施耐德官方培训05过电压防护与电涌保护器选择应用-V1课件

1、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Transient Overvoltage瞬态过电压TemporaryOvervoltageat power frequency暂时过电压过电压 暂时过电压表现为工频下系统电压的上升，一般可持续数秒一般有以下几个因素引起：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单相设备：230 V 400 V过电压 瞬态过电压由叠加到系统标称电压上的电压电涌引起超快的瞬态现象计量单位 = kV/ us20 x Un5 x U

2、n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，甚至直接损毁大气过电压是由雷击放电所引起雷电现象 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在平坦地区，下降型雷击居多在山区，或者有大型突起物（高塔、工厂烟囱）的地方，易形成上升型雷击在温带地区，90%的雷击属于负电荷下降型雷电现象 雷电特征超电流峰值概率P (%)雷电流峰值I (kA)梯度S (kA/us)持续时间T (s)放电次数n95%79.10.001150%33240.0125%85651.16超过50%的雷电电流峰值超过33kA，而5%的雷电电流峰值甚至超过85kA，这些雷电流释放的

3、能量十分巨大* 数据来源：雷电防护委员会（IEC第81号技术委员会）雷电流属于高频（HF）脉冲电流，其频率可达1MHz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感应接闪器（杆、带、线、网 接地装置引下线 屏蔽等电位连接合理布线电涌保护器雷电防护 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

4、：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

5、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的规定建筑物类型外部防雷装置电源类SPD信号类SPD第一类装设了独立的外部防雷装置低压线全线铠装电缆埋地敷设入户处的总配电箱内室外线路全线埋地或架空敷设（有屏蔽层）入户处的终端箱内按照防雷击电磁脉冲的规定确定是否安装按照防雷击电磁脉冲的规定确定是否安装低压线部分埋地敷

6、设电缆与架空线连接处线路采用钢筋混凝土杆的架空线（应穿钢管埋地引入，长度不小于 15 m）电缆与架空线连接处T1 SPDUp2.5kVIimp12.5kAD1 SPD短路电流2kA(10/350us)难以装设独立的外部防雷装置(LPS在屋面上)-总配电箱室外线路采用金属线D1 SPD短路电流2kA(10/350us)T1 SPDUp2.5kVIimp12.5kA室外线路采用光缆B2 SPD短路电流100A(5/300)节日彩灯、航空障碍信号灯及其他用电设备节日彩灯、航空障碍信号灯及其他用电设备电源类配电箱内开关的电源侧T2 SPDUp2.5kVIn根据具体情况而定10/350us与8/20us

7、波形对比T1类SPD，Iimp=12.5kAT2类SPD，Imax120kA电涌保护器选择规范规定17Up/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, Ud 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UpSPD1设备dSPD1SPD2设备设备位置电源处的设备配电线路和最后分支线路的设备用电设备特殊需要保护的设备耐冲击电压类别类类类类耐冲击电压额定值 UW(kV)642.51.5电涌保护器选择规范规定18电源类GB50343-2012规定电涌保护器选择规范规定19电涌保护器选择规范规定GB

8、50343-2012规定信号类20SPD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UcUc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InIn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UpUp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

9、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（8/2

10、0us）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IieMOV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)850%(I)t(s)90%201050%(I)t(s)90%35010/350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100%90%9%1%IimpImax or InInUp (at In)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

11、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P1Up:2000 VUchoc:1500 V负荷P1Up:2000 VUchoc:1500 V负荷P2Up:1200 V类别IV 类III 类II 类I 类设备绝缘耐冲击电压额定值（KV）6 kV4 kV2.5 kV1.5 kV设备类别入户处设备，表计配电线路和终端线路用电设备特殊需要保护的设备（如电子设备）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

12、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流入电流流出电流UDMNPELUCMPENL电涌保护器选择保护模式保护模式 modes of protectionSPD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TTI第 1 个字母第 2 个字母TNT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

13、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L1L2L3NRnRuPEL1L2L3NPERnL1L2L3PEN接地系统TN-CTN-STN-C-STTSPD极数3P3P+N4P上游3P下游3P+N/4PRCD前端3P+NRCD后端3P+N/4P电涌保护器选择极数通信专用iPTU电源类 Type1iPRF1 12.5riPRD1 20r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iPRUEA9LiSTPLiP

14、R-DC 600 PViPR-DC 1000 PViPRCiPRISE天馈类SE信号类电气电子设备地下1层1层9层15层顶层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。iPRF112.5r 3P+NiPRU20r3P+NiPRU20r3P+NiPRU20r3P+NiPRU20r3P+NiPRU20r3P+NiPRU10r3P+N？380V建筑物外外引入施耐德电气电涌保护器应用方案31多次电涌冲击SPD元件老化热脱扣装

15、置熔断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 劣化失效保护高能量电涌冲击或线路故障（短路/TOV）SPD短路失效热脱扣装置来不及熔断SPD因过热而导致配电系统发生火灾、爆炸SPD前加装后备保护装置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过载（短路/TOV）SPD短路失效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，

16、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IcsIcs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

17、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MCBMCCBFuse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Fuse51015100Isc: kAMCCBFuseMCBImax=40kAIn=20kAImax=120kAIn=60k

18、AorIimp=25kA253650655050MCB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MCCBMCB15Imax=120kAIn=60kAorIimp=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)1A1A以内靠S

19、PD内部热脱扣装置起保护SPDMCB/ MCCB/ FuseNo ProtectionType:CB/ FuseSPDSPD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 常用后备保护器额定电流8/20us下最大单次冲击耐受能力（kA）8/20us下最大预处理冲击耐受能力（20次，kA）GB 18802.1中的In优选值（kA）对应的Imax（kA）10/350us下最大单次冲击耐受能

20、力（kA）MCB 10 A14.210.6510MCB 16 A22.214.11020MCB 20 A22.920.31020MCB 25 A30.124.21530MCB 40 A38.025.11530MCB 63 A34.725.120402.059MCCB 63A-60120-MCCB 125A-25MCB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 常用后备保护器熔断器额定电流最大单次冲击计算值8/20us（kA）试验

21、值8/20us（kA）GB 18802.1中的In优选值（kA）对应的Imax（kA）最大单次冲击计算值10/350us（kA）试验值10/350us（kA）25 A7.6532 A9.6740 A13.41051050 A17.31563 A23.11780 A32.2251020100 A41.4308.85125 A53.440204011.37160 A306015.310200 A408019.7515250 A5010027.9320315 A6012034.2125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

22、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1002004001500Ures: VIn=5kAIn=30kAIn=40kA5006008001000113In=10kAIn=20kAFuseMCCBMCB650165450441850?In=50kA980?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

23、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iSCBFuseIsc: kAMCCBMCBN2:25N1:15H2:50H1:36L2:100L1:65iSCB2 20iSCB2 65iSCB2 120

24、iSCB2 20N2iSCB2 20N15101510025365065MCCBFuseMCB505015iSCB2 65H2iSCB2 65H1iSCB2 120L2iSCB2 120L1L2:100L1:65iSCB1 25L2iSCB1 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)1ASPDMCB/ MCCB/ Fuse3AiSCBSPDNo ProtectionSPD+iSCBCB/ FuseType:iSCBSPD+iSCBSPDSPD内部热脱

25、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iSCBFuse5102080T2 In: kAMCCBFuseMCBImax=40kAIn=20kAImax=120kAIn=60kAImax=120kAIn=60kA304050606060MCCBMCB20103560iSCB2 20iSCB2 65iSCB2 120Imax=20kAIn=10kAImax=65kAIn=35kAImax=120kAIn=60kA5102080T1 Iimp: kAMCCBFuseMCB304050602525225iSCB1 25Iimp=2kAIimp=25kAIimp=25kAIimp=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