SPD浪涌保护器的应用场景-看明白这些就清楚了【杭州易造】

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发布时间:2022-02-07 浏览量：2114 作者：易造科技-小雷

SPD浪涌保护器的应用场景,IEC 61643 产品标准将使用浪涌保护装置的应用划分为低压系统、电信和信号处理网络以及光伏装置。一般来说，所有领域都有不同的个别系统先决条件。相应地，所有涉及的解决方案或步骤可能会有很大差异，因此值得更详细地研究这些应用程序。

6.1 保护交流系统

6.1.1 SPD types and technologies

SPD浪涌保护器的应用场景,避雷区概念为跨区域的所有线路提供协调的浪涌保护设备，它们的功率值基于要达到的保护等级。

根据区域过渡，因此需要不同的类型（参见表 2）。电涌保护设备的产品标准 IEC 61643-11 [6] 中定义了对各种 SPD 类型的要求。

多级保护概念可由此衍生（图 35）。

SPD浪涌保护器的应用场景-类型

表2：防雷区过渡及对应的SPD类型

SPD浪涌保护器的应用场景-防雷区

图 35：多级保护概念

SPD浪涌保护器的应用场景,多级功能限制了区域之间的防雷级别。预期的浪涌电压或浪涌电流的幅度和比能量逐渐减小。各个 SPD 必须限制浪涌电压的电压值也会降低。这是通过相应的低电压保护水平来实现的：它们的上限基于附近要保护的设备的介电强度。

SPD浪涌保护器的应用场景-参数表

表 3：基于标称电压的过电压类别

1 类浪涌保护设备必须满足浪涌电压或浪涌电流的振幅和比能量方面的最高要求，因为它们应该保护免受直接雷击。在主配电的典型安装环境中，对短路耐受能力的要求往往非常高，为了能够满足这些要求，需要强大的技术，例如火花隙技术。

火花隙技术

火花隙的工作原理最初非常简单：将两个电极放置在彼此相距特定距离并形成绝缘状态（图 36）。如果两个电极之间存在电压，导致该空间中空气的介电强度（约 3 kV/mm）超过浪涌电压，则会形成电弧。与阻抗在千兆欧范围内的绝缘状态相比，电弧的阻抗非常低，因此，火花隙两端的电压降也是如此。

SPD浪涌保护器的应用场景,这种特性非常适合放电雷电流：火花隙的残余电压越低，需要管理的能量输入就越低。关于阻抗的突然变化，因此也是火花隙两端的电压差，非线性特性称为电压切换。低残余电压带来的一个显著优势是，由于电压高于规定的标称电压或最大连续电压，被保护设备的负载较低。对于较长的雷电流持续时间，火花隙的残压很低，在被保护装置的最大持续电压范围内。带有限压组件的 1 类 SPD 通常比此高数百伏 - 对受保护设备来说，负载要大得多。

现代火花隙通常封装在坚固的封闭钢制外壳中，因此在放电过程中，电弧产生的电离气体不会泄漏到环境中。此外，火花隙经常被触发：它们有额外的布线来支持火花隙的完全点火。这将电压保护水平限制在一个非常低的水平——明显低于基于空气介电强度产生的电压即使类型 1 SPD 的安装环境一般不需要，现代触发式火花隙的电压保护水平通常处于最低过电压类别 I 的水平（基于系统的标称电压）。

SPD浪涌保护器的应用场景-火花间隙

图 36：封闭式火花隙的等效电路

顺序电流灭火能力

SPD浪涌保护器的应用场景,火花隙的一个特殊特性是连续电流熄灭能力，Ifi。如果通过浪涌电压点燃火花隙，则代表一种短路，为连接的电源网络驱动电流。因此，火花隙必须能够在放电过程之后自行中断电源电流，而不会触发上游过流保护装置。顺序电流熄灭能力表明在何种情况下可以保证预期的短路电流安装位置。现代火花隙必须能够做两件事：

• 从短暂的雷电流中释放大量能量

• 从强大的供电网络中独立消除连续电流

SPD浪涌保护器的应用场景,在雷电流的情况下，在最好的情况下，火花隙的阻抗非常低，以保持尽可能低的能量输入并增加鲁棒性。然而，在连续电流的情况下，阻抗必须尽可能高，以确保快速消除。为了在可能的短路电流高达 100 kA 的供电网络上承受高达 50 kA 的雷电流幅值。因此，今天的火花隙通常结构复杂，由许多单独的功能部件组成（图 38）。

SPD浪涌保护器的应用场景-电流

图 37：加载 (8/20 μs) 脉冲时触发火花隙的典型残余电压曲线

SPD浪涌保护器的应用场景-组件

图 38：现代封闭式火花隙的各个组件

6.1.3 类型 2：电涌保护器

SPD浪涌保护器的应用场景,2 类电涌保护装置通常安装在子配电或机器控制柜中。这些 SPD 必须能够释放间接雷击或开关操作引起的感应浪涌电压，但不能处理直接雷击。因此，能量输入显着减少。在任何情况下，由开关操作引起的感应浪涌电压通常是非常动态的。在这里，具有快速响应行为的放电技术经得起考验，例如压敏电阻技术。

SPD浪涌保护器的应用场景-电阻

图 39：压敏电阻等效电路图

压敏电阻技术

SPD浪涌保护器的应用场景,压敏电阻（可变电阻器或金属氧化物压敏电阻，MOV）（图39）是由金属氧化物陶瓷制成的半导体元件。它们表现出非线性的电流-电压特性曲线（图 40）。在低电压范围内，压敏电阻的阻抗非常高，但在较高电压范围内，阻抗会迅速下降，因此可以毫无问题地释放非常大的电流。因此，压敏电阻的特性被称为限压特性。由于典型的响应时间在较低的纳秒范围内，压敏电阻甚至非常适合限制特别动态的浪涌电压现象。图 40：额定电压为 320 V AC 的压敏电阻的电压-电流特性曲线

SPD浪涌保护器的应用场景-电流曲线

承载雷电流的压敏电阻

高性能压敏陶瓷甚至可以表现出高达 12.5 kA (10/350 μs) 的脉冲放电容量，这意味着它们也适合作为 1 类 SPD 用于低保护级别的环境。

对于25 kA至50 kA（10/350 μs）的更高脉冲放电容量，通常必须使用多个压敏电阻并联。没有火花隙技术的浪涌保护制造商因此经常使用压敏电阻作为防雷等级图 41：额定电压为 350 V AC 的压敏电阻在 25 kA (8/20 μs) 负载下的残余电压

SPD浪涌保护器的应用场景-压敏电阻

I的1型SPD。这个概念有严重的缺点：如果并联的压敏电阻的特性不精确匹配，则要求是很难满足，在工作过程中，各个路径被置于不同的负载下。随着时间的推移，不均匀的负载变得越来越大。这最终导致压敏电阻过载。

6.1.4 类型 3：设备保护

SPD浪涌保护器的应用场景,3类电涌保护器一般安装在被保护终端设备的正前方。由于安装环境不同，3 类 SPD 的设计范围非常广泛。例如：除了标准的 DIN 导轨安装外，还有用于安装在插座中或直接安装在终端设备 PCB 上的设备。

从技术上讲，3 类 SPD 与 2 类最相似，后者基于压敏电阻，但与 2 类相比，在标称放电容量方面的要求更低。通常将电源保护链接到保护终端设备中的其他接口，如数据通信线路。为此有组合设备。它们对所有相应的（供电）线路进行电涌保护。

6.1.5 协调不同类型的 SPD

SPD浪涌保护器的应用场景,避雷区概念为跨区域的所有线路提供协调的浪涌保护设备。它们的功率值基于要达到的保护等级。取决于区域转换，因此需要不同的类型（参见表 2）。电涌保护装置的产品标准 IEC 61643-11 [6] 中定义了对各种 SPD 类型的要求。多级保护概念可由此衍生（图 42）。

从内部保护区开始，要协调一个 3 类 SPD 和一个上游 2 类 SPD。必须确保 3 类 SPD 在能量方面不会过载。由于在保护区概念的这个区域中预计会有较低幅度的浪涌电压，因此选择性寻址已经由类型 3 SPD 的 Uc 保证，该 Uc 大于或等于类型 2 SPD。

SPD浪涌保护器的应用场景,在外部保护区的方向上，必须再次确保 2 类 SPD 与上游 1 类 SPD 之间的协调。由于这里必须考虑直接雷击或部分雷击的可能性，这种情况只能由类型 1 SPD 承担，因此 SPD 的选择性寻址尤为重要，否则类型 2 SPD可能会超载。由于用于 1 类 SPD 的技术非常不同，因此没有通用的协调条件。基于火花隙的 1 型 SPD 在这方面具有明显的优势。在雷电流的大部分时间里，它们相对较低的残余电压仅为几百伏，确保电流几乎完全转换。

SPD浪涌保护器的应用场景

图 42：具有一系列连续 SPD 类型的多级保护概念

6.1.6 符合 IEC 60364 的电网系统

SPD浪涌保护器的应用场景,交流系统的浪涌保护概念的设计取决于现有的电网系统等。这些系统可以根据提供电源的变压器的接地设计、用电系统以及它们之间的连接而变化.用于架设低压电源系统的指令 IEC 60364-1 [10] 列出了以下系统配置：

TN-S系统

在这个电网系统中，供电变压器的一个点——通常是中性点——通常直接接地。中性导体 (N) 和保护导体 (PE) 在单独的导体中连接到用电系统。三相电源由五根导线组成：L1、L2、L3、N 和 PE（图 43）。

SPD浪涌保护器的应用场景-TN-S系统

图43：TN-S系统

TN-C系统

在该电网系统中，供电变压器的中性点直接接地。中性导体和保护导体通过一根导体 (PEN) 连接到用电系统。三相电源由四根导线组成：L1、L2、L3 和 PEN（图 44）。

SPD浪涌保护器的应用场景-TN-C系统

TT系统

在该电网系统中，变压器的接地点仅作为中性导体连接到系统。电气系统的各个部分连接到与变压器接地点分开的本地接地系统。中性导体和本地保护图44：TN-C系统

导体通过单独的导体连接到用电系统。三相电源由五根导线组成：L1、L2、L3、N 和本地 PE（图 45）。

SPD浪涌保护器的应用场景-TT系统

IT系统

在该电网系统中，供电变压器的中性点不接地，或仅通过高阻抗接地。电气系统的各部分连接到与变压器接地点分开的本地接地系统。如果中性导体也从提供能量的变压器的中性点布线，则该中性导体与本地保护导体分开布线。三相电源由四根或五根导线组成：L1、L2、L3（如果适用）和本地 PE（图 46）。图45：TT系统

SPD浪涌保护器的应用场景-IT系统

图46：IT系统

SPD浪涌保护器的应用场景,IT 系统的一个特点是对地绝缘故障可能会在有限的时间内发生。该相接地故障只需通过绝缘监测检测并上报，以便及时纠正。只有在发生第二次接地故障时，才会导致两相之间短路，相关的浪涌保护设备才会跳闸。因此，用于 IT 系统的电涌保护器必须能够承受系统的相间电压以及容差。这是由规范要求确保的，即只有最大连续电压至少为相间电压加上容差的 SPD 才能用于 IT 系统中的相和 PE 之间。

-End-

易造防雷浪涌保护器（防雷器）的主要优势：

易造复合型浪涌保护器，20年设计寿命，小体积大通流，低残压、高TOV耐受1800V；MG串联技术，0漏流0续流；密封型结构无外泄电弧，不起火。

易造电涌保护器采用链式放电技术，实现了SPD的能量自动协调功能，安装时无需考虑两级SPD间的距离，第二级SPD可以直接安装于第一级SPD后端，安装更方便！

易造浪涌保护器外壳采用PA66高阻燃绝缘材料，符合UL94V-0 RoHS REACH，一体化设计防震防潮耐高温，易造电涌保护器广泛应用于电力、新能源、通讯、建筑、轨道交通、石油石化等多个领域。

杭州易造是浙江省科技型企业，高品质防雷设备生产厂家,拥有全套风电浪涌保护器生产技术。主要生产一级浪涌保护器、二级浪涌保护器、三级电涌保护器、信号防雷器、直流防雷器、风电浪涌保护器等全系列防雷模块，产品通过了UL、CSA、TUV、CQC、CE等权威认证，1500+规格型号，可满足所有低压设备的电涌防护要求。