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                浪涌保護器(SPD)的級數配合

                時間: 2021-4-21 9:10:21 發布者: admin

                雷電危害源是雷擊產生的雷電流和伴隨雷電流的雷電電磁脈沖,雷電防護應采取綜合防護措施。浪涌保護器(SPD)是綜合防護措施的最重要的手段,是組成雷電防護區(LPZ)的主要防護部件。SPD通常安裝在每一個雷電防護區線路入口處,把注人線路的雷電流和雷電電磁脈沖在回路中感應出的浪涌泄放到地,以保護人身安全和設備安全。

                在建筑物的各種雷擊風險中,電源線路與信號線路所占的比例在90%以上,因此線路的防護措施尤為重要,一般采取的措施是安裝協調配合的SPD。如圖1所示,協調配合的SPD與磁屏蔽體,接地系統共同建立了雷電電磁脈沖防護的內層防護區,將需要保護的設備置于其中,充分保證設備的安全。

                 

                1中在LPZ0,LPZ1,LPZ2各雷電防護區的線路入口處設置了參數匹配的三級SPD進行保護,本文通過理論數據分析對SPD的作用、匹配關系以及設置多級SPD的依據進行論述。

                 

                1 LPZ0 LPZ1邊界(建筑物入口處)設置第一級浪涌保護器

                1)第一級SPD一般采用具有較大通流容量的產品,能夠承受較大的雷電壓、雷電流,應保證雷電流大部分泄放到接地系統,但仍有殘留的雷電壓、雷電流向下游傳翰至被保護設備。

                2)第一級SPD一般可以承受比較大的雷電流,但是同時也存在很高的殘壓,對于電氣電子設備的保護仍存在一定的危險性。

                (1)SPD,的通流容量小于來襲預期雷電流值時,SPD,將會被擊毀,造成防護失效或系統故障。若SPD 開路失效,雷電流將會全部傳向下游被保護設備,造成設備損壞﹔若SPD短路失效,將會造成供電系統的短路故障。

                (2)當來襲雷電流值未達到啟動值,則不能啟動SPD,不動作使全部來襲雷電流傳向下游,達到被保護的設備。

                (3)需要保護的線路和設備的沖擊耐受電壓Uw因位置不同而不同,如配電盤處Uw4kV,家用電器Uw 2.5kV,計算機Uw1.5kV。

                若要有效的保護線路和設備,則要求浪涌保護器(SPD)的電壓保護水平U,低于所保護線路和設備的沖擊耐受電壓值,U,Uw.通常安裝在建筑物入口處的SPD,Up值要遠大于被保護的電氣和電子設備Uw,因此SPD,無法對下游的電氣,電子設備(例如家電.計算機等)進行有效的保護。

                3 )SPD,對下游防護區中產生的感應浪涌和傳輸中的振蕩沒有防護作用。

                1)LPZ1區內(當防護網格寬度大于5m,認為失去屏蔽作用),電磁場的強度仍足夠大,當線路長度大于感應保護距離Lp,在該區內線路上產生的感應浪涌沿線路入侵被保護設備,此時,SPD,無法對被保護設備起到保護作用。

                (2) LPZ1區浪涌向下游傳輸中會產生振蕩,使終端電壓增至電壓保護水平U2,2U,,即使選擇了滿足U,Uw要求的SPD,當線路長度大于振蕩保護距離Lp時被保護設備仍會損壞。

                 

                2安裝多級浪涌保護器的依據

                2.1單級SPD,不能滿足雷電防護水平(LPL)所要求的跨度

                例如,第Ⅰ類雷電防護水平LPL規定的雷電流最大值為200kA ( 10/350 u s),最小值為3kA (10/350 u s)的跨度。

                對于低壓供電線路,LPL,SPD每相要承受的預期最大雷電流值為10kA ( 10/350 u s),對應限壓型的SPD,其標稱放電電流值In應為10OKA(8/20 u s).

                ln100kASPD起始測試值,In10kA,LPL規定的最小雷電流對應In值只有1 .5kA。當SPD,In值為100kASPD,其防護跨度In值為10OkA~10kA,這個跨度低端不能滿足LPL中最小雷電流值1.5kA所要求的跨度。所以必須加裝協調配合的多級SPD組來滿足LPL所要求的防護跨度。2.2建筑物內線路的感應浪涌電壓的估算

                首次短雷擊.后續短雷擊都是要防護的,特別是后續短雷擊電流的平均陡度(變化率)di/dt要比首次短雷擊的變化率要大得多,在計算回路感應電壓時應特別關注。

                當首次短雷擊時di/dt20kA/ u s,則后續短雷擊di/dt可能達到200kA/ u s.

                當回路面積相同、與放電通路距離相同的條件下.例如,回路面積為10m2,距離放電通道1m,互感系數M-0.48 uH,在回路感應出的開路電壓計算值為:

                U=M -di/dtU&=9.6kvUn=96kV當回路在LPZ1區時,LPZ衰減系數SF3dB(相當屏蔽網格寬度為6m),那么磁場強度仍有0.707進入LPZ1,其感應電壓計算值仍為:

                U著次=6.8kVU=68kV可以看出在LPZ1,回路因雷電電磁脈沖感應出的浪涌電壓也是很大的,足以毀壞被保護的電氣、電子設備。

                通常在民間建筑物內(SF大約為3dB 4.6dB)線路在雷擊時感應浪涌足夠大,在建筑物人口處安裝的SPD1對內部線路感應出的浪涌對被保護設備的沖擊沒有保護作用。

                所以應根據實際情況在貼近被保護設備前安裝SPD SPD組。

                線路上感應的浪涌也可用感應保護距離L來表述.L與浪涌保護器的保護水平(U,).被保護設備的沖擊耐受電壓(Uw)和所在區域的磁場強度有關。2.3振蕩保護距離Lp的估算LSPD和設備間線路的最大長度,在此限度內,SPD 可以有效保護設備。若線路小于10m或者UJf<Uw,保護距離可以不考慮。

                若線路長度大于10m,或者UP/f >UW/2,Lgo可以用下列公式估算:

                Lp=[U-Ue/k (m),其中k=25 (V/m):Uw=150oV.u=1200V ,UL=12m當線路長度大于12m,在第一級SPD,與設備之間應安裝SPD組。

                 

                3浪涌保護器的有關標準的規定

                3.1 GB50343-2004 5.4.1規定

                LPZ0、或LPZOgLPZ1邊界應安裝開關型( 10/350 u s)或限壓型(8/20 u s)浪涌保護器作為第一級;LPZ1之后各分區(LPZ1)交界應安裝限壓型浪涌保護器。表5.4.1-2給出電源線路浪涌保護標稱放電電流值.在此表中最少安裝兩級SPD,最多為4SPD.3.2 GB/T21714.4-2008規定。

                1)在建筑物的進線入口 (LPZO,/LPZ1邊界,主配電盤MB)安裝Ⅰ類測試的SPD ( 10/350 u s),LPZOp/LPZ1邊界(主配電盤MB )安裝Ⅱ類測試的SPD (8/20 u s)。

                2)在靠近被保護設備(LPZ1/LPZ2或更高防護區的邊界,即在分配電盤SB(或在插座SA)上安裝Ⅱ類測試的SPD ( 8/20 us)也可安裝組合波謝試的SPD(開路為1.2/50 u s電壓波和短路為8/20 u s電流波)。

                3一般情況下最少在建筑物人口和貼近設備處安裝兩級SPD。根據線路長度和電磁環境還應考慮振蕩保護距離L和感應保護距離L,來決定是否在第一級和貼近設備級之間再增加SPD級數。

                4)只有在雷電防護水平最低(防護概率為50%)且有效保護水平U/fUw,LL,得到滿足時,只安裝一級SPD,也能保護被保護設備。

                 

                4 浪涌保護器安裝級數取決于以下因素:

                1)SPD,的通流能力要與所要求的雷電防護水平(LPL)相匹配。例如ILPL要求為最大電流值為200kA,最小電流值為3kA (99% 的發生概率) ;IV.LPL要求為最大電流值為100kA,最小電流值為16kA(50%的發生概率)。

                2) SPD1安裝在線路進入建筑物的人口處(安裝在主配電盤MB.) ;

                3)確定被保護的電氣、電子系統的沖擊耐受電壓UW ;

                4) SPD的有效保護水平Up/fUW ;

                5)檢查保護距離LwL。如滿足4).5)的條件,SPD,能有效的保護被保護設備。否則,需設置SPD,SPD2應當與上游的SPD,協調配合,兩者間距小于10m,要有退耦功能,或安裝SPD。

                6)SPD,安裝在SPD,的下游靠近被保護設備(安在分配電盤SB)。

                7)再重復按3).4).5)步驟校核。否則,需在貼近被保護設備處(例如,設備插座SA),設置SPD3,SPD;應與上游的SPD1SPD2協調配合。

                8)對重要而昂貴的被保護設備建議貼近設備安裝兩端口多級集成的SPD。

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