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1、 SPD的性能要求和在移动通信基站防雷应用研究改编：李冬根 主讲：李冬根*第2页李冬根 主讲 # # # # # # # # #目 录1 SPD定义2 SPD的分类3 表征 SPD 性能的主要技术参数4 SPD 在低压系统中的选择第3页李冬根 主讲 # # # # # # # # #1 SPD定义第4页李冬根 主讲 # # # # # # # # #1 SPD定义SPD （ Surge Protective Device ）是国际 电工委员会（ IEC ）标准中对电涌保护器的英文缩写。 SPD 的定义应是，电涌保护器（ SPD ）：通过抑制瞬态或暂态过电压，旁路电涌电流来保护设 备的一种装置。
2、它至少含有一个非线性元件。第5页李冬根 主讲 # # # # # # # # #2 SPD的分类第6页李冬根 主讲 # # # # # # # # #nSPD的分类 2.1 按使用非线性元件的特性分类：（设计电 路拓朴）电压开关型 SPD ：当没有浪涌出现时， SPD 呈高阻状态；当冲击电压达到一定值时（即达到火花放电电压）， SPD 的电阻突然下降变为低值。常用的非线性元件有放电间隙，气体放电管等。开关型 SPD 具有大通流容量（标称通流电流和最大通流电流）的特点，特别适用于易遭受直接雷击部位的雷电过电压保护。 第7页李冬根 主讲 # # # # # # # # #电压限制型 SPD ：当没
3、有浪涌出现时， SPD 呈高阻状态；随着冲击电流及电压的逐步提高， SPD 的电阻持续下降。常用的非线性元件有压敏电阻，瞬态抑制二极管等。这类 SPD 又称限压型 SPD ，是大量常用的过电压保护器，一般适用于户内 。第8页李冬根 主讲 # # # # # # # # #组合型 SPD ：开关型元件和限压型元件组合使用，随着施加的冲击电压特性不同， SPD 有时会呈现开关型 SPD 特性，有时呈现限压型 SPD 特性，有时同时呈现两种特性。 第9页李冬根 主讲 # # # # # # # # #在通信电源系统中，常用的SPD是开关型的火花间隙或放电器，以及限压型的压敏电阻，二者在性能上有以下优
4、缺点：第10页李冬根 主讲 # # # # # # # # #开关型SPD（火花间隙或放电器）优点：冲击通流容量大和导通后两端电压很低缺点：它存在需要遮断续流、无法遥信、无法劣化 指示等问题。所以严格来说，开关型SPD只有接在运行质 量稳定的TT供电系统的中线对地线间才是安全的。第11页李冬根 主讲 # # # # # # # # #限压型SPD（MOV压敏电阻）优点：可实现遥信告警和劣化指示功能而且其伏安特性是连续和递增的，因此不存在续流遮断问题。缺点：泄流能力相对较弱。第12页李冬根 主讲 # # # # # # # # #2.2 按 SPD 的端口型式分类： 根据在不同系统中使用的需求，
5、 SPD 生产商厂可以把 SPD 制造成一端口或两端口的型式。 一端口（又称单口） SPD ：与被保护电路并联连接。一端口 SPD 可能有隔开的输入端及输出端，在它们之间没有特意设置的电阻或电感。（见图 1 ） 第13页李冬根 主讲 # # # # # # # # #第14页李冬根 主讲 # # # # # # # # #两端口（又称双口） SPD ：具有两组端口的 SPD ，一般与被保护电路串联连接，或使用接线柱连接，在输入端与输出端之间有特意设置的串联阻抗。（见图 2 ） 第15页李冬根 主讲 # # # # # # # # #第16页李冬根 主讲 # # # # # # # # #图 1
6、 和图 2 上可以看出，无论 SPD 从外表上看是否串接或并联在被保护电路中， SPD 的非线性元件实质上都是与被保护电路处于并联状态，当其动作时，能将被保护电路中的电涌电流通过 SPD 分流泄入地中。 第17页李冬根 主讲 # # # # # # # # #2.3 按使用的性质分类： 由于雷电过电压和投切过电压（过去常称为操作过电压）可能沿供（配）电线路侵入，雷电过电压可能沿信号线（含电话线）或天馈线侵入，因此安装在不同的系统中的 SPD 必须满足不同系统的特殊要求。这样，生产厂商又可将 SPD 按使用性质将 SPD 分为：电源系统 SPD 、信号系统 SPD 和天馈系统 SPD 。 第18
7、页李冬根 主讲 # # # # # # # # #2.4 按安装、用途、外形等可以分为：按安装的环境（位置）分为室内用或户外用；按可接触性分为可接触或不可接触；按安装方式分为固定式或卡接可移式； 按外形结构分为卡接模块式与箱式等等。第19页李冬根 主讲 # # # # # # # # #3 表征 SPD 性能的主要技术参数第20页李冬根 主讲 # # # # # # # # #3 表征 SPD 性能的主要技术参数IEC 颁布的标准低压系统的电涌保护器 第 1 部分 性能要求及测试（ IEC61643-1 ）中规定了用于低压配电系统的 SPD 的使用环境是： 第21页李冬根 主讲 # # # #
8、 # # # # #工作电压：1000VAC （交流） 50/60Hz 和 1500VDC （直 流）以下电路系统中的 SPD 。海拔高度：不超过 2000m 。环境温度： 5 40 之间，特殊情况下可扩展到 40 70 之间，相对湿度：在常温下为 30%90% 。在上述范围之外的恶劣环境下和使用于户外或暴露在日光中或处在其它辐射源之下的 SPD 应有特别的设计要求，第22页李冬根 主讲 # # # # # # # # #在 IEC61643-1 的第 6 章中对制造厂商提出 必须提供下列信息内容（ 19 项）： a) 制造厂家、商标及模块型号 b) 安装位置类别 c) 端口数 d) 安装方法
9、 e) 最大持续工作电压 UC( 每一种保护方式一个 值 ) 及额定频率 第23页李冬根 主讲 # # # # # # # # #f) 制造商声称的各保护方式的放电参数及试验类 别： I 类试验 Iimp II 类试验 Imax III 类试验 UOC g) I 类及 II 类试验中的额定放电电流值 In( 每一 保护模式一个值 ) h) 电压保护水平 UP( 每一保护模式一个值 ) i) 额定负载电流 j) 外壳提供的保护水平 (IP 代码 ) 第24页李冬根 主讲 # # # # # # # # #k) 短路承受能力 l) 备用过电流保护装置的最大推荐额定值 ( 如果有 ) m) 断路器动
10、作指示 n) 具有特殊用途产品的安装位置 o) 端口标志 ( 进、出口端标志 ) P) 安装指南 ( 如：连接、机械尺寸、引线长度等 ) 第25页李冬根 主讲 # # # # # # # # #q) 电网电流类型：直流 (d.c) 交流 (a.c) 及频率或两者都可应用 r) I 类试验中能量指标 (W/R) s) 温度范围 在上述 19 项内容中， a ）、 e ）、 f ）、 h ）、 j ）、 i ）、 o ）和 q ）等 8 项要求制造厂商必须在产品的铭牌上注明。 第26页李冬根 主讲 # # # # # # # # #过电压的概念。在 IEC60664-1 低压系统内设备的绝缘配合标
11、准中，定义过电压（ overvoltage ）：“峰值大于正常运行下最大稳态电压的相应峰值的任何电压”。过电压一般分为短时过电压（或暂态过电压）（ temporary overvoltage ）和瞬态过电压（ transient overvoltage ）。 第27页李冬根 主讲 # # # # # # # # #这两种过电压的区分是短时过电压是持续时间较长的工频过电压，而瞬态过电压则是振荡的或非振荡的，通常为高阻尼，持续时间只有几毫秒（ ms ）或更短的短时间过电压。雷击过电压便属瞬态过电压。由于特定通断操作或故障通断，在系统中的任何位置出现的瞬态过电压又称投切过电压（操作、通断过电压）（
12、switching overvoltage ）。 SPD 应具备抑制瞬态过电压的功能，含防护雷电过电压和投切过电压。 第28页李冬根 主讲 # # # # # # # # #3.1 保护模式（modes of protection）用于描述配电线路中SPD保护功能的配置情况。在交流配电系统中分为：（LL）、（LPE）、（LN）、 （NPE） 四种保护模式。在直流配电系统中分为：正极与负极（V+V-）正极与地线（V+PE）负极与地线（VPE）之 间等三种保护模式。第29页李冬根 主讲 # # # # # # # # #这些连接方式称为保护模式，它们与供电系统的接地型式有关。按 GB50054-9
13、5 低压配电设计规范规定，供电系统的接地型式可分为： 第30页李冬根 主讲 # # # # # # # # #TN-S 系统（三相五线）；TN-C 系统（三相四线）； TN-C-S 系统（由三相四线改为三相五线）； IT 系统（三相三线）；TT 系统（三相四线，电源有一点与地直接连接，负荷侧电气装置外露可导电部分连接的接地极与电源接地极无电气联系）。 第31页李冬根 主讲 # # # # # # # # #3. 2 额定电压 Un 是制造厂商对 SPD 规定的电压值。在低压配电系统中运行电压（标称电压）有 220VAC 、 380VAC 等，指的是相对地的电压值也称为供电系统的额定电压，在正常
14、运行条件下，在供电终端电压波动值不应超过 10% ，这些是制造商在规定 Un 值时需考虑的。 第32页李冬根 主讲 # # # # # # # # #在 IEC60664-1 中定义了实际工作电压（ Working Voltage ）：在额定电压下，可能产生（局部地）在设备的任何绝缘两端的最高交流电压有效值或最高直流电压值（不考虑瞬态现象）。 第33页李冬根 主讲 # # # # # # # # #3.3 最大连续工作电压 UC 指能持续加在 SPD 各种保护模式间的电压有效值（直流和交流）。 UC 不应低于低压线路中可能出现的最大连续工频电压。选择 230/400V 三相系统中的 SPD 时
15、，其接线端的最大连续工作电压 Uc 不应小于下列规定： 第34页李冬根 主讲 # # # # # # # # #TT 系统中 UC 1.5 UO TN 、 TT 系统中 UC 1.1 UO IT 系统中 UC UO 注 1 ：在 TT 系统中 Uc 1.1Uo 是指 SPD 安装在剩余电流保护器的电源侧； Uc 1.5Uo 是指 SPD 安装在剩余电流保护器的负荷侧。 注 2 ： UO 是低压系统相线对中性线的电压，在 230/400V 三相系统中 Uo=230V 。 第35页李冬根 主讲 # # # # # # # # #对以 MOV （压敏电阻）为主的限压型 SPD 而言，当外部电压小于
16、UC 时， MOV 呈现高阻值状态。如果 SPD 因电涌而动作，在泄放规定波形的电涌后， SPD 在 UC 电压以下时应能切断来自电网的工频对地短路电流。这一特性在 IEC 标准中称为可自复性。 第36页李冬根 主讲 # # # # # # # # #3.4 点火电压开关型 SPD 火花放电电压，是在电涌冲击下开关型 SPD 电极间击穿电压。3.5 残压 Ures 当冲击电流通过 SPD 时，在其端子处呈现的电压峰值。 Ures 与冲击电涌通过 SPD 时的波形和峰值电流有关。为表征 SPD 性能，经常使用 Ures / Uas = 残压比这一概念，残压比一般应小于 3 ，越小则表征着 SPD 性能指数越好。 第37页李冬根 主讲 # # # # # # #
