电源SPD后备保护
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电源SPD后备保护 2018-06-28 电源SPD后备保护 0

       小编有话说:随着现代化技术的发展,信息化系统集成度越来越高。设备敏感度高,抗冲击能力低,极易受到电涌脉冲的危害。电涌保护器(SPD)作为专业的防电涌产品,应用越来越广,SPD的应用涉及很多的专业知识,如雷电防护分区、SPD的合理选择、多级SPD的能量配合、SPD的安装与接地、电源SPD后备保护等。其中,电源SPD后备保护是容易被大家忽视的问题之一,在这里跟大家总结一下电源SPD后备保护的相关问题。

1. 为什么电源SPD需要后备保护?

   电源SPD一般采用并联安装的方式,简单示意如下。

电源SPD后备保护

   SPD的选择,应满足3个要求:

         1)无电涌时,SPD不能对现有系统有任何影响(对于并联安装的SPD而言,只需要选型时保证SPD的最大持续工作电压Uc不小于电力线上可能出现的最大持续工作电压即可);

         2)电涌产生时,SPD能迅速泄放电涌,起到保护作用(要求SPD放电能力足够满足系统设计要求,电压保护水平Up与被保护系统耐压等级Uw匹配(通常要求Up≤0.8Uw)) ;

         3)电涌消失后,SPD能快速“复原”,回到第1条所述的状态(这一条主要针对开关型电源SPD而言,要求SPD导通放电之后,能尽快切断续流,恢复到“开路”状态) 。

       SPD根据其采用的元器件不同,可以分为电压开关型SPD(以下简称开关型SPD)、电压限制型SPD(以下简称限压型SPD)和组合型SPD:

       开关型SPD采用开关型防雷元件如气体放电管、放电间隙制作而成。开关型,顾名思义,可以理解为其工作在”开”和”关”两种状态。当电力线上的电压小于Uc时,其工作在开路状态,当电涌产生时,其工作在“短路”状态,可以泄放很大的电流。但是开关型元件有一个致命缺点,就是会产生工频续流,其“短路”状态通常是气体弧光放电的过程,因为维持弧光放电的电压只需要几十V(远低于电力线的额定工作电压)。电涌消失后,施加在SPD上的电力线电压使得弧光放电得以维持,这就是工频续流。续流会导致SPD发热甚至炸裂,引发火灾事故。这就要求应用在电力线上的开关型SPD必须具备续流遮断能力,同时要给SPD配后备保护以防止其无法及时遮断续流。由于开关型SPD续流遮断问题,电源SPD大多采用限压型,其常用的元件为压敏电阻。压敏电阻,顾名思义,就是其电阻的大小对电压极为敏感。当电力线电压低于Uc时,其为高阻状态,近似开路。当电涌产生时,电压远高于Uc,其呈现低阻状态,近似短路。当电涌消失后,其立刻恢复到高阻状态,不会有续流产生。

       限压型SPD虽无续流问题,但是由于多种原因,会产生故障,故障状态通常有2种:短路状态和可变电阻状态。SPD的开路状态被认为是一种安全的状态,当SPD发生以上两种故障状态时,我们需要通过SPD内部和(或)外部脱落机构使SPD进入开路状态,将SPD从回路上切除,避免产生SPD起火、主回路断电等事故。压敏电阻型SPD,长期被施加电力线电压,由于电网波动以及电涌冲击,其性能会逐步下降,Uc值会慢慢减小,漏电流逐步增大,即进入可变电阻状态。当流过SPD的电流达到mA级并逐步增大时,就可以让SPD发热、起火。由于mA级电流不足以触发SPD后备保护动作,所以针对这种故障,一般通过SPD内部的热保护脱扣装置动作来使SPD开路,这就是为什么限压型电源SPD都要求设置内部脱离装置的原因了。目前,市场上SPD产品抽样合格率很低(上海防雷中心有统计数据),因此,建议用户在选择SPD时,优先选择品质好的产品,以免发生SPD起火燃烧的事故。

   压敏电阻型SPD也可能直接进入短路状态,常见的原因有2个:

         1)电网暂态过电压(TOV)。高压TOV可能直接将压敏电阻击穿,使SPD短路。

         2)SPD受到超过其承受能力的电涌冲击,被击穿短路。

       当SPD进入短路状态时,流过SPD的电流很大,可能达到数百甚至数千安培,大电流使得SPD快速发热,这种情况下,SPD内部的脱离装置可能来不及积累热量实现脱离,SPD就已经起火了。针对这种故障,就需要给SPD配置后备保护来解决。

       因此,不论是开关型SPD的续流问题,还是限压型SPD的短路故障问题,都需要我们在使用SPD时,配置后备保护。


2. SPD常用的后备保护,有熔断器和断路器两种,该如何选择?

      在此我们需要先来了解一下熔断器和断路器不同的工作原理,以及应用上的差别。

      熔断器,俗称保险丝,是依靠能量的累积,熔丝到一定的温度时实现熔断,其熔断不光与电流大小有关,也和时间有关。断路器,则是靠电流流过线圈时产生的电磁力来吸附可动的触头实现动作,主要和电流(峰值)大小有关。

      电涌冲击的电流峰值很大而持续时间较短,一般为us级,通常用8/20us和10/350us波形来模拟雷电流波形。这样的波形特点,使得采用断路器时,冲击电流峰值越大,波形时间越长,断路器越容易动作,所以一般只是在冲击电流较小时,采用断路器(微型)。以下我们来比较一下熔断器和微型断路器各自的优缺点。

熔断器

      优点:可实现主F1和F2匹配,满足F1:F2≥1.6:1即可,如F1=100A,F2=63A;限流性好,分断能力强;感抗小,经受电涌冲击时,不会额外提升被保护设备两端电压;成本低。

      主要缺点:不能在35mm导轨上安装;熔断后需要更换熔芯;熔断后指示性较差。

微型断路器

      优点:安装方便;故障断开后,如无特殊原因,手动复位即可;断开后指示性好。

      缺点:不能保证F1和F2的匹配,即使F1额定值大于F2,也不能保证F2先于F1动作;在电涌冲击时,容易跳闸,需要及时检查复位;内部有线圈,感抗大,电涌冲击时,会在断路器上产生较高的电压,该电压和SPD的残压一起施加到被保护设备上,对保护效果不利;成本相对较高。

      因此,熔断器更适合作为SPD的后备保护(目前市面上专用的后备微型断路器还无相关产品标准,或者价格昂贵)。

      IEC61643.12-2008标准中,只对熔断器的使用做了推荐。对于断路器,有人进行过相关研究测试工作,但由于不同厂家、不同品牌、不同曲线的断路器实验结果上一致性差,无法给出推荐值。IEC61643.12-2008对熔断器计算和测试值如下:




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