不小于系统供电线电压.也就是1.15倍的相电压。II .电流类参数主要有:标称放电电流,最大放电电流,冲击电流.D标称放电电流潦过SPD的模拟雷电流波的波头时间/半值时间为8/20US时的电流波的峰值。它是流过SPD的8/2OUS电流波
23、的峰值电流，用于对SPD做II级分类试验或做I级分类试的的预处理。对于1级分类试的，In不小于15KA；对于II级分类试验，In不小于5K.2）最大放电电流用于SPI）二级分类试验，8/20us电流波峥值电流，（亦称通流容量）。它与标称放电电流的不同在于前苕是取多次试验中放电电流的最大值，而后者是取多次试验的平均值。3）通流容址一一用于SpD一级分类试验。它反映了SPD的耐直击宙的实力（采纳10/35OUS波形）。这里简要说明一下第一,级SPD通流容量的确定。首级SPD的通流容量应采纳首次需击的雷电流参量进行估算：50%流入建筑物避雷装置的接地装置，另外50%的南电潦被In=I根或m=2根低压
24、输电线路分流,每根线缆上的电流i=i,m（i,为流入每一个设施的电流），所以第一级SPD的通流容址必需大于每根输电线路的电流出下表表示的是各级通流容量的选择：（补图）求动如浙、爱护故故第一必通流容小（KA）其次级通流容M（KA）第二，级通容幅（KA）格内拨通流容U架空进战埋地迸钱A汲1.1.2O4O(16354)5=80(8/20GMMOO(20%)40-(8/20X)2040(8/204视共工作电IK为用的泗B级三级15301Q350MS)=三60(8/20X)4060820s)20-40(8/20Ms)2020S)C级.然10-20(10354)5=10(82(MO20s)20促20H%)
25、D级一级51.ftf3SOps)(8/20M。20vv三fR-B-1B从上图可以看出，在不同供电制式的系统中SPD的安装位置各有不同。笔者在生产实习期间发觉，很多专,业的防雷技术人加都没有重视到这点，以点带面，一概而论。假如不对SPD的安装位置加以重视，不但使其不能起到爱护系统的作用.反而会带来平安隐患。2.2.2安装时的留意点1 .安装地点浪涌爱护器应安装在电器设施的电源入口旁边或者安装在配电柜中.2 .两级SPD的间距当线路上多处安装SPD时，应考虑前一级的SPD参数要优于后一级参数，为了使上级SPD泄放更多的雷电掂量，必需延迟需电波到达卜级SPD的时间，否则卜.级SpI）过早启动，公遭到
26、过多的雷电能址而不能理护设备，甚至烧毁，故上级SPD与下级SPD之间须要协作,一般电压开关型SPD与限压型SpD之间线落长度不宜小于IOm,限压型SPD之间的线路长度不在小于5m,否则中间应加装退耦涔.3 .电涌爱护器两端的引线应尽量短.电涌爱护器必需能承受预期通过他们的雷电流，并应符合以卜两个附加要求：通过电涌时的最大箝压,有实力熄灭在雷电流通过后产生的工频续流，在建筑物进线处和其他防需区界面处的最大电涌电压，即电涌爱护潜的最大箝压加上其两端引线的感应电压应与所属系用的基本绝缘水平和设备允许的地大电涌电压林谢一样。为使最大电涌电压足够低，其两端的引线应做到最短.一般来说，接线长度不超过0.5
27、m,导线的最小截面铜材不应小于16mm,导线外护套颜色应符C1.I.1.2,1.3,N和PE分别是黄、绿、红、浅蓝和绿/黄双色线。假如引线的确太长，可采纳下面两图的接线方式。ZxSPD4 .SPD避开强光干脆照耀,应安装在温度、湿度合适的位置.5 .浪涌爱护器的接地标线在采纳铜材时最小板面积应有4m11大6 .机械连接时应留意的几个方面a）端子应紧固到SPD上，在拧紧或放松导线的紧固螺丝或防松螺丝时，这些端子不应松动。须要运用工具来松动紧固螺丝或防松螺丝。b）用于连接外部导体的端子应使导体被连接后能许久保持必要的接触压力。三、小结低压配电系统的防雷是一项综合性的工程,片面追求SPD的防护作用是不对的,还应同其他的防雷技术结合起来，也就是要与接地、等电位连接、屏蔽等构成一个完整的防雷体系,只有这样方能达到预期的防雷效果,最终.在此感谢电子系施广全老师和众多同学在论文写作中对笔者给与的大力支持和帮助。由于笔者学问水平有限，论文当中的纸漏和不足之处，恳请读者给与指贡指正！感谢！叁考文献：1 GB50057-91建筑物防雷设计规范20002 IEC60364-5-534,建筑物电气装置3苏邦礼，崔乘球，吴望平，苏宇燕雷电与避需工程中山高校出版社4梅卫群，江燕如建筑防雷教程南京气象学院电子工程系
