防雷器学习资料SPD分类及参数选择技巧.ppt

SPD的分类及参数选择 黎六辉东莞华炜QQ 563560796 前言 现代防雷技术是多学科 多行业相互合作 协调 配合 通过外部防雷和内部防雷及综合布线等措施来最大限度地减小这种雷击灾害的系统工程技术 雷击造成信息系统设备损坏的主要途经 1 雷电通过通信线路感应而传入 2 雷击建筑物或邻近地区雷电放电 由于空间电磁感应产生瞬态过电压造成损坏 3 雷电通过供电线路的感应而引入系统 4 接地技术处理不当 引起地电位反击 5 静电感应产生瞬变电荷的反击 6 电网切换产生10 1000us 通常在300 1000A 电磁干扰 7 保险丝中断产生10 1000us 通常在300 1000A 电磁干扰 8 空调器的开启产生10 1000us 通常在300 1000A 电磁干扰 其实静电感应 电磁感应主要是通过供电线路破坏设备的 因此对计算机信息系统的防雷保护首先是合理地加装电源避雷器 其次是加装信号线路和天馈线避雷器 智能大楼设备配置中有计算机中心机房 消防监控 音响 程控交换等机房及机要设备等很多机房 除了需要在大楼总电源处加装电源避雷器 按照标准要求 还必须在0区 1区 2区分别加装避雷器 在各设备前端分别要加装电源避雷器 以最大限度地抑制雷电感应的能量 信号系统所有出户线路都应视为雷电引入通道 都应加装信号避雷器 同时必须注意 对大楼内计算机等电子设备进行防护的前提是首先对建 构 筑物安装外部防雷设施 避雷器 SPD 的作用是什么 有哪些类型呢 避雷器实质上是一种过电压限制器 与被保护的电气设备并联连接 每种避雷器从制成时起就有它的一定的开关电压 当加在其两端的电压低于该数值时 避雷器呈现高阻值状态 当过电压出现并超过避雷器的放电电压时 避雷器先放电 当雷电波过后 其快速恢复高阻状态 线路恢复正常输电 从而限制了过电压的发展 使电子电气设备免遭过电压损坏 避雷器的常用类型有 保护间隙 阀式避雷器和金属氧化物避雷器 电力系统氧化锌避雷器 用于A级防雷 保护间隙 保护间隙是一种简单的避雷器 按其形状可分为 角型 棒形 环形和球型等 常用角形保护间隙如图所示 角型保护间隙1 角型电极2 主间隙3 支柱绝缘子4 辅助间隙5 电弧的运动方向 作用原理 当雷电侵入波要危及它所保护的电气设备的绝缘时 间隙首先击穿 工作母线接地 避免了被保护设备上的电压升高 缺点 伏秒特性曲线比较陡 绝缘配合不理想 间隙动作后会形成截波 熄弧能力低 需配合自动重合闸使用 SPD分类 电源信号天馈两个基本的因素影响着电涌防护装置的最低预期寿命 频率和电涌发生事件的强度 1 气体放电管 电涌保护器中常用元件 压敏电阻 对SPD的基本要求 绝缘强度的合理配合避雷器与被保护设备的伏秒特性应有合理的配合 在绝缘强度的配合中 要求避雷器的伏秒特性比较平直 分散性小 绝缘强度的自恢复能力避雷器一旦在冲击电压作用下放电 就造成对地短路 随之工频短路电流 工频续流 要流过此间隙 避雷器应当具有自行截断工频续流 恢复绝缘强度的能力 使电力系统得以继续正常工作所以 规范要求SPD必须能够承受预期通过它们的雷电流 通过电涌时的最大钳压有能力熄灭在电流通过后产生的工频续流 在建筑物进线处和其它分类区界面处的最大电涌加上其两端引线的感应电压应与所属系统的基本绝缘水平和设备允许的最大电涌电压协调一致 为使最大电涌电压足够低 其两端的引线应做到足够短 电源避雷器的分类 1 按保护电源的特性分类 交流电源避雷器和直流电源避雷器 单相电源避雷器和三相电源避雷器 2 按所使用的防雷元件的特性分类 开关型电源避雷器限压型电源避雷器 3 按电源避雷器组成的级数多少分类 单级电源避雷器和多级电源避雷器 4 并联型电源避雷器 串联型电源避雷器 串联型电源避雷器一般是多级电源避雷器 辅助功能 a 工作指示 绿灯亮表示供电正常b 劣化指示 红灯亮表示压敏电阻已劣化 失效 c 自动脱离 应用熔断器 断路器实现压敏电阻劣化 失效后与电网脱离 后备保护器的合格判定 SPD生产厂标称其产品有后备保护器 如系热熔丝 热熔线圈或热敏电阻等限流元件 应测试其两端是否导通 如不导通则需更换 d 遥信接口 电源避雷器劣化 失效时遥信接口内的通 断开关自动进行通 断转换 e 雷击计数 记录幅度大于1kA的雷电流入侵的次数 用数码管或电磁计数器显示累计的次数 主要技术指标 1 最大持续运行电压 Uca 定义 SPD在运行中能持续耐受的最大直流电压或工频电压有效值 b 最高持续运行电压取决于SPD的标称导通电压 C SPD的最高持续运行电压应略高于当地电网可能出现的最高电压 在不能到现场考察或在现场用户不能提供最高电网电压时应选用U max 350V的产品 d U max 275V以下的SPD一般只能用在UPS电源后面 主要技术指标 2 放电电流 In标称放电电流 施加规定波形 8 20 s 和次数 同一极性5次 放电电流冲击后标称导通电压变化率小于10 漏泄电流和限制电压仍在合格范围内的最大的放电电流幅值 最大放电电流 施加规定波形 8 20 s 放电电流冲击1次后不发生实质性损坏 不炸裂 不燃烧的最大的放电电流幅值 一般最大放电电流 1 5 2 5 标称放电电流 注 放电电流是衡量电源避雷器泄放雷电流能力的指标 应根据当地雷电强度 被保护设备重要性选择SPD的放电电流 主要技术指标 3 限制电压 UP定义 施加规定波形 8 20 s 幅值 标称放电电流 和次数 同一极性5次 的冲击时 在SPD端子间测得的电压峰值的最大值 在选用SPD时应兼顾限制电压和最大持续运行电压 限制电压是SPD对设备保护的有效性指标 而最大持续运行电压与SPD本身工作可靠性相关 主要技术指标 4 漏泄电流定义 限压型SPD的泄漏电流Ile除放电间隙外 限压型SPD在并联接入低压配电线路后所通过的微安级电流 漏泄电流指标反映了所用压敏电阻的劣化情况 电源避雷器泄漏电流一般应 20 A 限压型SPD的直流参考电压U1mA当限压型SPD上流过规定的直流电流时 从其两端测得的电压值 一般将通过1mA直流电流的参考电压称为压敏电压 直流参考电压 U1mA 合格判定 1 当U1mA值不低于交流电路中U 值1 86倍时 在直流电路中为直流电压1 33至1 6倍时 在脉冲电路中为脉冲初始峰值电压1 4至2 0倍时 可判定为合格 2 也可与生产厂提供的允许公差范围表对比判定 SPD其它重要参数 浪涌能力 寿命 指电涌防护器在某波型下所承受的冲击次数 一般为8 20us 20KA 波型 自动防故障保护SPD要具有自动防故障保护功能 才能保证浪涌防护器件的安全和使用寿命 绝缘电阻 50M 表5 4 1 3电源线路浪涌保护器冲击电流参数推荐值 电源SPD的产品特点 1 放电电流大 8 20 s200kA 10 350 s60kA 2 限制电压低 800V 3 负载电流大 100A 4 可以带雷击计数和遥控端子 在电源引入的总配电箱处应装设 级试验的电涌保护器 电涌保护器的电压保护水平值应 2 5kV 每一保护模式的冲击电流值 当无法确定时应当取 12 5kA 电源SPD参数选择 SPD的标称放电电流并不是说选择得愈高愈好 若选得太高 这无疑是一种资源浪费 同时也增大了用户的工程费用 但也不能选得太低 不然 对设备起不到保护作用 在选择供电线路SPD的标称放电流参数时 应选得科学 合理 一组TT系统电源SPD的安装 SPD1若安装在某建筑物总配电室 用三片开关型电涌保护器就能满足系统的要求 我国现行的供电方式即使整个供电系统采用TN S方式 而在总配电室N与PE是一个接地点 如此在配电机房总配电柜安装三片开关型SPD就能起到作用 N到地之间可以不加 此建议要以现场勘察变压器的位置确定 SPD1选择的建议参数如下 最大持续运行电压 Uc 440V 最大放电电流 一般要按规范要求进行计算设计或参考标准中要求保护电平 Up 2 5KV响应时间 tA 100ns 第二级电源电涌保护器应是应用最广泛的一个产品 雷电电磁脉冲能对LPZ1区电源线入侵产生20KA以上的雷电流情况不多 因此第二级SPD作为限压型电涌保护器额定通流量In定位20KA 40KA 第二级SPD2建议技术参数选择如下 最大持续运行电压Uc 260V 320V 额定放电电流 8 20 s In 20KA最大放电电流 8 20 s Imax 40保护电平 Up 1 5KV响应时间 tA 25ns 第二级SPD选型的注意事项 本级SPD选择时有两个参数值得推敲 一是Uc 二是Up 第二级SPD有关产品给出的参数为260V 275V 255V等等 按规范的要求Uc 1 15Uo Uo为额定电压 我国供电方式为220V 一般情况下Uc选择 255V应该说是可以的 但是我国的尤其是农村电网不稳定性也是普遍存在的 Uc的选取直接关系到SPD的工作稳定性问题 Uc选取值高则SPD的MOV起动电压也高 则SPD的灵敏度下降 Uc选取值低则SPD的MOV起动电压也低 则SPD的灵敏度也高 但SPD的稳定性无疑要下降 综合分析 针对本地区的雷电活动的特点 稳定性要作为一个重要因素来考虑 关于第三级电源SPD的参数选择 本级SPD一般安装于重要设备的前端 所谓细保护 其技术指标一般选取最大持续运行电压 Uc 255V标称放电电流 8 20 s InL N3KAN PE5KA电压保护级别Up L N 1 25KVL PE 1 5KV响应时间 tA 25ns 天馈避雷器 各种雷达 导航和卫星测控设备 各种固定的波长自短波至微波的通信站台 移动通信的各种PHS GSM和CMDA基站 各种卫星数字通信和卫星电视接收站 均有架设在铁塔或高楼顶部的天线和连接天线与机房内收发设备的馈线系统 天馈线易遭雷击 包括直接雷击和雷电感应 在收发设备的射频输出 输入端口加装天馈避雷器可以有效的防止雷电感应的破坏 如何选择SPD 1 设施对电涌的暴露程度 不是设备容量的大小 2 被保护设备的重要程度和价值 3 被保护设备所处雷击区的强度 4 配电设施系统里电涌防护装置安装的位置 5 设施内电子和电气设备产生的电力干扰程度 天馈避雷器的分类 微带天馈避雷器同轴天馈避雷器宽带天馈避雷器并联式天馈避雷器 天馈SPD的参数选择 实际的结构就是一个与电缆技术指标相匹配的转接器 在其芯线到地之间并接放电管 这样的结构阻抗匹配好 扦损小 防雷效果取决于放电管的技术性能 所以这样的天馈SPD频带宽 损耗小 SER小 安装后对天线通信系统的电性能指标影响很小 主要技术指标 1 接口 指射频连接器的形式 目前常用的有N TNC BNC DIN7 16 FL10等 2 特性阻抗 对于工作频率低于1000MHz的同轴线系统特性阻抗为50 或75 高于1000MHz对特性阻抗为50 3 工作频率 驻波系数 插入损耗合格的频率范围 4 驻波系数 反映信号波在传输线上传播状态的一个物理量 其量值取决于避雷器阻抗与传输线路特性阻抗的适匹状态 全匹配时 无反射波 S 1 失配时 有反射波 S 1 一般要求S 1 2或1 1 5 插入损耗 在传输线中接入天馈避雷器带来的对信号的衰减 一般要求 0 2dB或0 1dB 6 最大传输功率 设计保证的可传输功率标称值 7 标称放电电流 经受规定波形规定次数冲击后指标仍在允许范围内的最大电流值 8 限制电压 输入10 700 s6kV150A或8 20 s3kA或1kV s时在输出端测得的电压 在电子系统中 由于在传输系统中插入一个SPD所引起的损耗 它是在SPD插入前传递到后面的系统部分的功率与SPD插入后传递到同一部分的功率之比 插入损耗通常用dB表示 表5 4 3天馈线路浪涌保护器的主要技术参数推荐表 产品特点 1 微带天馈避雷器 1 系列产品覆盖的频率范围宽 3MHz 2500MHz 2 单个产品的相对频率范围宽 例如有线电视系统用干放避雷器的工作频率范围为40 860MHz 相对宽度达到 f f0 820 450 182 3 限制电压 10 700 s或8 20 s3kA 40V 4 体积小 重量轻 安装方便 5 价格低 产品特点 2 同轴天馈避雷器 1 标称放电电流大 可以达到50kA以上 2 限制电压低 10 700 s波形测试时 100V 3 传输功率大 300W 产品特点 3 宽带天馈避雷器 1 频率范围宽 用普通气放管时达到DC 1500MHz 应用同轴气放管后可达到DC 3000MHz 2 有馈电功能 产品特点 4 并联式天馈避雷器 1 与馈线并联 用于30MHz以下导航台 中波 短波发射台 2 工作电压高 40kV 3 放电电流大 100kA 选用指南 除了并联式天馈避雷器以外 其余天馈避雷器都是串联接入无线电收发设备的馈线系统 发射机输出的高功率经馈线送至天线发射出去 天线接收的弱信号经天馈避雷器进入接收机 所以天馈避雷器也就成了馈线系统的一个组成部分 要满足作为一个馈线部件的各项技术指标 包括接口形式 特性阻抗 工作频率 驻波系数 插入损耗和标称传输功率 另外 在选用时还要考虑雷电防护指标 信号避雷器 微电子设备广泛用于各种通信设备 包括计算机数据通信 终端设备 程控电话等 工业实时监控系统的温度 流量 压力传感器 二次仪器仪表均采用微机处理各种信号 这些通信 微机设备的硬件部分大多采用TTL或COMS集成电路 其工作电压均较低 对于温度 流量 压力等传感器更是mV级的弱信号 TTL电路工作电压为5V COMS电路工作电压为3 18V 监控系统的工作电压 0 10mA为12V 4 20mA大约为24V 电话拨号线工作电压为110V 专线或租用线的工作电压为12V或24V D TR1 ISDN WT RJ45 ApplicationTelecommunication ISDN CT1010 5 ISDN CBT2M 2ISDN UFBK M ISDN NT PBXprivatebranchexchange 主要技术指标 1 工作电压 V 被保护线上的信号电平 或者是叠加了控制信号后的信号电平 一般有5 12 24 48 68 110 130 2 连接方式 同轴式 BNC N非同轴式 DB9 DB15 DB25 RJ11 RJ45 接线端子 X小圆型 P型 主要技术指标 3 特性阻抗 双绞线用于300Hz 4KHz时为600 双绞线用于4KHz 300MHz时为100 120或150 例如RJ45 同轴电缆用于 1GHz时为50 或75 例BNC型 同轴电缆用于 1GHz时为50 例N型 4 传输速率 bit s 信号避雷器介入计算机信息系统传输线后 不影响系统传输时的上限数据传输速率 一般常用的传输速率有20k 64k 2M 10M 100M 155M 主要技术指标 5 插入损耗 dB 在计算机网络中接入信号避雷器后对信号的衰减 一般要求 0 3 0 5 36 驻波系数 dB 1 2 同轴式 7 标称放电电流 kA 经受规定波形 规定次数的电流冲击后指标仍在允许范围内的最大电流值 一般要求0 3 0 6 3 5 108 限制电压 V 输入10 700 S6kv150A或8 20 S6kA或1kv S时在输出端测到的电压 一般要求 25 40 80 150 300 应用实例测控线路保护 仪表板输入和输出侧 应用于通信系统 选择网络浪涌保护器技术指标 1 标称电压Un24V2 最大持续运行电压Uc30V3 标称放电电流 8 20 s isn100A 线 线 400A 线 地 4 isn时电压保护级别Up 60V 线 线 60V 线 地 5 屏蔽连接通过金属外壳直接接地6 响应时间tA 1ns7 数据传输速率Vs155MBit s8 扦入损耗aE 0 4dB 80MHZ 1dB 155MHZ 商讨问题 信号SPD的防雷效果与其扦入损耗之间存在较大矛盾 因此选配时规范要求的A级2 3级B级宜采用2级值得推敲 安装防雷装置首先是不能影响网络的工作性能 所以选择信号SPD时要着重考虑网络速率 网络结构 综合布线等 所以在做好主机房接地 等电位连接 屏蔽的前提下 安装一级网络SPD即能达到防雷效果又能保障网络的技术性能 电话避雷器 主要技术指标 1 工作电压 70V 150V 230V 2 放电电流 8 20 s 3kA 10kA 3 限制电压 10 700 s 400V 工作电压150V 500V 工作电压230V 4 极间电阻 2M 铁路枢纽控制系统的电涌保护 模块式SPD 模块式电源避雷器欲称电源模块 它是一种具有自动脱离功能的采用35mm标准导轨安装的可直接装入配电柜 箱 的电源避雷器 近几年来其性能不断提高 结构日趋完善 而且不断推出适合各种需要的新颖产品 在国内和国外都有替代尺寸庞大的箱式电源避雷器的趋势 模块式电源避雷器的分类 1 采用压敏电阻 2 采用气放管 3 采用放电隙 4 采用压敏电阻矩阵 电源模块有模块和底座的两部分组成 模块由压敏电阻 过热自动脱离机构 大电流自动脱离机构和失效指示机构组成 底座具有连接外导线的接线端子和用于遥信的干接点