抗干扰培训专家培训第43章SPD的应用课件

1、控制系统中电涌保护器的配置和应用，徐一恒主编，1。PPT学习与交流，1概述，1.1作为SPD的几个基本条件，作为SPD本身应满足以下基本条件：1)能承受预期通过的电流；2)通过电流时的最大箝位电压(电压保护电平或剩余电压)应小于设备的耐受电压(即具有理想的伏秒特性)；3)电涌保护器应具有很强的绝缘强度自恢复能力。由于雷电过电压持续时间短，当电涌保护器两端的过电压消失时，系统的正常工作电压继续作用于电涌保护器两端。在正常工作电压的作用下，开关电源继电器在导通状态下的工频接地电流上续流，称为工频续流。雷电过电压消失后，电涌保护器必须在工频续流的第一个过零点切断自身。否则，SPD将继续保持开启状态，

2、系统无法恢复正常运行。4)对系统正常运行的影响应该很小(即单刀双掷的寄生电容应该很小，漏电流应该很小)。2，PPT学习交流，1.2设置单点故障时需要考虑的基本因素由于过程控制系统有大量的输入输出点，考虑到用户的经济承受能力，不可能也没有必要在所有输入输出点设置单点故障。因此，一般考虑的基本因素是：a .雷电电磁脉冲的防护等级；b .受保护设备/系统的重要性、雷击造成的经济损失和电涌保护投资的比较。对于扩建和改建的设备，如果已经确定了不同线路的接地系统、电缆类型和安装条件，SPD是唯一可行的保护设备的方法。(引自“iec 62305”)，3，PPT学习交流，1.3SPD分类测试等级与控制系统，选

3、择的SPD，除了有严重直接雷击的位置，采用适当容量的一级分类测试(10/350s)的SPD，其冲击测试分类与二级分类测试(8/20s电流波形和1.2/50s电压波形)或三级分类测试(8/20s短路电流波形和1.2/50s开路电压波形的混合波)相关。下图：Q充电(电流A时间s)；W/R比能量，单位电阻中闪电电流消耗的能量。它是闪电闪络期间闪电电流随时间的平方的积分。4、PPT学习通信、测试闪电电流比较、200 s、350 s、600 s、800 s、1000 s、t (s)、80 s、3、5、PPT学习通信、1.4配置SPD时要考虑的主要参数选择：a .最大连续工作电压UC；b .标称放电电流i

4、n；c .电压保护等级提高；d .响应时间(一般小于25ns)。6、PPT学习通信、火花隙、变阻器和二极管之间的比较、7、PPT学习通信、2交流低压供电系统SPD的应用、2.1交流供电电路的应用环境，根据交流供电电路的应用环境有很大的差异：1)对于那些高度暴露的环境(如变压器放置在露天且变压器到配电室的室外距离较长)，由于直接雷击的威胁， 空间电磁场强度很大，电源电路上可能出现的浪涌高达80kA以上； 2)对于建筑物内的供电系统，包括变压器和其他设施，由于周围采取了直接防雷措施，空间内的电磁场强度大大降低，供电线路上可能出现的浪涌为20-40kA甚至更低。对于非常重要的用户，可以在主配电柜、子

5、配电柜和控制系统电源柜中实施三级浪涌保护。8、PPT学习通信、配电柜被雷击的照片、9、PPT学习通信、2.2电气设备的浪涌抗扰度、电气设备的控制系统包括：不间断电源；稳压器。隔离变压器。DC供电装置等。浪涌抗扰度(表示为绝缘冲击耐受电压或冲击过电压水平)应由制造商提供。当制造商没有提供数据时，根据英国标准50057，220/380伏三相系统的每台设备的冲击耐受电压额定值在表中规定11、PPT学习通信，SPD在2.3TN-S配电系统中的安装方法，单级SPD保护有两个主要缺点：雷电电流过大造成损坏的概率高；剩余电压与雷电流成正比，因此单级电涌保护器将产生高剩余电压。因此，在配电系统中，多级电涌保护

6、器通常配置在同一条线路上。然而，此时应检查各阶段之间能量和动作时间的协调性。12、PPT学习通信，SPD在TN-S系统中的应用实例，13、PPT学习通信，在TN-S系统三相回路中设置一定等级的SPD，14、PPT学习通信，当控制室配电箱的交流电源是TN-S系统三相220/380V系统时，电源系统中的SPD应安装在主回路空气开关和熔断器的负载侧。单刀双掷采用共模连接方式，即三相线和PE线之间分别安装过流保护器和单刀双掷，零线和PE线之间安装单刀双掷(见上图)。当控制室配电柜的交流电源为TN-S单相220伏系统时，电涌保护器采用全保护方式，即在相线和PE线、相线和N线之间分别安装一个过流保护器和一

7、个电涌保护器，在中性线和PE线之间安装另一个电涌保护器(见下图)。15、PPT学习通信、TN-S单相电路的SPD设置、16、PPT学习通信、2.4过流保护器的功能、1)在SPD分支上安装过流保护器，以防止SPD长期过压后过热造成SPD损坏，从而导致SPD分支短路起火。安装在电涌保护器分支上的过电流保护器不应在电涌保护器允许的最大雷电电流下断开，但应能在此时断开工频短路电流。一般提供的熔断器在冲击电流下没有动作特性数据，给匹配带来困难。因此，建议使用空气开关。如果选择延迟的C型跳闸曲线，空气开关将有足够的延迟来避免冲击电流，并确保在雷电流下持续打开。2)过流保护器应满足与主电路过流保护器的级间配

8、合要求。17、PPT研究通信，2.5控制室电源箱SPD参数选择，主配电柜和配电柜SPD属于电气专业设计。这里只讨论控制室电源箱的特殊用途。最大连续工作电压UC的选定Uc值与产品的使用寿命和电压保护水平有关。Uc选择得较高，使用寿命较长，但电压保护水平，即电涌保护器的剩余电压也相应增加，因此应综合考虑。对于TN-S系统，Uc1.55U0(U0最大工作电压)SPD的许多事故是由于Uc值选择得不够高。因此，建议使用1.55。如果可能的话，甚至可以取1.73-2，而不影响电压保护水平要求。根据IEC 61312-1: 1995的相关规定，总雷电流I(10/350)的50%流入外部防雷装置的接地装置，5

9、0%流入各种外部导电物体、电源线、信号线、通信线等。如果只考虑TN-S三相五线供电线路，即50%的配电流入五条三相五线供电线路。19，PPT学习交流，雷电流形成，外部系统，雷电流(系统电流)，建筑物，100%雷电流，接地系统，50%雷电流，导体电流2.5%，雷电流10%，雷电流10%，雷电流10%，雷电流10%，20，PPT学习交流，雷电流分布示例，21，PPT学习和通信，直接防雷系统下的雷电流分布，气体，水，PSC，通信，MCR，100 23，PPT学习和通信，保护水平峰值电流(kA)A200B150C，d100， iec61024-1-1，e=rst，I，t，示例：e=100ka1=100

10、kv，s88e，10/350s波形，冲击接地电阻上的电压降，24，PPT学习交流，1)如果保护水平为a级，10/350s波形电源线中每个线路负载的雷电电流为当单位能量W/R相同时，I(20)=I(350)T2(350)/T2(20)1/2可由上述公式获得，且I (20)=20 350/20 1/2=83.7 (Ka)，25，PPT学习交流，以及控制室供电回路的额定放电电流参考值SPD。考虑到多个子配电柜布置在总配电柜之后，子配电柜然后被供应给包括仪表系统在内的多个负载，并且83.7kA的总雷电电流最终被转移到控制系统的交流电源系统，该系统已经被减少到非常小。经调查，根据上表选择的单刀双掷的额定

11、放电电流值能够满足要求。电压保护等级不大于电气设备浪涌过电压等级的0.8。26、PPT学习交流，2.6多级SPD之间的能量协调和动作协调，1)能量协调从前级到后级，标称放电电流逐步减小。2)当多级单刀双掷配置在同一条线上进行动作协调时，检查各级之间能量和动作时间的协调情况。当无法进行特殊校准时，可选择制造商推荐的多级系列SPD产品和级间协调措施。当制造商未提供特殊目的设备级间协调措施或提出级间距离要求，且各级特殊目的设备的电压保护等级无明显差异时，限压特殊目的设备与限压特殊目的设备之间的电气距离不应小于5m，限压特殊目的设备与电压切换特殊目的设备之间的电气距离不应小于15m。27岁，和PPT学

12、习交流。根据规定，电压开关单刀双掷与限压单刀双掷之间的线路长度不应小于15m，限压单刀双掷之间的线路长度不应小于5m，主要目的是在低压配电线路中安装多级单刀双掷。由于各级开关电源的响应时间不同，在设计和安装过程中，由于能量协调不当，某一级开关电源可能无法运行，导致泄漏盲点。为了确保前级保护开关先于后级保护开关工作，两级保护开关之间必须有一定的距离(即一定的感抗或增加去耦元件)，以满足避免盲点的要求。根据行波理论，由于电缆中分布电容和电感，雷电流在电缆中的传播速度为1.5108米/秒。那么雷电电流在该时间差(100-25)ns内向前行进的距离是s3360s=1.51087510-9=11.25

13、(m)，即当电压开关SPD和限压SPD之间的距离大于11.25米时，可以保证前面的SPD首先工作，从而达到先释放大雷电电流的目的。由于SPD的实际响应时间有一定误差，因此为15m。如果两级保护的SPDs为限压型，响应时间为25ns，如果两级SPDs之间的时间差为25ns，则两级应分开：s=1.5108510-9=3.75 (m)，因此为安全起见，取5m。29、PPT学习通信，如在实际情况下，很难满足上述距离要求，且参数难以匹配，可在两个SPDs之间安装去耦装置(即一定的电感L)来实现。各级电源电涌保护器能量协调的最终目的是将威胁设备安全的总电压和电流浪涌值降低到受保护设备能够承受的安全范围，同

14、时各级电源电涌保护器释放的浪涌电流不超过其自身的标称放电电流。根据IEC61312-3，最终电源SPD的保护水平也必须低于被保护设备的冲击耐受电压。30，PPT学会交流，此外：1)限压单刀双掷或浪涌保护盒应与运行状态指示器和单刀双掷故障脱离器一起选择。限压电涌保护器或电涌保护盒应为带报警指示或报警触点的产品。电压开关单刀双掷可以选择带运行状态指示器的产品。电涌保护器或电涌保护盒可选择带雷击计数器或雷电流记录器的产品。2)在易燃易爆的危险场所，爆炸介质所在区域外应安装特殊防护装置。安装在暴露于爆炸性介质或爆炸性粉尘环境中的特殊防护装置，31，PPT学习通信，DEHN(德国申恩)(D类)，电涌保护

15、器D类SPDDEDDIVEDE 0675-6和-6/A1在L/L和L/G之间具有适当的电压保护，更高的电流容量，宽的类型范围，标称电压UN从24-230伏标称电流IN16 DIN-Rail安装，各种报警模式，可视操作/故障指示常闭远程遥控，基本原则是：1)信号和通信线路上的SPD不应引起现场信号的明显衰减和增加误码率。2)靠近被保护端口的保护元件不得使用气体放电管，但应使用高响应速度的精密保护装置(试验报告确认整体SPD响应时间不超过10ns)。33，PPT学习通信，3.1SPD配置原则(推荐)，1)电涌保护器应安装在线路两侧：当引入室外控制系统的信号和通信电缆的水平敷设长度大于50m或垂直敷

16、设长度大于10m且满足以下条件之一时，安全系统的输入/输出参数；重要控制参数和通信电缆，防雷等级为A级，34，PPT学习通信，(2)通过室外引入控制系统的重要控制参数和通信电缆，应在线路控制系统侧安装电涌保护器，电缆水平敷设长度大于50m或垂直敷设长度大于10m，防雷等级为B级，35，PPT学习通信。满足以下条件之一的任何人不得考虑使用电涌保护器：室内敷设的输入/输出信号和通信电缆(符合规范中规定的电缆屏蔽和敷设要求)；现场端侧的热电偶；来自配电室、电气控制室和大功率开关现场端的高压开关信号；当室外埋地双层屏蔽电缆在室内或两端离地后室外长度小于30m时。36、PPT学习交流、3.2I/O信号SPD参数值，电源为24V直流信号，电流为(4-20mA)控制系统输入/输出信号SPD参数应符合下表的规定。现场仪表的电涌保护器应安装在与被保护仪表相同的保护和防爆等级保护箱内。如果现场仪表没有保护盒，则应使用直接拧在变送器备用螺纹电缆接口上的SPD。38、PPT学习通信、3线防爆SPD、39、PPT学习通信、3.3通信端口上SPD的主要参数，如果通信端口满足上述配置条件，则应基于线路的：工作频率；传输媒介；传输速率；传输带宽；工作电压。界面形式；特性阻抗和其他参数。选择合适的VSWR和插入损耗低的单刀双掷。换句话说，所选电涌保护器也应该具有与通信线路相同的性能。通信端口上SPD