施耐德低压培训Schneider-6-电涌保护器.ppt

低压电涌保护器 雷击分类 闪电现象 负极性下行雷90 负极性上行雷1 正极性下行雷4 正极性上行雷5 闪电的传导和感应效应 闪电现象 直接雷击导致架空线中对地电压瞬时升高 传导过电压从架空线传播到与大地相连接的低压配电装置中 电压升高的不同导致与始终保持零电位的大地间的绝缘崩溃 这是较少的情形 感应雷击效应通常产生暂态过电压 脉冲浪涌 在线路附近的雷击由于电磁感应会产生脉冲浪涌 楞次定律E Ldi dt 由于相线 中性线和大地之间的绝缘损坏 线路 大地和低压配电装置之间产生感应回路 网络中的所有线路电压都上升为同一值 并向同一方向传播 产生的电压值部分取决于线路和大地之间的距离 这就是采用地下电缆有好处的原因 地电压的升高雷电流在大地中的消散会在很短距离间产生电压差 该区域内的不同接地极会有不同电位 从而在低压配电装置中产生过电压 闪电的传导和感应效应 闪电现象 共模与差模过电压可分为两类 共模 MC 电压 带电导线 相线或中性线 与保护接地线之间的过电压 差模 MD 电压 两个带电导线 相线和中性线 之间的过电压 避雷针附近雷击会产生其他现象 特别是 避雷针中的电流会在配电装置中产生电磁干扰 当建筑物安装避雷针后 通过避雷针传导的雷电流会对配电装置产生电磁干扰并引起避雷针接地点处地电位的升高 过电压的传播 a a 通过导线传播的过电压通过大地传播的过电压 闪电现象 跨步 电压 equipment DM CM 感应效应的间接耦合 电压分布共模过电压会引起 绝缘损坏差模过电压会引起 设备及元件损坏 耦合 雷击 定义 过电压可以分为两类 差模 共模差模电压 DM 配电装置中两个带电导体 相线 中性线 之间的电压 共模电压 CM 配电装置中带电导体 相线或中性线 与保护地线之间的电压 电磁兼容性 差模电压 定义 差模电压是接入导线和引出导线之间的电压会引起 设备损坏过电流绝缘损坏 流入电流 流出电流 UDM N PE L 电磁兼容性 共模电压 定义 共模电压是带电导体与框架之间的电压会引起 电子设备运行故障设备绝缘强度下降 UCM PE N L 电磁兼容性 过电压类型频率持续时间方案 大气过电压 二级保护 操作过电压 工频过电压 1MHz 1 100 s 电涌保护器 进线端 kHz 1MHz 0 05 10ms 滤波器 并联安装 并联安装 50Hz 0 03 1s UPS 滤波器 串联安装 依据过电压类型的解决方案 说明 如果大气过电压和操作过电压可明显的区分开来 当操作过电压持续时间不超过100 s时 也可以使用电涌保护器 过电压 配电设备保护 大气过电压完整的保护 保护概述 等级 建筑物保护 用电设备保护 进线端电涌保护器 方案 避雷针 电涌保护器作二级保护 二级保护 二级保护 这可以是齐纳型限制器 气体放电管或压敏电阻 它们通过把过电流导入大地来限制过电压 限制器上的电压等于系统端的电压 也等于限制器导通后的残余电压Ur 这就是应用在电涌保护器中的技术 实际中 两种保护 并联型和串联型 有时会同时使用以增强效果 当串联型保护出口的过电压仍然过高 就会使用并联型保护装置 并联安装型保护 低压进线 被保护系统 并联型二级保护 可应用 低压电涌保护器低电流电涌保护器应用于IT系统中的电涌保护器 Up 并联型保护 进线 被保护装置 二级保护 工作原理 工作原理电涌保护器遵循一个简单的原理 电阻依赖于端电压当电压达到触发电压 Ud 时电阻突然减小 当小于Ud时 电阻很高 1M 只有很小的电流流过 1mA 这是漏电流 一旦超过Ud 电阻减小到只有几欧姆 这有利于电流的流过 在很短的时间内使得电压突降 之后又变成阻性的 二级保护 二级保护 工作原理 导通时间是一个很重要的参数 它决定了所释放的能量值 Q i t导通时间越长 可释放越多的能量 这种特性对电涌保护器很重要 因为高能量具有危险性 会导致电涌保护器组件的老化 如果保护器上的过电压只是瞬时的 短时的电流恢复可以吸收过电压及消除通过的波 这被称为过电压被 斩断 当通过电流时两端的电压被称为残余电压 其值决定于电阻下降时通过的电流的大小 二级保护 工作原理 所有的过电压保护元件都有可承受的最大电流 通常以kA来计 在这个电流之下不会被损坏 这就是电涌保护器的开断能力 电涌保护器的性能通常用最大电流 Imax 和对应不同标称放电电流的不同保护水平Up来表示 如 Imax6 5kAIn 5kAUp 1kVIn 3kAUp 960VIn 1kAUp 790V 并联型保护的工作原理 二级保护 正常工作 上端电压U击穿电压U很小的电阻 2m 电流可以流通电压下降到小于击穿电压成为残余电压 当电流导入大地时电压保持稳定 被保护的负载承受的是下端电压 电阻大 电阻小 U 击穿电压U 上端电压U 上端电压U 击穿电压U 击穿电压U 下端电压U 负荷 正常工作时的电压 大气过电压 Ph N 残余电压v 低压元件 气体放电管 ZnO压敏电阻 释放能量 很高 高 保护等级Up 反应时间 低 短 高 长 二级保护 电涌保护器的作用 限制电网中的大气过电压不超过各种设备及配电装置能承受的冲击耐压 它不能保护暂时的工频过电压 二级保护 IEC61643 11 解释 不同的实验类别没有等级之分三种实验类别没有可比较性电涌保护器的生产厂商可以在三种类别中选择如 PRD40符合IEC61643 11的2类实验新标准中没有提及10 350 s波形10 350 s波形只用于避雷针 标准 IEC61643 11 VDE NFC UL1449 每个生产厂商可以选择任何一类实验 IEC61643 11Class1testClass2testClass3testIEC61643 21 标准 标准波形 标准电压波形1 2 50 s标准电流波形8 20 s t s 50 1 2 50 V 100 8 50 I t s 100 20 标准 技术数据 Up 电压保护等级2 5 2 1 8 1 5 1 2 1kVUc 能加在指定端不引起特性的变化和击活保护元件的最大电压 Ic 无故障时的泄漏电流 Ic 1mAIn 标称放电电流 这是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 Imax 最大放电电流这是电涌保护器可以导通的8 20 s波形电流的峰值 2次 标准 Up Uc In Imax I U Ic 电涌保护器的配合 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二级电涌保护器 P1 Up 2000V Uchoc 1500V 负荷 P1 Up 2000V Uchoc 1500V 负荷 P2 Up 1200V 基本原则 电涌保护器的Up必须始终 开关设备的冲击耐压Uchoc 安装原则 尽可能最短接线当发生过电压时 系统两端的电压Ueq 等于U1 U2 U3 但是 现在只有U2被定义 即U2是电涌保护器两端的电压电压U1和U3 由于工频电流流过时的电感和电阻效应不太明显 所以通常被忽略 但是在高频情况下 它们不在是很小了 简单的计算就可以显示接线的长度对于这些电压值大小的重要性 对于一电缆 给定 电阻电压U Ridi感应电压 E Ldt电流变化的越快 感应电压越高 这发生在8 20 s波形的上升阶段 暂态电流在几微秒内就达到数KA 如 电缆的L 1 H m电流峰值Ipeak 4kA 8 20 4000U1 1 Hx 500V 8 s由于我们以 s来计算 电压U1直接与电缆的长度成正比例 2米长的电缆的U1就会翻倍 这种情况下 电缆很容易就达到绝缘极限 开关装置 尤其是负荷不能被有效保护 结论 基本原则 电涌保护器的接线应尽可能的短 安装原则 安装原则 安装原则 安装原则 实际中 还有其它原则 最短的进线接线 梳状母排最合适 接地线应距电涌保护器的下引线端子尽可能的近 所有框架都应接到同一接地线上 以确保等电位 遵守了上述三个原则 从接线端到接地系统的接线长度不再重要 安装原则 安装原则 为了提供最佳的保护 既能承受更强的电流又有较小的残余电压 通常应用电涌保护器作一级及二级保护 一级保护应能快速灭弧及能承受流入大地的大电流 这用释放能量能力来标志 它可承受更高的电压和耐受更大的电流 二级保护被用来减小系统端的残余电压 这具用较高的斩波能力 同时与一级保护并联安装 电涌保护器的配合 安装原则 电涌保护器的配合 10米原则当保护P1和P2作为级联安装时 它们之间需要配合 原则 延迟P2上雷击波的到达 以使尽可能多的能量被P1释放 P1和P2之间的阻抗被用来实现这种延迟 负载 P1 P2 Up1 2000V L1 10m 安装原则 Up2 1500V L2 10m 两个电涌保护器之间的最短距离 10米 安装原则 电涌保护器P2安装在P1的下游 通常它的各项参数指标 Imax In Ures 都比P1小 但如果它与P1安装得过近 P2有可能比P1更早动作 从而要承受本由P1承受的高能量 为了避免这种情况 通过增加P1和P2之间的接线长度来使得电压下降 高频波在电缆中产生与电缆长度成正比的感应电压 P2两端的电压就等于P1两端的电压减去电缆上的感应电压 例如 假设产生的感应电压为100V M 对10米长的电缆 U1和U3就是1000V 给定 P1 2 5kV触发电压P2 1 5kV触发电压要使得P2动作 其两端的电压须1 5kV 在P1两端 由于有电缆上1000V 1000V的电压降 电压须1000 1000 1500V 也就是3 5kV 这已经超过P1的触发电压 2 5kV 了 于是P1会在P2达到它的触发电压前动作 把电流导入大地而释放能量 而P2在P1两端的残余电压超过3 5kV时提供另外的保护 在这种情况下P2的触发电压已经超出 于是P2斩断过电压 流过的电流小于流过P1的电流 重要注意事项 两个电涌保护器的安装距离要大于10米 电涌保护器的配合 安装原则 电涌保护器的配合 30米原则当进线端的电涌保护器与被保护设备之间的距离 30米 应在离被保护设备尽可能近的地方安装另一个电涌保护器 安装原则 d 30m P1 负载 P1 负载 P2 电涌保护器的配合 安装原则 在主进线电涌保护器下端 可以根据被保护设备的多少安装一个或多个电涌保护器作二级保护 在这种情况下 同样要遵守配合原则 距离原则Up过高原则 P1 P2 P3 P4 负载 负载 负载 下面的例子说明在TT和TNS接地系统中差模保护的重要性一个两极的电涌保护器以共模方式安装以保护配电装置 杆塔的中性点接地电阻R1远比配电装置的接地电阻R2小 雷电流会顺着ABCD这个最容易的路径流入大地 雷电流会通过两个串联的电阻 在极端情况下 会在A和C两端产生一个等于两个电涌保护器残余电压和 Up1 Up2 的电压差 如果电涌保护器应用差模保护V3 A和C两端的电压VAC就会被限制在Up3 接地系统 接地系统 接地系统 TT接地系统这种系统被广泛使用在公共低压配电系统 中性点和变电站的接地系统相连 框架接到另一个被称为 框架接地 的接地点 这也是使用者的接地点 由漏电保护装置 RCDs 来提供人身保护 由于低压变电站和使用者的接地点是分开的 它们并不一定要等电位 这意味着相线和中性线的电压会随着设备外壳的电压升高而升高 必须安装 共模方式的电涌保护器 如果电涌保护器配上漏电保护则更好 相线与中性线间的电阻使得 较低的电流容量 由于中性点被接地 电压差较小 保护等级较低 由于电子设备对差模过电压很敏感 接地系统 TT接地系统 安装原则单相三相 接地系统 mainterminal PE PE RCD L1 N mainterminal PE PE RCD L1 L2 L3 N 配电盘 被保护设备 电涌保护器 接地装置 被保护设备 接地装置 电涌保护器 TNS接地系统变压器的中性点直接与变电站的接地极相连 外壳连接到保护导体PE 保护导体与中性点导体分离 这就是它的名字的由来 N代表中性点 S代表分离 断路器提供保护 接线形式与TT系统相类似 带电导线与大地之间需要保护 共模 相线与中性线之间也需要保护 差模 接地系统 接地系统 接地系统 TNS接地系统 接线原则单相三相 配电盘 被保护设备 电涌保护器 接地装置 loopattrenchbottom 被保护设备 接地装置 电涌保护器 主接地极 P E P E L 1 N P E mainterminal E P E L 1 L 2 L 3 N P E 接地系统 TNC接地系统变压器中性点直接与变电站接地极相连 外壳与同时作为中性点和保护接地导体 PEN 相连 由断路器提供保护 在所有设备之间都要作等电位连接 PEN导体的接地可以确保这一点 它消除了中性点对地电压升高的可能性 所以仅需要在相线与PEN导体之间使用电涌保护器保护 接地系统 TNC接地系统 接线原则三相 接地系统 配电盘 被保护设备 电涌保护器 mainterminal 接地装置 loopattrenchbottom 接地系统 接地系统 IT接地系统变压器中性点与大地绝缘或通过阻抗接地以固定配电系统对地电压 同时也减小共模过电压 外壳接地 由断路器提供保护 当发生第二次故障时动作 当第一次故障发生时 检测并指示 第一次故障被绝缘监视器 PIM 检测并指示 在系统的进线端安装工业用过电压限制器 如Cardrew 以保证系统的绝缘等级 在相线与大地之间和中性点与大地之间需要安装共模形式的电涌保护器 如果中性点是分离的 则需要另外的变阻器 接地系统 IT接地系统 接线原则单相三相 mainterminal P E P E L 1 N C P I 主接地端子 P E P E L 1 L 2 L 3 N C P I 配电盘 被保护设备 电涌保护器 接地装置 接地网 被保护设备 接地装置 loopattrenchbottom 电涌保护器 不间断服务 保护断路器电涌保护器都有最大通过电流Imax 8 20波形 这是电涌保护器不被损坏而能承受的最大电流 当超出这个值时 电涌保护器被击穿而造成短路 短路被开关 下游断路器D1 检测到 断路器于是动作 由于故障电流Isc仍存在 断路器不能再合闸直到电涌保护器被更即换 为避免所影响的系统停电时间过长 利用故障电流Isc使电涌保护器上侧最近的断路器动作以使该电涌保护器从系统隔离 因而 一旦电涌保护器短路 上级短路保护确保断开短路部分 理想情况下 用断路器D1实现 保护是断路器的基本功能 选择断路器来分断根据被保护设备选用电涌保护器之后 还必须从下表中选择一个适当的断路器 断路器的分断能力与安装位置有关 供电连续性 安装原则 在电涌保护器上游断开电涌保护器有能承受的最大电流 8 20 s波形 如果超出这个值 电涌保护器就会被损坏并造成短路 故障电流被上游的断路器切断 对断路器的要求在额定电流下施加20个标准的8 20 s和1 2 50 s测试脉冲时断路器不脱扣 如果电涌保护器短路要动作 Icc Icc X X cc cc 电涌保护器 断路器 电涌保护器和接地漏电保护 确保持续供电在进线端 RCD300mA出线 30mASISI 对大气过电压不敏感 安装原则 Circuit breakerwithRCD300 500mAStype Circuit breaker Circuit breaker Circuit breaker Surgearrester ID30mA ID300mA Prioritycircuits freezer computer Otherscircuits ID SI 30mA Specialisedcircuits washingmachine dishwasher 防止老化 断路器与电涌保护器组合由于漏电流的缘故 每次发生雷击都会引起老化 热量导致过热和老化 热保护系统在电涌保护器寿命到达时 在达到最大可承受热量前 断开电涌保护器 安装原则 Thermaldisconnector Indicationcompulsory Remotetransferoptional 电气设备的可承受冲击电压 标准 IEC364 选型 可承受冲击电压 kV 低一般高高电子设备电器工业装置电力设备1 5kV2 5kV4kV6kV 2U 1000 脉冲波脉冲波脉冲波脉冲波I类II类III类IV类 需采用二次保护 负载与进线电涌保护器之间距离 30m 进线电涌保护器保护等级过高 Up必须比低于负载承受的冲击电压 例如 敏感负载共模方式时Up 1 5kV 选择电涌保护器 选型 选型 选择电涌保护器 4 不要求 1 1 Ng 4 1 8 8 8 8 8 低冲击耐压 高成本的装置 雷电密度 Ng I max kA incomingendprotect 1 1 Ng 4 住宅 8 8 8 通常较少应用在住宅 4 无避雷线的配电装置 农村 城市 部分要求 很重要 65 8 有避雷线的配电装置 不间断电力供应 如果电涌保护器与负荷之间的距离 30米或如果Up过高 需要二级保护 接地系统TTTN STN CIT共模方式下的Uc值 1 5Uo 1 1Uo 1 1Uo 1 732Uo 带电导线与大地之间的保护 差模方式下的Uc值 1 1Uo 1 1Uo 1 1Uo 相线与中性线间的保护 根据接地系统选择 选型 PRD ST系列IEC60364 5 534标准中的Uc值 Uo 相线与中性线间电压 230 240V Uc 长期运行可承受电压 接地系统TTTN STN CITIT中性点不分配中性点分配可抽出式电涌保护器PRDMC1PUc 275VMC3PUc 440V3PMC MD1P N1P N1P NUc 440 275V3P N3P N3P N固定式电涌保护器STH STMMC1P N1PUc 275V3P N3PSTDMC1PUc 275V3PMC MD1P N1P NUc 440 275V3P N3P N 根据接地系统选择电涌保护器 禁止 PRD原理 电涌保护器 在单相设备中 3个模块确保共模 相线 地线或中性线 地线 和差模 相线 中性线或相线 相线 保护每个设备有3个联结 上游相线 中性线和下游地线 指示值 Vres In Imax 电流通过变阻器 使电压在终端下降 残余电压Vres的下降值取决于到大地的电流较高的In 具有较高的Vres在实际检测的基础上 这个值已经确定 而非理论数据 显示的值 已经过测试 在In 8 20 时15次 IEC61643 11 Imax1次 8 20 Imax 在被损坏之前 所能承受的最大电流 8 20 s波形 LED的作用指示的是否处于正常运行状态 红色指示标志 极限寿命白 红指示标志 接近极限寿命白色指示标志 PRD工作中连接 PRD65rPRD40r 工作中 接近极限寿命 极限寿命 PRD型示意图 电涌保护器 1P 1P N 3P 3P N PRD型 电涌保护器 电涌保护器PRD 续 surgearrester ranges 它使用MOV 金属氧化物变阻器 当电压V超过触发电压 MOV成为导通 阻抗为零 从MOV中流过的电流 类似短路电流 相 地或中性线 地 其值依赖于它在系统中的位置 MOV导通 或短路 电流再次恢复到零点 游离能量取决于时间和In Q Inxt用焦耳表示 能量损耗和促使MOV动作 指示值 Imax Vres In Imax 最大电流值 8 20 s波形 MOV能够忍受的最大电流 Vres In MOV中的电流引起的端电压下降 该残余电压Vres取决于没有MOV时电流In的值较高的In 具有较高的Vres 在实际检测的基础上 这个值已经确定的 而非MOV理论数据 为显示这些值 需测试装置 在In时15次 IEC61643 11 Imax1次 该值规定在范围内 15 即为MOV不精确裕值 前面板LED的作用 ST原理 工作中 提示更换 电涌保护器 ST型示意图 电涌保护器 1P NSTH STM 3PSTH STM STD 1P NSTD 3P NSTD 3P NSTH STM 1PSTH M D ST型 电涌保护器 STH1P20651500共模1P N20651500共模3P20651500共模3P N20351500共模STM1P15401200共模1P N15401200共模3P15401200共模红色指示3P N15401200共模STD1P5101200共模1P N5101200共模3101000差模3P5101200共模3P N5101200共模3101000差模 固定式 类型极数In Imax 保护等级模式寿命指示 kA kA Up V 1P 1P3P 1P N3P N 8 20 s波形 Uc最大值 275V 50 60Hz内置机械式寿命指示可选配EM RM指示附件符合标准 IEC61643 112类测试NFC61740 95 第三产业 工业应用 环境面积10公顷的区域内 有一座办公楼 一个门房和三座生产厂房 位于广东 周围有一些建筑物 杆塔 树木等 所有建筑物都有防雷装置 中压和低压供电系统均为地下供电 负荷各建筑物内设备被分别保护 厂房 计算机 UPS 供暖设备 办公楼 计算机 照明 供暖 空调 门房 所有安全系统的中央控制 应用举例 第三产业 工业应用 雷击损失 1994年7月29 遭到雷击损失 低压安全系统被损坏价值 24万FF由于安装有避雷针未引起火灾 但电气设备遭到破坏 无电涌保护器 对策 现场分析等电位网络分析及接地网络分析确认避雷针安装方式及控制接地电阻数值选择负荷保护安装电涌保护器 应用举例 第三产业 工业应用 应用举例 内部保护选择根据IEC标准 当使用避雷针时 电涌保护器的额定电流是In 8 20 20kA生产厂房的配电装置进线端的接地系统是TNC系统 进入办公楼和门房后变成TNS系统