图11-4 电源电涌保护器
1.电源电涌保护器的选择和应用原则
(1)为了安全及使用和维护方便,电源系统的多级防雷,原则上均选用并联型电源电涌保护器。
(2)电源电涌保护器的保护模式有共模和差模两种方式。共模保护指相线-地线(L-PE)间、零线-地线(N-PE)间的保护;差模保护指相线-零线(L-N)间、相线-相线(L-L)间的保护。
(3)考虑到我国电网电压普遍不稳定、波动范围大的实际情况,在尽量选择残压较低的电源电涌保护器的同时,还必须考虑电涌保护器有足够大的最大连续工作电压。如果最大连续工作电压偏低,则其容易造成电涌保护器自毁。
(4)电源系统低压侧有一、二、三、四级不同的保护级别,应根据保护级别的不同,选择合适标称放电电流 (额定通流容量)和电压保护水平的电源电涌保护器,并保证电涌保护器有足够的耐雷电冲击能力,若交流电源线路超过25m以上且有跨楼走向,都应做该级相应的保护。
(5)电源系统低压侧保护用的电源电涌保护器,应该选择有失效告警指示,并能提供遥测端口功能的电源电涌保护器,以方便监控、管理和日后维护。
(6)电源电涌保护器必须具有阻燃功能,在失效或自毁时不能起火。
(7)电源电涌保护器必须具有失效分离装置,在失效时,能自动与电源系统断开,而不影响电源系统的正常供电。
(8)电源电涌保护器的连接端子,必须至少能适应10mm2的导线连接。安装电涌保护器时的引线应采用截面面积不小于10mm2的多股铜导线 (建议使用16mm2的多股铜导线),并尽可能短(引线长度不宜超过1.0m)。当引线长度超过1.0m时,应加大引线的截面面积。引线应紧凑并排或绑扎布放。
(9)电源电涌保护器的接地线应使用不小于25~35mm2的多股铜导线,并尽可能就近与交流保护地汇流排、总汇流排或接地网直接可靠连接。
2.电源电涌保护器设备选型
对于电源系统电涌保护器,选用加拿大IES的电涌保护器。IES公司是加拿大乃至世界第一流的避雷和过电压保护设备专业制造商,集中了加拿大最优秀的防雷专家和技师,半个多世纪以来,其一直从事过电压保护技术和器件的研究及生产,已获得ISO9001认证,符合国际IEC专业标准,质量精湛,设计先进,功能卓越,安全可靠,在全球数万家用户中一直享有极高的声誉。
IES的产品有以下优点:
(1)符合国际IEC标准,通过国家信息产业部、公安部检测和防雷检测中心认证;
(2)质量精湛,安全可靠;
(3)防雷击强度高,属大能量防雷器,测试波形为10/350μs和8/20μs;
(4)响应快速,仅为5ns;
(5)插入损耗低;
(6)标准模块式设计,安装非常方便;
(7)拥有独立知识产权的电涌识别技术,能使残压降至900V以下。
3.电源电涌保护器配置
作为弱电智能化系统,不仅对供电系统要求高,而且对电源系统的防雷的要求也同样高。供电电源采取四级电涌保护器 (SPD)进行保护。
电源电涌保护器的配置情况如表11-1所示。
表11-1 电源电涌保护器的配置情况
4.电源电涌保护器的功能
雷电放电可能发生在云层之间、云层内部,或云层与地之间。许多大容量电气设备的使用所带来的内部电涌,对供电系统(中国低压供电系统标准:AC 50Hz 220/380V)和用电设备的影响以及防雷和防浪涌的保护,已成为人们关注的焦点。
云层与地之间的雷击放电,由一次或若干次单独的闪电组成,每次闪电都携带若干幅值很高、持续时间很短的电流。一个典型的雷电放电将包括二次或三次的闪电,每次闪电之间大约相隔
s的时间。大多数闪电电流在10 000~100 000A的范围之间降落,其持续时间一般小于100μs。
供电系统内部由于大容量设备和变频设备等的使用,产生日益严重的内部电涌问题。我们将其归结为瞬态过电压 (TVS)的影响。任何用电设备都存在供电电源电压的允许范围。有时即便很窄的过电压冲击也会造成设备的电源损坏。瞬态过电压 (TVS)破坏作用就是这样。特别是对一些敏感的微电子设备,有时很小的电涌冲击就可能造成致命的损坏。
1)供电系统电涌的影响
供电系统电涌的来源分为外部 (雷电原因)和内部 (电气设备启停和故障等)。
雷击对地闪电可能以两种途径作用在低压供电系统上:
(1)直接雷击:雷电放电直接击中电力系统的部件,注入很大的脉冲电流。这种情况发生的概率相对较低。
(2)间接雷击:雷电放电击中设备附近的大地,在电力线上感应中等程度的电流和电压。
内部电涌同供电系统内部的设备启停和供电网络运行的故障有关。
供电系统内部由于大功率设备的启停、线路故障、投切动作和变频设备的运行等,都会带来内部电涌,给用电设备带来不利影响,特别是给计算机、通信等微电子设备带来致命的冲击。即便是没有造成永久的设备损坏,但系统运行的异常和停顿都会带来很严重的后果。
直接雷击是最严重的事件,尤其是雷击中靠近用户进线口架空输电线时。在发生这类事件时,架空输电线电压将上升到几十万伏特,通常引起绝缘闪络。雷电电流在电力线上传输的距离为1km或更远,在雷击点附近的峰值电流可达100k A或以上。在用户进线口处低压线路的电流每相可达到5~10k A。在雷电活动频繁的区域,每年可能有好几次电力设施遭受雷电直击事件。而在采用地下电力电缆供电的地区或雷电活动不频繁的地区,上述事件是很少发生的。
间接雷击和内部电涌发生的概率较高,绝大部分的用电设备的损坏与其有关,所以电源防电涌的重点是对这部分电涌能量的吸收和抑制。
2)供电系统的电涌保护
对于低压供电系统,对电涌引起的瞬态过电压 (TVS)保护,最好采用分级保护的方式来完成。从供电系统的入口 (比如大厦的总配电房)开始逐步进行对电涌能量的吸收,对瞬态过电压进行分阶段抑制。
(1)第一道防线应是连接在用户供电系统入口进线各相和大地之间的大容量电源防电涌保护器。一般要求该级电源保护器具备100KA/相以上的最大冲击容量,要求的限制电压应小于2 800V。我们称之为CLASS I级电源防电涌保护器(简称SPD)。这些电源防电涌保护器是专为承受雷电和感应雷击的大电流和高能量电涌而设计的,可将大量的电涌电流分流到大地。它们仅提供限制电压 (冲击电流流过SPD时,线路上出现的最大电压称为限制电压)为中等级别的保护,因为CLASS I级的保护器主要是对大电涌电流的吸收。仅靠它们是不能完全保护供电系统内部的敏感的用电设备的。
(2)第二道防线应该是安装在向重要或敏感用电设备供电的分路配电设备处的电源防电涌保护器。这些SPD对通过了用户供电入口电涌放电器的剩余电涌能量进行更完善的吸收,对于瞬态过电压具有极好的抑制作用。该处使用的电源防电涌保护器要求的最大冲击容量为40KA/相以上,要求的限制电压应小于2 000V。我们称之为CLASS II级电源防电涌保护器。一般的用户供电系统作到第二级保护就可以达到用电设备运行的要求了。
(3)最后的防线。可在用电设备内部电源部分使用一个内置的电源防电涌保护器,以达到完全消除微小的瞬态过电压的目的。该处使用的电源防电涌保护器要求的最大冲击容量为20KA/相或更低一些,要求的限制电压应小于1 800V。对于一些特别重要或特别敏感的电子设备,具备第三级的保护是必要的。其同时也可以保护用电设备免受系统内部产生的瞬态过电压的影响。
5.电源电涌保护器的技术指标(如表11-2所示)
表11-2 电源电涌保护器的技术指标
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