低压配电系统电涌保护器简介上海市防雷中心防雷产品测试中心上海市防雷中心防雷产品测试中心上海市防雷产品质量监督检验站上海市防雷产品质量监督检验站2024年年9月月5日日电涌保护器的定义电涌保护器的定义电涌保护器电涌保护器(SPD) surge protective device 用于限制瞬时过电压和泄放电涌电流的电器，它至少包含用于限制瞬时过电压和泄放电涌电流的电器，它至少包含一个非线性元件。一个非线性元件。实质上是一个限位开关，没有雷电波来的时候它处于开路状态，对电源和信号没有影响，当雷电流侵入并且电压超过某一定值时，它迅速成为通路状态, 把电压钳制在一定的安全范围，所以安装避雷器实质上也是等电位连接的， 不过它把雷电流的大部分削去，只留下设备能够耐受的小部分。因此又可称它为准电位连接，当雷电波过后，防雷器又恢复高阻状态，使电路又从新复原。SPD分类分类一端口 ，二端口电压开关型 ，电压限制型 ，复合型户内， 户外易触及 ，不易触及固定，移动火花间隙的原理为两个形状象牛角的电极，由绝缘材料分开，彼此间有很短的距离。当两个电极间的电位差达到一定程度时，电荷将穿过两个角型的空间打火放电，由此将过电流释放入地。电压开关型电压开关型-火花间隙火花间隙优点优点：残压低。响应时间快，为25ns左右。无续流。通流容量大对称的伏安特性（即产品无极性）电压温度系数低缺点：缺点： 有泄漏电流；寄生电容较大，不利于对高频电子线路的保护。 压敏电阻电路符号电压限制型电压限制型-压敏电阻压敏电阻SPD的分类试验的分类试验 I类试验（T1）标志性参数：Iimp定义：按标称放电电流In，1.2/50冲击电压和I类试验的最大冲击电流Iimp进行的试验。冲击电流波形冲击电流波形试验分类试验分类II级试验（T2）标志性参数：Imax定义：按标称放电电流In，1.2/50冲击电压和II类试验的最大放电电流Imax进行的试验。 标称放电电流试验波形标称放电电流试验波形8/20试验分类试验分类III类试验（T3）标志性参数：Uoc定义：按复合波（1.2/50, 8/20）进行的试验。标识和标志标识和标志 本项测试包括两部分内容，标识和标志的检验及标志的耐久性试验。标识和标志的检验主要考察制造厂提供的关于产品的技术信息是否完全和规范。其中以下内容应标于或持久地标贴在SPD本体上：制造厂名或商标和型号；最大持续工作电压最大持续工作电压Uc（每种保护模式有一个电压值）（每种保护模式有一个电压值）；制造厂声明的每种保护模式的试验类别和放电参数；电压保护水平电压保护水平Up（每种保护模式有一个电压值）；（每种保护模式有一个电压值）；外壳防护等级（当IP20时）；过电流保护推荐的最大额定值（如果适用时）；接线端的标志 (如果需要)；电流类型（交流/直流或二者都可）。 I级分类试验class I tests用标称放电电流标称放电电流In、1.2/50s冲击电压和冲击电流冲击电流Iimp进行的试验。冲击电流Iimp以电流峰值Ipeak和电荷量Q定义。其试验根据动作负载试验的程序进行，用于I级试验的SPD分级试验。注：冲击电流试验要求的电荷量Q= 0.5Ipeak，其中电荷量单位为库仑（C），电流单位为千安（kA）。Q应在10ms内通过。如电流波形为单脉冲，波头时间为T1，半峰值时间为T2，且T1=12.5=12.5=40=40=30=30=20=20=10=10=5=5B B=12.5=12.5=40=40=30=30=20=20=10=10C C=10=10=30=30=20=20=10=10D D=6.5=6.5=30=30=20=20=10=10确定最大持续工作电压确定最大持续工作电压最大连续工作电压最大连续工作电压UC ，指能持续加在，指能持续加在SPD各种保护模式间的电压有各种保护模式间的电压有效值（直流和交流）。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不应低于低压线路中可能出现的最大连续工频电压。工频电压。选择选择230/400V三相系统中的三相系统中的SPD时，其接线端的最大连续工作电压时，其接线端的最大连续工作电压UC不应小于下列规定不应小于下列规定(IEC60364-5-534)： TT系统中系统中UC1.5 U0TN、TT系统中系统中UC1.1 U0 IT系统中系统中UC U0注注1：在：在TT系统中系统中UC 1.1 U0是指是指SPD安装在剩余电流保护器的电源侧；安装在剩余电流保护器的电源侧； UC 1.5 U0是指是指SPD安装在剩余电流保护器的负荷侧。安装在剩余电流保护器的负荷侧。 注注2：U0低压系统相线对中性线的电压，在低压系统相线对中性线的电压，在230/400V三相系统中三相系统中U0 =230V。防雷器的最大持续工作电压应符合相关技术标准的要求，同时还应考防雷器的最大持续工作电压应符合相关技术标准的要求，同时还应考虑供电电网可能出现的电压波动和可能出现的最大持续故障电压。虑供电电网可能出现的电压波动和可能出现的最大持续故障电压。- 判断供电环境是否恶劣？判断供电环境是否恶劣？- 电源电压是否稳定？电源电压是否稳定？- 接地网地阻值是否偏高？接地网地阻值是否偏高？确定防雷器的最大持续工作电压确定防雷器的最大持续工作电压持续工作电压的选择持续工作电压的选择电涌保护器（SPD）的最大持续工作电压UC不应低于下表中的值！电压保护水平电压保护水平UP的选择的选择电涌保护器（SPD)电压保护水平（UP)应负荷UP0.8Ui确定防雷器的残压确定防雷器的残压在防雷方案中，并非要求残压越低越好。通常情况下，防在防雷方案中，并非要求残压越低越好。通常情况下，防雷器的残压越低时，最大持续工作电压也随之降低。雷器的残压越低时，最大持续工作电压也随之降低。防雷器残压过低时，防雷器可能在供电电网不稳定地区，防雷器残压过低时，防雷器可能在供电电网不稳定地区，最大持续电压长时间加在防雷器上，容易造成防雷器的老最大持续电压长时间加在防雷器上，容易造成防雷器的老化和损坏。化和损坏。电涌保护器（电涌保护器（SPD）的过电流保护）的过电流保护和失效保护和失效保护防止电涌保护器（防止电涌保护器（SPD）短路的保护是采用过电流保）短路的保护是采用过电流保护器，应当根据电涌保护器（护器，应当根据电涌保护器（SPD）产品手册中推荐）产品手册中推荐的过电流保护器的最大额定值选择。的过电流保护器的最大额定值选择。如果过电流保护器的额定值小于或等于推荐用的过电如果过电流保护器的额定值小于或等于推荐用的过电流保护器的最大额定值，则可省去过电流保护器。流保护器的最大额定值，则可省去过电流保护器。连接过电流保护器至相线的导线截面根据可能的最大连接过电流保护器至相线的导线截面根据可能的最大短路电流值选择。短路电流值选择。防雷器失效下的保护电路设计防雷器失效下的保护电路设计 后备保护空气开关后备保护空气开关 定出后备保护空气开关的容量。定出后备保护空气开关的容量。后后备保保护的相关概念的相关概念电涌保护器电涌保护器SPD数据表中给出的后备过电流保护数据表中给出的后备过电流保护值通常是指值通常是指SPD的最大允许后备过电流保护。这的最大允许后备过电流保护。这种后备过电流保护器的首要任务是保证种后备过电流保护器的首要任务是保证SPD的短的短路电流耐受能力。路电流耐受能力。SPD的短路电流耐受能力的标准化测试可以防止的短路电流耐受能力的标准化测试可以防止SPD内部短路情况发生起火燃烧或闪络。因此，内部短路情况发生起火燃烧或闪络。因此，紧邻的上游系统过电流保护器可以作为紧邻的上游系统过电流保护器可以作为SPD的后的后备保护，前提条件是其标称值不超过备保护，前提条件是其标称值不超过SPD最大允最大允许后备过流值（方案许后备过流值（方案A）。）。 后后备保保护的相关概念的相关概念然而，如果系统过电流保护器F1F3的标称值超过SPD最大后备过流的标称值，则必须在SPD前端安装具有最大允许后备过电流保护器的标称值的独立后备保护（方案B）。后后备保保护的相关概念的相关概念除了保证短路电流耐受能力以外，SPD后备过电流保护器还有一种功能，这种功能对电压开关型SPD特别重要。在雷电流过后，电压开关型SPD由于两端施加了工频电压，所以将产生50Hz的续流，其必须被安全的熄灭。在最不利的情况下，这种电源续流可以和SPD安装处的预期短路电流一样大。通常电压开关型SPD具有一定的续流熄灭能力。但如果预期短路电流超过了SPD的续流熄灭能力，则后备过电流保护器必须切断续流。后后备保保护的相关概念的相关概念关于关于SPD在电力系统中的应用和过电流保在电力系统中的应用和过电流保护器，必须考虑到他们首先要承受电涌电护器，必须考虑到他们首先要承受电涌电流，接着还要承受电源的短路电流。流，接着还要承受电源的短路电流。德国学者曾研究过NH熔断器在电涌电流负荷下的性能。根据熔断器的标称电流和试验中的电涌电流，NH熔断器有三种不同的特性。1.不熔断；2.熔断；3.爆炸。NH熔断器的三种不同特性熔断器的三种不同特性 工工频电流决定的流决定的选择性性按照我们之前提到的A方案对SPD进行配置，则下游用电系统可能会被切断。因此，根据方案B对SPD进行配合是十分必要的。为了体现F1F3与F4F6之间的选择性，其标称电流的关系为1.6：1。但这仅仅是按电源续流50Hz来考虑的，而未考虑电涌电流的影响。那么接着问题就发生了。熔断器的熔断器的电涌耐受能力涌耐受能力后后备保保护导致致电压保保护水平升高水平升高更糟糕的情况是，F4F6在熔断以前将有最高2kV的残压，该电压将直接施加在下游的SPD或被保护设备上，直接造成下游的SPD过载或被保护设备损坏，保护失效。试验结果试验结果 Measured results for IMW and I15 试验结果试验结果 Measured results for IMW and I15 MCB在在8/20s 波形下的波形下的IMWIMW of MCBs for 8/20s surgesFig.2 IMW of MCBs for 8/20s surgesMCB 的的IMW 和熔断器的单次冲击耐受值和熔断器的单次冲击耐受值IMW of MCBs and single shot withstand current of fusesFig.3 IMW of MCBs and single shot withstand current of fusesMCB 和熔断器的和熔断器的I15 I15 of MCBs and fusesFig.4 I15 of MCBs and fusesIEC目前达成的相关共识额定定电流流(in A)0-8080以上以上电涌耐受能力 (8/20) In general breakers show significant higher withstand than fuses (2 times greater)通常，断路器的耐受能力显著高于熔断器（2倍或更高）In general breakers still show higher withstand than fuses (30% to 50% more)通常，断路器的耐受能力仍然高于熔断器（30%-50%或更高）电涌耐受能力 (10/350)No real statement possible this is not linked to rated current of CBs but more to their technology and may be significantly lower or higher than for fuses断路器的电涌耐受能力和其额定电流没有显著的联系，而是更多的取决于断路器所使用的技术，因此其耐受表现可能显著高于或者显著低于相同额定值的熔断器Reminder: all components upstream of the SPD may influence the surge withstand of the installation and their surge withstand should be known.提示：任何安装在SPD上游（串联安装）的元器件，如果其可能影响SPD的电涌耐受能力，则它们自身的电涌耐受能力应该被了解。2012年6月IEC SC37A WG3工作组会议 暂态过电压（暂态过电压（TOV)的选择的选择