建筑物低压配电系统SPD选型及应用探讨

以国家现行技术规范和IEC标准为依据,从电涌保护器(SPD)安装处的预期雷击电流、设备可耐受冲击电压、SPD有效保护电压等方面出发,对建筑物低压配电系统SPD的选型及应用进行了探讨,并对设计应用中SPD的后备保护、级间配合、Ⅱ级试验SPD与Ⅰ级试验SPD的替换关系等易错问题进行了分析,同时对智能SPD与SPD监控系统进行了论述。     

低压供电系统中SPD的失效模式及失效原因

从SPD的应用环境、主要组成器件特性等方面,对SPD的失效模式、失效原因进行了分析。认为:氧化锌压敏电阻的失效模式可分为压敏电压降低,压敏电阻短路,压敏电阻限制电压升高,在大冲击电流下压敏电阻炸裂、开路等。以氧化锌压敏电阻压敏电压相对于初始值下降10%作为劣化失效的判据,其长期荷电寿命符合阿仑尼斯(Arrhenius)反应速率模型,即Lm=exp(R/T-C),与温度,荷电率成反比。低压系统中产生的暂时过电压、操作过电压、供电系统电网质量差引起的长期电压波动以及低压供电系统中频频出现的雷击是导致SPD失效的外部原因。氧化锌压敏电阻的脉冲寿命、长期荷电寿命和气体放电管的工频续流遮断能力设计不足是导致SPD失效的内在原因。     

供电系统的过流保护才是SPD的后备保护

当电涌大于SPD所设计的最大吸收能量和放电电流时,或当SPD无法耐受暂态过电压时,都会引发其过流故障。因此,SPD必须配置过流故障保护器。按照电力系统继电保护技术有关主保护与后备保护的含义,串接在SPD回路内的过流脱离器是SPD的主保护,而位于其上游,作为电气装置的一部分被安装在供电系统上的过电流保护器才是SPD的后备保护。文章期待过流脱离器主流生产企业能带头给"过流脱离器""正名",还其真实"名分"。     

计算机系统电涌保护器的选择

探讨雷电电涌对计算机系统的危害,提出了对电源系统电涌保护器SPD(限压型SPD、开关型SPD、复合型SPD)的选择,及信号系统电涌保护器(双绞线通信线路SPD、网络数据线路SPD、高频天馈线SPD)的选择。应综合考虑被保护对象的地理环境,根据保护对象的气象条件作合理的雷电风险分析,实行计算机系统的SPD多级保护。     

SPD脱离装置的分析与实验研究

在高(中)压系统的故障引起的暂时过电压和频繁的操作过电压作用下,低压电涌保护器(SPD)在供电线路中会出现工频短路电流,严重时出现燃烧损坏,利用实验方法研究SPD与不同类型脱离装置的匹配方式。依据IEC 61643-11:2011、IEC 61643-1:2005和GB18802.1—2011标准中给出的供电电源的预期工频短路电流幅值与企业标称的预期工频短路电流幅值,模拟实际应用环境中SPD的使用状态,研究SPD在3种常用的匹配方式下的损坏现象。在实验结果的基础上,分析3种匹配方式的损坏机理,指出外部脱离装置与SPD达到合理匹配应考虑的几个关键因素。     

线路电感对两级SPD配合影响的研究

针对实际工作中多级SPD(MOV型浪涌保护器)配合失效的问题,通过建立两级SPD模型,利用雷电波的波长远大于SPD与被保护设备之间的线路阻抗的特点,提出用π型等值电路来代替线路的阻抗,用电路法代替行波法来分析被保护设备两端电压震荡的情况。运用ATP-EMPT软件对两级SPD模型进行仿真,进而说明线路电感对SPD配合的影响。仿真实验表明:当线路电感很小时,两级SPD残压出现了明显的震荡,当线路电感很大时,次级SPD分配的电流过小。对于外加冲击电流不大于10kA的两级SPD电路,线路电感为6~10uH能很好的实现能量配合,从而有效的保护电子设备。     

石化行业电涌保护器的选择

介绍电涌保护器的分类,对比电压开关型SPD、限压型SPD、组合型SPD的工作原理、特性与存在的问题;阐述电涌保护器后备保护的分类和选择;针对石化行业的特殊性,推荐选用后备保护一体化的限压型SPD;分析电源SPD的一体化改进和智能化改进.     

压敏型SPD产品的状态模拟和失效保护

对SPD(浪涌保护器)产品进行模拟和分析,建立SPD工作和失效时的模型,提出了新的电压和α系数分配和失效模拟方法。应用数值分析方法和SPD压敏电阻的伏安特性曲线求解α系数,得到SPD在工频电路和冲击电流下各部分的模拟电流和电压数据,并根据理论模拟公式提出了提高产品性能的方法。对比的计算结果与测试数据进行比较,取得了较好的一致性。同时在此基础上提出了SPD的理想保护方法。文章的研究结果可预测压敏型SPD不同系统电压和预期短路电流下的工作状态,冲击电流下保护电压的状态,有助于SPD设计和优化,选择安全的SPD产品后备保护。     

民用建筑电气设计中如何选用SPD

现代建筑物中大量装有电子信息类设备,对于此类设备的保护SPD的配置不可或缺。在总结工程实践的基础上,较为全面地为设计者提供SPD的选用、配置原则。     

MOV型SPD在交直流电压下的热量累积对比分析

MOV型SPD在运行时,一些因素会使MOV启动后的电流过大,电流发热量超出MOV热容量就会使SPD失效。国家标准中热稳定实验考查的就是MOV对于这种热量累积的耐受程度。对国家标准中关于MOV(Metal Oxide Varistor)型SPD(Surge Protective Device)的热稳定性判断条件进行试验和分析,对比了直流和交流电压两种情况下的热量累积并设计试验。把直流电和交流电热累积统一到"热阻"的概念,试验表明,直流电造成的SPD发热量比交流电造成的SPD发热量大10%。     

电源线路浪涌保护器(SPD)安全性能的分析探究

简述了电源线路浪涌保护器(SPD)安全性能方面应注意的几个关键性问题,暂态过电压(TOV)耐受特性;SPD的热稳定性及氧化锌压敏电阻片(MOV)的工频耐受性能。分析试验数据表明:①MOV应经过2ms方波和电老化全检筛选。②应根据脱离结构及热传导方式选择低温焊锡的温度,杜绝假脱扣和不脱扣。③应对SPD模块的填料进行更换,使其既达到阻燃的作用,又起到隔热的效果,为低温焊点的脱离提供必要的时间。④应在低温焊点表面涂覆助熔剂。⑤SPD模块上尽量少开孔(除泄压孔外),以达到控制火情的目的。⑥MOV最好使用纳米材料,以提高坯片成瓷后芯片的致密性。⑦提高芯片的电压-温度系数,以达到工频耐受性能。⑧SPD安装使用时,应尽量使用下线安装,以防止发生延燃。     

浅谈低压防雷及检测应注意的几个问题

简要介绍了低压防雷的两个组成部分:外部防雷及内部防雷。指出了低压防雷的主要产品——低压电涌保护器(SPD)在检测时,应注意合理选择防雷标准和雷电波形参数。认为外部防雷应采用10/350μs波形,内部防雷应采用8/20μs波形;注意SPD本体和连接件的性能以及SPD本体的耐受电流和续流熄灭能力,以免发生火灾事故;应合理布线以提高信号采集精度,尽量减小测量系统与被试品连接引线所围成的面积,根据需要在系统各单元输入端安装有选择性的浪涌吸收电路以及采用低通道滤波器滤除瞬变脉冲,防止电源和空间电磁干扰,尽量减小测量时引起的误差。     

低压电涌保护器的有效性分析

采用标准的6kV/3kA的混合波发生器作为冲击源,采用单相低压配电系统作简单仿真模型,研究了不同长度的电缆与不同负载产生的反射与振荡现象,分析了不同类型负载和不同电缆长度对低压电源电涌保护器(SPD)保护效果的影响。仿真结果表明:对于纯电阻负载,负载阻抗增加到300Ω时,电缆长度应低于5m;增加到500Ω以上时,电缆长度应低于1m。对于纯电容负载,建议直接将负载与SPD连接,电容大于10μF时,可考虑采用50 m以上的电缆。对于阻容性负载,电阻值低于电缆的特性阻抗且电容不大于0.1μF,电缆的长度不受限制,被保护的设备上不会出现过电压;若电阻值大于电缆的特性阻抗且电容不大于0.1μF,电缆长度应限制在1m以内;若电容大于10μF,可考虑采用长度大于50m电缆。无法确定负载特性时,可采用零距离连接,即中间无连接电缆;若距离太远而无法直连,可以在15m左右的电缆后增加一级SPD,再直连负载,这时要求两级SPD能量匹配。     

低压配电系统电涌保护器能量配合研究

电涌保护器(SPD)的能量配合是低压配电系统防雷工程中的重要课题。基于理论计算和ATP-EMTP仿真,研究一端口限压型SPD在短波(8/20μs)和长波(10/350μs)下的能量配合问题,着重分析SPD级间距离和参数配合对这种配合的影响。提出金属氧化物压敏电阻(MOV)伏安特性研究的一种假设,给出了级间电缆的长度与后级SPD分流比的关系曲线。结果表明:短波情况下,10 m的级间电缆可将后级SPD电流限制在总电流的20%以内;长波情况下,80 m的级间电缆才能达到相近的效果。     

高温硫化硅橡胶材料的运行特性及分析

对大量运行的高温硫化硅橡胶(HTV)绝缘子进行了憎水性试验、低温模拟试验、灰密对憎水性的影响以及耐漏电起痕及电蚀损试验,认为高温硫化硅橡胶因老化而引起的憎水性下降、机械强度下降及积污性能下降影响其长期工作的可靠性,所以评价复合硅橡胶的憎水性能除憎水性分级HC值外,还应重点突出评价憎水性的减弱(丧失)特性、憎水性的恢复特性及憎水性的迁移特性。低温模拟试验表明,低温下憎水性有一定程度的下降,应针对性地开发应用于低温地区的高温硫化硅橡胶,并制订新的判定准则。最后对硅橡胶材料老化试验方法进行了讨论,三种试验方法各有其特点,但在短时间内对长期运行性能进行评估,应进一步积累实验室经验,提出1000h盐雾法和5000h老化试验法污液盐度或流速的合理试验条件和现行标准中应规定的允许蚀损开裂数试验判据,从而达到用人工加速老化来准确评估绝缘于长期运行性能的目的。     

AG50系列电涌保护器技术及选用

介绍了AG50系列电涌保护器(SPD)的结构、功能、技术原理、主要技术性能指标。AG50系列SPD有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类,分别采用了不同的功能模块,具备直击雷、感应雷和操作过电压等电涌防护功能,可有效地保护供电、配电系统的安全。AG50系列SPD适用于不同电磁环境的供电、配电系统和不同接地的供电系统的安装要求。SPD选用时,应考虑自身的安全和保护能力。     

低压配电用SPD动作负载试验研究

依据IEC61643-1:2005中7.6.4的规定,对Ⅰ、Ⅱ级电涌保护器进行动作负载试验中的确定续流大小的预备性试验与动作负载预处理试验时的现象,通过对冲击相角、施加不同Uc值、SPD(SPD,surge protection devices)设计结构等的分析,提出①Ⅰ、Ⅱ级电涌保护器在动作负载试验中最易出现续流或者燃烧爆炸等危险现象的相角为40°～60°和220°～240°,而并不是90°和270°;②试验时施加的Uc值对试验现象起着重要作用,Uc越小试品越不易产生续流等现象,Uc越大越易产生续流等;③内部使用铜织带作为连接结构的SPD,在试验过程中,铜织带或因过长、或因高低压连接点距离太近等结构因素产生高压端铜织带被电动力打断等现象;④通过对相角和不同Uc的分析,提出了一种利用Uc的变化率(K)及K.Usinθ来对确定续流与预处理试验中最易发生续流相角进行解释。这对工程师对理解Ⅰ、Ⅱ级电涌保护器进行动作负载试验时的试验现象提供了试验和理论支持,并为SPD设计者提供了修整思路,具有一定的工程意义。     

SPD监控系统中的多线程机制和多级分组管理

按照地理位置进行多级分组管理SPD(浪涌保护器),在计算机算法设计中采用N叉树的数据结构,基于此结构,引入多线程机制实时轮询SPD运行状态,提高了防雷监控预警系统的效率和可靠性。     

浅谈浪涌保护器的分类及应用

按使用非线性元件对SPD的保护特性进行分析;根据建筑物雷电流参数、引入金属管道和线路数量、屏蔽措施,总结得出雷电流在配电箱处冲击电流值,便于在设计中快速选择浪涌保护器;给出浪涌保护器级间保护原则,对常用的三种级间配合方法,从工作原理上进行说明,并分析各种方法的适用性。