发布于：2005-06-16 09:52:16
来自：电气工程/建筑智能化
[复制转发]
[转帖]防雷和选择电涌保护器(SPD)和相关问题
<摘要> 本文介绍了综合防雷和选择电涌保护器(SPD)应考虑的因素、SPD的自保护和后备保护和安装时具体注意事项.
<关键词> 雷击电磁脉冲(LEMP)电涌保护器(SPD)
1．直击雷和雷击电磁脉冲防护
直击雷产生的电效应、热效应和机械效应常造成火灾，建筑物损坏和人身伤亡等灾害。人们为了对直击雷进行防护，多年以来采用Franklin避雷针(由接闪器、引下线和接地装置组成)实现直击雷防护，有效地保护了各种建筑物和工业设施，减少雷害的发生。伴随直击雷同时产生的雷击电磁脉冲(LEMP)的防护是随着微电子技术发展提出的，这是因现代电气和电子系统中广泛的应用的集成电路和其他微电子器件耐受雷击电磁脉冲的能力极低，用避雷针防雷不但不能保护电气、电子系统的安全，通过避雷针的雷电流周围产生的强电磁脉冲会导致电气、电子系统微电子器件劣化、损坏，严重时导致系统瘫痪造成经济损失和人身伤害。
电气和电子系统的雷击电磁脉冲的防护应采用直击雷防护、屏蔽、等电位连接、共用接地和右进出系统的各端口安装电涌保护器(SPD)等措施进行综合防护以防止和减少雷电入侵,雷击电磁脉冲造成的危害。
直击雷防护是给雷电流提供泄放通道，使雷击电流顺利的泄放到大地以保护建筑物。
屏蔽和接地系统结合就能阻止和减弱雷击电磁波侵入被保护电气和电子系统，通过屏蔽和接地系统连接把雷击电磁波感应的瞬时过电压、文电流泄放到地。
等电位连接与接地系统相结合为了减少侵入的雷击电磁脉冲在电气、电子系统所在建筑物金属物体与系统之间或系统与系统之间产生的电差，使电位均衡，防止电位差对系统产生的损坏。对无法进行等电位的电源线、信号线等功能性线路采用电涌保护器方法，实现准等电位连接以防制瞬时过电压来保护电气、电子系统正常工作。
直击雷防护、屏蔽、等电位连接、共用接地和安装电涌保护器各有其责，是全系统中的串联子系统，缺一不可。只有各措施做到位才能做好雷电防护工作。
2．电涌保护器(SPD)的作用和选择应考虑的因素
2．1电涌保护器(SPD)的作用
将电气、电子系统中不能用使用导体进行等电位连接的带电导体，如电源线、信号线等使用电涌保护器与接地系统连接。利用电涌保护器的非线性特性限制瞬时过电压和分流过电流形成准等电位连接，达到保护电气、电子系统的目的。
2．2选择电涌保护器应考虑因素
2．2．1电气和电子系统除天线和传感器工作在雷电防护区0e(LPZOB)，其主要设备应置高等级的雷电防区，例如：LPZl、LPZ2区，所以主要考虑对雷击电磁脉冲的防护，也就是说主要考虑建筑物内部防雷，这些区域的雷电流已经分流，电磁场强度已得到了衰减。
2．2．2因电涌保护器(SPD)是安装在电源线、信号线路上，所以应考虑SPD安装的位置，SPD的组合形式，SPD的通流量、负载能力、残压和响应速度等，以便与被保护设备适配。
2．2．3当用SPD组合时，要考虑各级之间能量配合，和SPD与被保护设备的配合，总之各级SPD要泄放的能量比SPD能承受的能量低，贴近设备的SPD的残压要低于被保护设备耐冲击电压。
2．2．4常规的多级SPD通流量是逐级减小的，以低压供电系统为例第一级选用大通流量SPD安装在LPZOB与LPZl界面处，第二、三级选通流较小的SPD安装在相应的防雷区界面处。这样安装的条件是雷电流脉冲一定是由LPZ0．区外侵入电源线进入的，另一方面各防雷区是严格按定义存在的，这样层层设防是正确的。
实际上很多建筑物不存在定义上的LPZl区，常常在LPZl区中存在LPZOB区，甚至存在LPZOA区。例如在LPZl区开放式部分，如门、窗。另一方面，建筑物由法拉第笼组成的屏蔽体系直击雷击在建筑物上时，强大的雷电流通过法拉第笼向地泄放时，在建筑物内整个空间会产生很强的电磁场，并产生谐振，这会在建筑物内各线路中感应很强的过电压、过电流。在常规民用建筑上安装的避雷针在直击雷击中时，也会产生很强的电磁场，以上分级安装的条件起了变化，电子系统所处的电磁环境变了，所以逐级防护就不能起到保护作用。2．2．5实际应用中应选较大通流量或热备份SPD。雷击时不只是单次雷击，往往是多次雷击，所以选择SPD时应将通流量选大一些。例如一个100KA(8／201xs)SPD和一个20KA(8／20txs)SPD，用10KA(8／201xs)的电流进行冲击实验，100KASPD经3000次冲击才损坏，20KASPD经30次就损坏了。所以根据所处的雷电环境通流量应选大一些。
应选有热备份功能SPD，用在重要部位当SPD被击坏之后，备份芯片仍能起到限压分流的作用，建议重要的设备应选用热备份性能的SPD。
3．多级集成电涌保护器(integrated multiSPD—IMP)
雷击事故调查显示，使用多级SPD或单级SPD时在雷击时SPD完好无损，被保护设备被雷击坏。分析其原因：一是SPD的残压高，开关型间隙放电SPD，残压2—5KV，限压
全部回复（1 ）
只看楼主 我来说两句 抢板凳电涌保护器(SPD)是保护电气、电子设备的器件，其本身的安全性和可靠性是非常重要的.
SPD都应在SPD劣化时有热脱扣装置，在升温到120℃时应脱扣从并联线路中断开，保证不发生火灾、爆炸等事故。
目前有多种脱扣装置，应选择脱扣性能经过严格检测的SPD.
SPD的后备保护措施有熔断器、断路器和漏电断路器：二种。
熔断器作后备保护是一种常用的方案，其特点是熔断体为易熔金属，呈电阻性，电阻为R。电感量很小，可以忽略。当雷电流(8/20us)冲击时，在线路两端的限制电压为：U熔=Ri+L(di/dt) L为连接导线电感，限制电压主要由L(di/dt)决定，R上压降较小。
断路器作后备保护，因断路器线路中有双金属热敏元件和串联的电磁脱扣器，呈感性阻抗，电感为lAB。当雷电流(8／20us)冲击时在线路两端电压为
U断=L(di/dt)+LB(di/dt)
其中L为连接导线电感，LB为断路器电感，一般情况LB>L0.IB附加电压要大于连接导线上的压降。
熔断器的限制电压要小于断路器的限制电压，对保护下游设备有利。
U熔<U断这是因为Ri<<LB(di/dt)所致。
海电器科学研究所测得：对同一型号SPD进行测试：
h=20KA Imax=40KA时，
串联RTl4—63熔断器，在19．8KA大电流冲击时(8／20us)，熔断器断开。测得限制电压U熔为2674V。
串联DZ47—63断路器，在18．29KA大电流冲击时，断路器脱扣断开。测得限制电压为u断为5014V，其中断路器附加电压为3KV。
从上述分析和实验表明：用断路器作后备保护时，线路上的限制电压要高于用熔断器作后备保护的线路上的限制电压，故大多数专业SPD供应厂家都采用熔断器作后备保护的原由。
另一方面由于断路器电感的存在，其响应时间长，这也是系统不希望的。漏电断路器不能用于MOV SPD。
5．电涌保护(SPD)安装施工应注意的事项
5．1尽量缩短引接线的长度，有些标准中给出每只并联SPD引接线总长不宜超过0．5米，串联型SPD的接地线也应尽量短，SPD的接地线应就近接人保护接地PE线或PE母排。
这是因为当SPD对雷电流脉冲分流时，引线中必存在一个附加电压，附加电压的大小不是取决于引线的电阻值的压降VI<，主要的是引线的电感所产生的压降。电感上的压降设为VL，VL=L(di/dt)，因雷电流脉冲前沿很徒di/dt变化率很大，所以V>>VRo由此可见只有减小引线长度才能减小我们不希望的附加电压。
例如某公司用6KV/3KA对SPD测试冲击，如下图。SPD的残压为600V，当引线长度为25cm并进行绑扎，测得UAB为630V，当引线长度为2m并进行绑扎，测得UAB为1200V，当引线长度为25cm未绑扎，测得UAn为810V，当引线长为2m，未绑扎时，测得UAB为2300V。
结论为引线越短，UAB电压越小，有利于保护被保护设备。
5．2引接线相互紧密绑扎
对SPD的引入和引出线应用电缆扎带、胶布带将它们相互尽可能紧密绑扎在一起，这样可以十分有效地消除感应磁场。对于流人和流出雷电流脉冲方向相反，其磁场方向也相反，当两根引接线紧密靠近时，其相反的磁场会相互抵消，因而相互紧绑的引接线可以降低压降。如上例所述。
5．3防止交X耦合电缆布线
雷电流脉冲在未通过SPD前和通过接地引线到地的过程中，它是一个强电磁场辐射源。所以应将流入SPD入口端的线路和地线电缆不能布设在靠近SPD洁净的(没雷电流的)出口端线路是十分重要的，否则雷电流脉冲在SPD以后线路上也会形成二次侵入。
选择好、用好电涌保护器只是雷电防护的一个环节，只有根据实际情况做好综合防雷才能防止或减小雷害
回复 举报