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1、低压供电系统的浪涌保护 - 2 -一、引言 - 2 -二、供电系统浪涌的影响 - 2 -三、 浪涌保护器（SPD）的分类、性能概述3 -（一）SPD 的分类3 （二）SPD 的性能3 1、气体放电管： - 3 -2、 压敏电阻： - 3 -3、瞬态二极管： - 4 -四、浪涌保护器的选择 - 4 -（一）U 、U 和 I 5 （二）保护距离 6 （三）SPD 的寿命和失效模式 7 （四）SPD 与其他外部设备的关系 8 （五）电压保护水平的选择 8 （六）被选择的 SPD 与其他 SPD 间的协调关系 8 五、浪涌保护器的安装以及注意事项- 10 -（一）不同供电制式的系统中 SPD 的安装（
2、示意图） 10 1、 TN 系统 SPD 安装示意图： - 10 -2、 TT 系统 SPD 安装示意图： - 11 -3、 IT 系统 SPD 安装示意图： - 12 -（二）SPD 安装的注意事项 12 六、小结 - 13 -参考文献低压供电系统的浪涌保护摘要： 简述雷电对供电系统的危害（其中间接雷击和内部浪涌发生的概率较高），重点 介绍了浪涌保护器的分类、性能和主要的技术参数以及选择浪涌保护器的原则和步骤（包括 SPD 之间的能量配合问题），并简述了安装浪涌保护器的注意事项。关键词：低压供电 浪涌保护器（SPD）浪涌保护一、引言雷电是空中对流云团发生的云天、云云和云地之间的放电现象，瞬间
3、放电电 压可高达上亿伏，冲击电流高达几万甚至几十万安培，雷电灾害严重危及生命和 财产的安全。雷电放电可能发生在云层之间或云层内部，或云层对地之间；另外 许多大容量电气设备的使用带来的内部浪涌，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。供电系统内部由于大容量设备和变频设备等的使用，带来日益严重的内部浪 涌问题。可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，有时即便是很窄的过电压冲击也会造成设备的电源或全部损 坏。特别是对一些敏感的微电子设备，有时很小的浪涌冲击就可能
4、造成致命的损 坏。二、供电系统浪涌的影响供电系统浪涌的来源分为外部（雷电原因）和内部（电气设备启停和故障等）。 雷击对地闪电（雷电原因）可能以两种途径作用在低压供电系统上： 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 现象发生的概率相对较低；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。内部浪涌发生的原因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 行等原因，都会带来内部浪涌，给用电设备带来不利影响。特别是对计算机、通 讯等微电子设备带来致命的冲击。即便是没有造成永久
5、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。比如企业网络自动化系统、证券交易系统、 电信局用交换机、网络枢纽等。直接雷击是最严重的事件，尤其是如果雷击击中靠近用户进线口架空输电 线。在发生这些事件时，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一公里或更远，在雷击点附近的峰值电流 可达lOOkA或以上。传输至用户进线处低压线路的雷电流每相可高达5kA到10kA。 在雷电活动频繁的区域，电力设施每年可能有好几次遭受雷电直击事件，会引起 雷电事故。而对于采用地下电力电缆供电或在雷电活动不频繁的地区，上述事件 是很少发生的。间接雷击和内部浪涌发生
6、的概率较高，绝大部分的用电设备损坏与其有关。 所以供电系统浪涌保护的重点是对这部分浪涌能量的吸收和抑制。三、浪涌保护器（SPD）的分类、性能概述（一）SPD的分类SPD一般可由气体放电管、放电间隙、半导体放电管（SAD）、氧化锌压敏电 阻（MOV）、齐纳滤波器、保险丝等元件混合组成。从用途上可分为电源系统SPD、 信号系统SPD、天馈线系统SPD三大类。从工作原理和性能上也可分为电压开关型 SPD、限压型SPD、组合型SPD。电压开关型SPD在无电涌出现时为高阻抗,当出现电压电涌时突变为低阻抗。 此类SPD通常采用放电间隙、充气放电管、闸流管和三端双向可控硅元件作为组 件。有时称这类SPD为“
7、短路开关型” SPD。它的特点是放电能力强，但残压较 高（通常为20004000V），测试该器件一般采用10/350卩s的模拟雷电冲击电流 波形。电压开关型SPD般安装在建筑物LPZ 0与LPZ1区的交界处，可最大限度地消 除电网后续电流，疏导10/350s的雷电冲击电流。故在大楼屋顶设备的配电线路 上也装设此类SPD。限压型SPD在无电涌出现时为高阻抗，随着电涌电流和电压的增加，阻抗连 续变小。此类SPD通常采用压敏电阻、瞬态抑制二级管等作为组件，有时称这类 SPD为“钳压型” SPD。它的残压较低，测试该器件一般采用8/20s的模拟雷电冲 击电流波形。它一般安装在雷电保护区建筑物内，疏导8
8、/20s的雷电冲击电流， 在过电压保护中具有逐渐限制雷电过电压的功能。大楼内低压配电系统中的大部 分SPD均采用此种类型。组合型SPD由电压开关型组件和限压型组件组合而成。利用限压型组件对浪 涌电压的响应速度非常快的特点，在一般雷电过电压的保护时，由它承受浪涌电 流,其标称放电电流可达1020kA。若遇到较大量级的雷电过电压,第一级由限压 型组件组成的电路可自动断开，由第二级电压开关型组件进行雷电过电压保护。 作为组合型SPD，其电压型组件能承受冲击通流能力一般100kA。（二）SPD的性能1、气体放电管：将一个或一个以上的放电间隙封装在玻璃、陶瓷管或其它介质内，管内再充 以一定压力的惰性气体
9、，就构成了一只气体放电管（以下简称放电管），常用的有 二极放电管和三极放电管。放电管主要的电气指标有标称直流击穿电压、冲击击 穿电压、耐工频电流能力和耐冲击电流能力等。标称直流击穿电压是指在放电管 极间施加缓缓上升的、致使放电管发生击穿时刻的直流电压。它反应了放电管可 以使用的场合，而不导致电路工作不正常。放电管未击穿前相当于开路状态。冲 击击穿电压则指放电管在冲击电流的作用下的击穿 （动作）值。这个数值非常重 要，它代表其保护效果的好与坏，通常它甚至高于标称直流击穿电压值。如标称 为230V的放电管，其冲击击穿电压值（残压）约高达600800V（lkV/s）。耐流能 力可以说是寿命指标，也可
10、以说是能力指标，表明它承受工频电流和冲击电流的 水平。是一个非常重要的指标。耐冲击电流的数值与所加冲击电流波形直接相关， 不同的波形。其值也不同。放电管的耐冲击电流可达20kA/（8/20s）。2、压敏电阻：压敏电阻是一种由氧化锌（或碳化硅）晶体微粒组成的多晶半导体过电压抑 制器件，是典型的限幅型过电压保护器件，实际上是一种电阻值随外加电压变化 的非线性元件。与放电管相比，它对冲击电压的响应更快，可达纳秒级。压敏电 阻的主要技术指标有压敏电压、残压或残压比、泄漏电流、耐流能力和极间电容压敏电压是指在压敏电阻两端通过 1mA 的电流时两端的电压，记作 U1mA， 而被保护点的工作电压应低于此值，
11、约为其 0.75 倍或更低。残压是指压敏电阻上通过某一量级的冲击（浪涌）电流时两端的电压值。当不 同的压敏电阻通以相同的冲击电流时，残压越低，保护效果越好。有时，在资料 上并没有提出残压指标，而是给出了“残压比”的数值，其定义为通过某一量级 冲击电流时的残压值与压敏电压（Ua ）值之比，即：残压比= U/Ua。泄漏电流是指在小于参考电压（如0.75U1mA）的低电压作用下，压敏电阻中 流过的电流。压敏电阻能力的强弱以耐流能力（通流容量）来衡量。理论上耐流能力越强越 好，这样可以承受较强电流的冲击。但实际使用时则由具体情况酌情选用。常用 的压敏电阻耐冲击电流能力高达10kA（8/20p s）以上
12、。只是体积和电容量随通流 容量的增大而增大。压敏电阻还有一个特点是压敏电阻的电阻值并非无限大，工 作在有恒定电压的情况下，会存在一定的漏电流，若产品质量不好，漏电流会逐 渐增大，以至最后自行损坏，况且长时间流过这些微弱的漏电流会形成温升，致 使元件慢慢的老化而缩短寿命或性能变坏。3、瞬态二极管：瞬态二极管是由两个背靠背的 PN 结组成的开关型半导体元件，亦有称半导 体浪涌抑制器。其特点是响应速度快（纳秒级）、击穿电压一致性好、残压低等优 点，但耐流能力不如气体放电管及压敏电阻。瞬态二极管的主要技术指标有不动 作电压、最高限制电压、耐流能力、极间电容和源电流等。不动作电压或称最低限制电压，它指该
13、管保持高阻状态时所能承受的最高电 压值。此值因与流过的电流有关，因而规定电流为1mA时的电压即为不动作电 压。从某种意义上将，不动作电压可以认为是生产厂家给出的标称值，反映它在 不影响正常工作时所能应用的场合。最高限制电压是指在规定电压上升速率的条 件下，管子两端允许出现的最高电压值。耐流能力是指承受工频电流和冲击电流 的水平。极间电容与漏电流是静态指标，只要不影响正常工作即可。极间电容较 大反映了它在高频段上的使用。上面分别介绍了气体放电管、压敏电阻、瞬态二极管，这些保护元件的性能 特点可大致归纳为表一：表一 三种保护元件的性能比较元件名称 项目、气体放电管压敏电阻瞬态二极管泄漏电流无小小续
14、流有无无响应时间慢（卩s级）较快（ns级）快（几十ps）通流容量大(lkAlOOkA)大(O.lkA lOOkA)较小(O.lkAlkA)老化现象有有几乎没有抗干扰能力较强强弱残压水平放电电压咼中等低四、浪涌保护器的选择为了使浪涌保护器的防护能力取得理想的效果，应注重“在合适的地方合理地装设合适的浪涌保护器”，所以浪涌保护器的选择十分重要。一般来说， SPD 的选择有如下六个步骤，如图一所示：图一 SPD 的选用步骤（一） U、U 和 IC T CU是指SPD的最大持续运行电压。UCUCS,UCS是最大持续供电系统电压，是SPD CC CS CS安装位置上的最大的电压值。在220/380V三相
15、系统中选择SPD的最大持续运行电 压Uc应依据不同的接地系统类型来选择，如表（二）所示：表二 最大持续运行电压Uc接地系统TTTN-STN-CITMC1.55 U1.15 U1.15 U1.15 UMD1.15 Urx1.15 Urx注：Uc :最大持续运行电压；Uo :相线中性线间的标称电压，在220/380V三相系统中U=220V；U :线间电压,U=380V；共模保护（MC）指的是相线对地和中性线对地的保护；差模保护（MD）指的是相线对中性线间的保护，对TT系统和TN-S系统是必须的。Ut是SPD能承受的短时过电压值，在理论上是一条直线。但在实际中常因一 些值（电源频率、直流过压）可能随时间变化。使得在一定的时间间隔内（一般在0.05秒到10秒间），会超过最大持续工作电压UC,因此选用Ut值应考虑大于Utov.CTTOVUTOV是电网短时过电压，是电网上某一部件较长时间的短时过电压，一般称做通 断操作过电压。UTOV一般等于最大连续供电系统实际电压UCS的1.2
