施耐德官方培训05-过电压防护与电涌保护器的选择应用_V1.ppt

第五章 过电压防护与电涌保护器 的选择应用,过电压防护,3. 电涌保护器,2. 雷电现象与雷电防护,1. 过电压的分类,过电压 类型,过电压 暂时过电压,iC65 + iMSU,相线和外露可导电部分或者相线和大地间的绝缘故障,中性线断裂,破损的中压电缆落到了低压线路上,过电压 瞬态过电压,20 x Un,5 x Un,大气过电压,操作过电压,无论是大气过电压，还是操作过电压，都有可能造成设备的提前老化，甚至直接损毁,雷电现象 雷击的分类,负电荷下降型,正电荷上升型,正电荷下降型,负电荷上升型,雷电现象 雷电特征,* 数据来源：雷电防护委员会（IEC第81号技术委员会）,雷电现象 雷电的影响,热效应,地电位升高,电动力效应,爆破效应,引起火灾,导线断裂或机械变形,空气扩张造成爆炸，雷声,电压电涌,设备绝缘击穿,二次反击，损毁设备,雷电现象 雷电流侵入途径,反击,侵入,雷电防护 综合防雷系统,综合防雷系统,外部防雷,内部防雷,在进行防雷设计时，不但要考虑防直接雷击，还要考虑防雷电电磁脉冲 和地电位反击等，因此必须进行综合防护，才能达到预期的防雷效果,雷电防护 防雷分区（LPZ）,网状笼（法拉第笼）,LPZ0A区：各物体都可能遭到直接雷击和导走全部雷电流；电磁场强度没有衰减。 LPZ0B区：各物体不可能遭到大于所选滚球半径对应的雷电流直接雷击，电磁场强度没有衰减。 LPZ1区：各物体不可能遭到直接雷击，流经各导体的电流比LPZ0B区更小；电磁场强度可能衰减。 LPZn+1后续防雷区：需要减小流入的电流和电磁场强度时，应增设后续防雷区。,电涌保护器的选择应用,2. 选型原则,1. 作用和工作原理,3. 后备保护装置,过电压超过设备绝缘耐冲击电压Uw,电涌保护器 限制大气过电压,4 kV 过电压,4 kV 过电压,设备未受保护,Up 1.5 kV,设备得到保护,未安装SPD,过电压被限制到设备绝缘耐冲击电压Uw以下,安装SPD,电涌保护器 内部元件,U/I 特性曲线,元件,符号,响应时间,泄放容量,理想元件,稳压二极管,气体放电管,压敏电阻,残压,泄漏电流,工频续流,快,快,快,慢,高,低,较高,很高,低,低,较低,低,无,有,有,无,无,无,无,有,电涌保护器 工作原理,设备,设备,电涌保护器在正常状态下,电涌保护器在瞬态过电压发生时,高阻状态,低阻状态,泄放电涌电流 + 限制电涌电压,开路状态,电涌保护器选择规范规定,GB 50057-2010的规定,17,节日彩灯、航空障碍信号灯及其他用电设备,10/350us与8/20us波形对比,T1类SPD，Iimp=12.5kA T2类SPD，Imax120kA,电涌保护器选择规范规定,18,Up/f （有效电压保护水平） 限压型：Up/f =Up+U （SPD两端引线的感应电压降） 开关型： MaxUp, U d 10m： 当建筑物或房间有空间屏蔽和线路有屏蔽或仅线路有屏蔽并两端等电位连接,电压保护水平Up,电涌保护器选择规范规定,19,电源类,GB50343-2012规定,电涌保护器选择规范规定,20,电涌保护器选择规范规定,GB50343-2012规定,信号类,SPD应通过GB18802.1-2011的型式试验报告 型式试验报告是产品可靠性的统一标准也是产品质量的保障 SPD的最大持续工作电压Uc Uc值应大于系统长期工作下可能出现的最大电压，该值越大越好 SPD标称放电电流In In值是指SPD的电涌电流的通流能力，该值的选择与防雷分区有很大关系，第一级SPD选择时该值越大越好 SPD的电压保护水平Up Up值是指SPD产品对电涌电压的限制，主要保护后端设备，因此其值越低越好 SPD的保护模式 SPD的保护模式主要有共模及全模保护两种 SPD的极数 SPD的极数选择与接地系统以及保护模式有一定关系,电涌保护器选择关键因素,SPD的型式检验报告是产品可靠性的衡量标准也是产品质量的保障 CQC检验是按照更加严酷要求完成的是产品更加稳定可靠的表现 MIIT是通讯行业对SPD提出的检验，以保障更加严酷的需求,电涌保护器选择检验报告,Uc值的设计原则 确定最大持续工作电压的重要性 长期工作的可靠性 影响确定最大持续工作电压的因素 配电系统的额定电压 配电制式(中性点接地方式) 配电质量(电压波动,谐波,三相不对称度) 配电变压器高压侧与低压侧是否共地 高压系统中性点是否接地,电涌保护器选择最大持续工作电压Uc,标称放电电流In（8/20us） 未损坏时电涌保护器可以通过的8/20 s波形电流的峰值 (20次) 不同的In值对应不同的Up值 最大放电电流Imax（8/20us） 电涌保护器可以导通的8/20 s波形电流的峰值 (1次) 无故障时泄漏电流Iie MOV 冲击电流Iimp（10/350） 它是由电流峰值Ipeak和电荷Q确定.用于I级试验的SPD分类试验 工频续流If 冲击放电电流以后,由电源系统流入SPD的电流(GDT),10/350用于电涌保护器I级分类试验,8/20用于电涌保护器II级分类试验,电涌保护器选择电流参数,Up值的设计原则： 当被保护设备距电涌保护器的距离沿线路的长度小于或等于5m时，或在线路有屏蔽并两端等电位连接下沿线路的长度小于或等于10m时，应按下式计算： 当被保护设备距电涌保护器的距离沿线路的长度大于10m时，应按下式计算：,Up 过高原则 如果进线端电涌保护器的Up与被保护负荷的冲击耐压相比过高的话，则需要在负荷处加装附加电涌保护器,电涌保护器选择电压保护水平Up,差模电压是接入导线和引出导线之间的电压，三相系统中指 L N , L L之间的电压。 共模电压是带电导体与接地框架之间的电压，三相系统中指 L PE, N PE之间的电压。 差模/共模过电压会引起: 电路元件损坏 过电流 设备绝缘强度下降或损坏 电子设备运行故障,电涌保护器选择保护模式,保护模式 modes of protection SPD保护元件可以连接在相对相、相对地、相对中线、中线对地及其组合。这些连接方式称作保护模式。,电涌保护器选择保护模式,接地系统分类,电源的对地情况 T：直接接地 I：不接地或经高阻抗接地,装置的机座对地情况 T：设备外壳直接接地 N：设备外壳和电源共用一个接地极,TN系统补充字母 S: PE线保护功能与接地的N线或与接地的带电导体 (相线)分开 C: PE线保护功能与N线合一 (PEN),电涌保护器选择极数,电涌保护器选择极数,电源类 Type2,通信专用,光伏专用,信号类,施耐德电气电涌保护器产品概览,OEM,公商建,住宅,工业,通信,轨道交通,能源,石化,高速公路,iPRU,EA9L,iST,PL,iPR-DC 600 PV,iPR-DC 1000 PV,iPRC,iPRI,SE天馈类,SE信号类,31,为了提供最佳的保护, 既能承受并通流电涌电流又能最大程度限制电涌电压产生较小的残余电压, 通常应用多级电涌保护器作保护 第一级保护作用为：应能通流绝大部分的电涌电流； 第二级保护作用为：通流残余电涌电流，最大程度的限制电涌电压。,施耐德电气电涌保护器应用方案,工作状态指示窗口显示红色,SPD经多次电涌冲击后，内部元件逐渐老化,当元件老化到一定程度时，内部热脱扣装置熔断,热脱扣装置熔断后，SPD支路将从线路中断开，线路得到保护,电涌保护器 劣化失效保护,SPD因过热而导致配电系统发生火灾、爆炸,SPD短路失效时，后备保护装置断开，线路得到保护,高能量电涌冲击或线路故障（短路/TOV）时，SPD会发生短路,短路电流下，内部热脱扣装置来不及熔断，SPD会因过热而导致火灾、爆炸,加装后备保护装置后，短路电流被及时切断，线路得到保护,电涌保护器 短路失效保护,后备保护必须配合SPD一起完成GB18802.1-2011的型式试验 按照该条要求，后备保护最好选择SPD型式试验中的后备保护设备。 后备保护的极限分断能力Ics Ics值应大于SPD出现故障后所产生的最大工频短路电流，即安装SPD处最大预期计算短路电流。 后备保护的低短路保护能力 该值是指当SPD出现TOV（工频过电压）时出现较小电流，后备保护对应的瞬时动作电流（动作时间为ms级） 后备保护的电涌电流耐受能力 该值是指后备保护应能承受预期出现的电涌电流，即不应因电涌电流出现动作 后备保护与进线断路器间的选择性配合 后备保护应与进线断路器之间有选择性，SPD出现故障时后备保护优先动作 后备保护上的残压 电涌电流不应在后备保护设备上产生过高的残压，以免导致设备上有过高的电压 后备保护的安装需求 后备保护的安装尺寸不应过大，以免加大配电箱箱体,电涌后备保护器 选择因素,后备保护需要配合相应的SPD一起完成满足GB18802.1-2011标准的型式检验报告 后备保护与SPD的配合需要经过第三方检验机构检验才能保障配合的可靠性,电涌后备保护器 型式检验,MCB,MCCB,Fuse,工频过载保护能力,电涌耐受能力,电压保护水平,系统选择性,安装空间需求,电涌后备保护器 常用后备保护器,Fuse,5,10,15,100,Isc: kA,MCCB,Fuse,MCB,Imax=40kA In=20kA,Imax=120kA In=60kA or Iimp=25kA,25,36,50,65,50,50,MCB的分断能力最高到15kA，能够分断低压配电系统末端SPD安装处的最大预期短路电流，而对于第一、二级SPD安装处的预期短路电流有无法安全分断的风险,MCCB的分断能力较高，基本能够分断第一、二级SPD安装处的最大预期短路电流，但是低短路分断有问题，且尺寸过大,Fuse的分断能力较高，基本能够分断第一、二级SPD安装处正常的最大预期短路电流，但是低短路分断有问题，且尺寸过大,MCCB,MCB,15,Imax=120kA In=60kA or Iimp=25kA,电涌后备保护器 常用后备保护器,5In (后备保护装置额定电流）,Isc (CB/Fuse),1A,1A以内靠SPD内部热脱扣装置起保护,SPD,MCB/ MCCB/ Fuse,No Protection,Type:,CB/ Fuse,SPD,SPD内部热脱扣装置起保护,CB/ Fuse低短路保护起始值,CB/ Fuse高短路保护分断能力,按照GB 18802.1-2011，低短路保护的起始值为5In，高短路保护为后备保护装置的分断能力,CB/ Fuse存在保护盲区,电涌后备保护器 常用后备保护器,电涌后备保护器 常用后备保护器,MCB内部结构,端子,双金属片,条状线辫,动触头,瞬时脱扣器,负荷侧端子,由于在Imax=40kA, In=20kA以上的电涌冲击下MCB有爆炸的风险，因此需用MCCB作为后备保护断路器,电涌后备保护器 常用后备保护器,电涌后备保护器 常用后备保护器,相同额定电流的熔断器比断路器的耐受能力低,大规格熔断器虽然可以耐受大的电涌冲击，但是尺寸过大,电涌后备保护器 常用后备保护器,电涌后备保护器 常用后备保护器,进线断路器选择MCB，后备保护选择MCB，很难形成选择性 进线断路器选择MCB，后备保护选择MCCB，几乎没有选择性 进线断路器选择MCB/MCCB，后备保护选择熔断器，需要查看曲线,电涌后备保护器 常用后备保护器,100,200,400,1500,Ures: V,In=5kA,In=30kA,In=40kA,500,600,800,1000,113,In=10kA,In=20kA,Fuse,MCCB,MCB,650,165,450,441,850,?,In=50kA,980,?,?,?,1460,?,In=60kA,断路器的残压非常高，使得SPD支路的有效电压保护水平Up/f大幅升高，设备两端实际的保护水平很低,熔断器在低电涌冲击时的残压较低，但在高电涌冲击下的残压也很高，使得SPD支路的有效电压保护水平Up/f大幅升高，设备两端实际的保护水平很低,550,电涌后备保护器 常用后备保护器,后备保护选择MCB，安装空间需求小 后备保护选择MCCB，安装空间需求大 后备保护选择熔断器，大电流熔断器安装空间需求大,电涌后备保护器 常用后备保护器,iSCB,工频过载保护能力,电涌耐受能力,电压保护水平,系统选择性,安装空间需求,电涌后备保护器 iSCB专用后备保护器,电涌后备保护器 iSCB专用后备保护器,iSCB,Fuse,Isc: kA,MCCB,MCB,N2: 25 N1: 15,H2: 50 H1: 36,L2: 100 L1: 65,iSCB2 20,iSCB2 65,iSCB2 120,iSCB2 20N2 iSCB2 20N1,5,10,15,100,25,36,50,65,MCCB,Fuse,MCB,50,50,15,iSCB2 65H2 iSCB2 65H1,iSCB2 120L2 iSCB2 120L1,L2: 100 L1: 65,iSCB1 25L2 iSCB1 25L1,由于电流传感器经过了特殊的设计，所以iSCB可以快速切断高短路电流,iSCB1 25,电涌后备保护器 iSCB专用后备保护器,5In (后备保护装置额定电流）,Isc (CB/Fuse),1A,SPD,MCB/ MCCB/ Fuse,3A,iSCB,SPD,No Protection,SPD+iSCB,CB/ Fuse,Type:,iSCB,SPD+iSCB,SPD,SPD内部热脱扣装置起保护,CB/ Fuse低短路保护起始值,CB/ Fuse高短路保护分断能力,Isc (iSCB),1A以内靠SPD内部热脱扣装置起保护,按照GB 18802.1-2011，低短路保护的起始值为5In，高短路保护为后备保护装置的分断能力,CB/Fuse存在保护盲区,iSCB拥有更广的工频过载保护范围,电涌后备保护器 iSCB专用后备保护器,iSCB,Fuse,5,10,20,80,T2 In: kA,MCCB,Fuse,MCB,Imax=40kA In=20kA,Imax=120kA In=60kA,Imax=120kA In=60kA,30,40,50,60,60,60,MCCB,MCB,20,10,35,60,iSCB2 20,iSCB2 65,iSCB2 120,Imax=20kA In=10kA,Imax=65kA In=35kA,Imax=120kA In=60kA,5,10,20,80,T1 Iimp: kA,MCCB,Fuse,MCB,30,40,50,60,25,25,2,25,iSCB1 25,Iimp=2kA,Iimp=25kA,Iimp=25kA,Iimp=25kA,电流传感器磁饱和后，二次侧电流不再增加，由于电涌电流时间为us级，电磁铁不动作，保证了iSCB的电涌耐受能力,电涌后备保护器 iSCB专用后备保护器,SPD出现TOV故障产生超过3A电流就能驱动iSCB动作，断路器瞬时动作电流大于等于5In iSCB动作时间5ms，断路器瞬时动作时间超过10ms,iSCB20N14P iPRU203P+N,iSCB65H14P iPRU403P+N,电涌后备保护器 iSCB专用后备保护器,iSCB,100,200,400,1500,Ures: V,In=5kA,In=30kA,In=40kA,500,600,800,1000,In=10kA,In=20kA,Fuse,MCCB,MCB,650,165,450,441,850,?,In=