面向现代智能建筑物联网的智能电涌保护器研究及其标准化

随着现代社会科技的发展,建筑趋向高层化、绿色化和智能化.伴随着大量敏感电子设备在智能建筑的电气、信号和通信系统中的使用,雷电电涌和雷电电磁脉冲对智能建筑的危害越来越突出,安装电涌保护器是防护雷电电涌和电磁脉冲的主要措施.智能电涌保护器是在常规电涌保护器的基础上通过增加了感知功能和通信功能,组网后实现在线监测的新型防雷产品,近几年在智能建筑领域得以快速发展.在国际电工委员会IEC SC37A的2021年会上,通过了由中国代表牵头制定"智能电涌保护器"相关IEC标准的决议,这代表"智能电涌保护器"被国际市场所普遍认可.文章基于现代智能建筑发展现状,介绍了智能电涌保护器的工作原理、设计思路、性能要求、测试方法并给出了其在多种场景下的应用情况.最后对智能电涌保护器的发展现状进行总结,并对其发展前景进行展望.     

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。     

辉光、弧光放电测试装置的研制

针对开关型间隙电气元件的放电在时间和空间上都是剧烈变化的暂态过程,导致其电气参数难以测量等问题,通过对气体辉光、弧光的放电机制分析,依据IEC61643-311气体放电管性能测试电路设计部分的标准要求,研究开发出一台针对开关型电气元件的辉光、弧光放电测试装置。经软件仿真及反复试验表明,研制的辉光、弧光放电测试装置能够准确有效地测量开关型间隙电气元件辉光、弧光放电时的伏安特性曲线,可以为开关型间隙电气元件在续流及伏安特性研究等问题上提供准确数据     

用于光伏发电系统直流侧的电涌保护器研究

在光伏发电系统直流侧通常是通过在电池板出线端、汇流箱、配电柜及逆变器端等重要部位设置电涌保护器来限制雷电电涌过电压。基于光伏发电系统直流侧的电涌保护器的设计需要,本文对复合型电涌保护器进行了仿真研究。首先对由压敏电阻和气体放电管串联构成的保护支路进行PSCAD软件暂态仿真,并进行实测加以校验。然后仿真考察了3种常用结构的电涌保护器在全模下的雷电暂态响应及保护特性。通过对比分析,发现在可实现保护功能的若干种保护器结构中,Δ型结构为最优选择。本文提出的仿真研究结果可为光伏发电系统直流侧电涌保护器的设计提供定量化的参考依据。     

多级气体放电管与氧化锌压敏电阻并联配合的辉光弧光放电性能分析

针对多级气体放电管(GDT)与ZnO压敏电阻的并联配合使用的问题,根据多级GDT及ZnO压敏电阻的工作原理,把ZnO压敏电阻依次并联多电级GDT不同级数进行测试时,并联级数越多,越能有效拉低点火电压,并具有击穿后能分流的特性。利用气体放电理论进行工频电压下的组合器件辉光、弧光放电试验,在分析了辉光、弧光放电电压、时延、电流与工频电压之间的关系后,得出并联不同级数时,组合器件的静态参数与辉光、弧光各参数的匹配效果对泄流影响:静态参数中压敏电压与并联的GDT管点火电压相差越大,放电特性越容易从开关型SPD向限压型SPD转变。由实验数据解释辉光、弧光各参数与工频电压和静态参数间关系,提出可用工频电压源下辉光、弧光测试ZnO压敏电阻与多级GDT并联使用性能对比方法,在实际应用中对选择复合型SPD有一定的参考价值。     

雷电波在屏蔽线缆中的传输特性研究

由波导理论推出屏蔽线缆中横向电磁场的电场与磁场方程,根据屏蔽线缆并联开关型电涌保护器动作后的等效阻抗,建立了主模在Z=0处的等效阻抗与反射系数的对应关系,并分析了屏蔽线缆中由雷电磁流所激发的高次模函数。针对雷电波在屏蔽线缆中的传输特性,利用理论与试验相结合的方法,得出以下结论:当雷电波在屏蔽线缆内传输,且其终端负载为开路时,屏蔽线缆中将激励高次模;当屏蔽线缆终端的负载与其特性阻抗值相同时,负载吸收部分雷电波能量,同时激励高次模;当屏蔽线缆中并联开关型电涌保护器时,雷电波通过开关型电涌保护器时将产生反射现象,部分雷电波的能量被开关型电涌保护器释放,负载吸收较少的雷电波能量。     

电涌保护器的选用

从被保护设备的重要性、建筑物防雷类别来确定电涌保护的可靠性等级谈起,详细介绍了电涌保护器电压保护水平、电涌能量承受能力、最大持续运行电压的确定以及电涌保护器结构类型选择和辅助机构选用,对现代建筑电气设计中利用电涌保护器防雷击电磁脉冲电涌保护器的选用具有一定的参考价值。     

分布式控制系统电涌保护器设计方法的研究

针对分布式控制系统电涌保护器设计的问题,通过对分布式控制系统信号特征的理论分析,采用理论与实验相结合的方法,并设计了电涌保护电路。实验得出:随着雷电组合波发生器冲击电压的升高,气体放电管及TVS两端的残压呈上升趋势,冲击电压增大到一定值后,残压呈现稳定趋势;气体放电管的通流呈均匀线性上升趋势;在冲击电压保持不变的情况下,气体放电管的导通时间与直流击穿电压呈正比例关系、与退耦电感值及TVS的击穿电压值呈反比例关系;传输特性实测表明:插入损耗为0.45 d B,对信号传输的影响较小。提出了分布式控制系统电涌保护器的设计方法,在分布式控制系统雷电防护方面具有一定的参考价值。     

基于RS-485接口的电涌保护器设计与应用研究

针对PLC、DCS、ESD、FGS等系统的RS485通讯端口,设计一款RS-485通讯的电涌保护器。主要目的是防止通道电缆、通道线引入的暂态电磁干扰(感应雷电电涌、开关操作电涌等),导致电子系统、通讯端口的损坏而造成数据丢失。对IEC标准中指定的雷电波形进行频谱函数分析,得出雷电波振幅和能量在频段的分布。详细阐述抑制电涌电路的具体设计方案以及多级防护中元器件参数匹配的选择。通过理论计算与试验表明:该SPD具有抗电涌冲击能力强、电压保护水平低、插入损耗小等特点。最后结合现场应用,提出防雷接地布局建议,提高防雷系统的整体水平。     

多电极气体放电管与ZnO压敏电阻匹配性能的研究

针对多电极气体放电管与ZnO压敏电阻匹配使用的问题,根据多级气体放电管及ZnO压敏电阻的工作原理,ZnO压敏电阻并联在多电极气体放电管的两个电极上,能够有效的降低多电极气体放电管在辉光放电时的残压,并且进行相应的分流。利用汤森理论对多电极气体放电管的辉光、弧光放电进行模型等效,并使用开路电压波(1.2/50μs)、8/20μs雷电冲击平台、组合波(1.2/50μs,8/20μs)进行冲击试验,验证了多电极气体放电管模型等效的正确性;同时试验现象中发现了ZnO压敏电阻并联在多电极气体放电管冲击时的阴极端电极上,能够加速多电极气体放电管的放电速度,显著缩短多级间隙动作时延。据此现象及理论分析,提出了利用多电极气体放电管设计开关型电涌保护器并联ZnO压敏电阻的方法,在实际应用中具有一定的参考价值。     

用于视频监控系统保护的电涌保护器

结合视频监控系统信号传输的特点,设计用于视频监控系统保护的电涌保护器(SPD)。主要目的是抑制来自线路故障、开关动作过电压以及在信号线路上感应到的暂态雷电过电压,从而保护后端电子通讯设备免受电涌冲击。详细介绍了SPD的设计方案,采用电源、控制、视频三合一结构,由气体放电管和瞬态抑制二极管组成两级保护电路,选用合适的退耦元件以满足多级保护的能量配合,并通过桥式电路减小电路中的分布电容。通过理论分析与试验表明,该SPD具有电涌抑制能力强,电压保护水平低,插入损耗小等特点。     

低压电涌保护器（二）

第三讲 电涌保护器(SPD)的选择1 电涌保护器与被保护设备的保护配合 电涌保护器的电压保护水平U_p应始终小于被保护设备的冲击耐受电压U_(choc),并大于根据接地系统类型得出的电网最高运行电压U_(smax),即:U(smax)相似文献   

电涌保护器及在水泥厂工程中的应用

电涌保护器是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装置,按工作原理和用途分为不同的类型.电涌保护器可对保护区域分级防护,水泥厂中电涌保护器的应用越来越广泛.     

智能型1000M网络电涌保护器的研制

针对千兆网络信号线缆每年遭受雷击事故,引起网络信号的中断或交换机I/O接口设备的损坏问题,根据千兆网络传输特性参数的特点,依据GB/T 18802.21-2004《低压电涌保护器第21部分:电信和信号网络的电涌保护器-性能要求和试验方法》的要求,提出了采用多级保护的设计方法,利用通流容量大和分布电容小的防雷器件;并且在设计中增加单片机自动记录千兆网络信号电涌保护器动作的次数及时间的功能,设计了智能型千兆网络信号电涌保护器。通过对千兆网络信号电涌保护器试验测试,符合GB/T 18802.21-2004的规定要求,具有通流容量大、信号衰减小及数据记录准确的特点。其在千兆网络信号的雷电防护中具有一定的应用价值。     

一种简化的低压交流电源电涌保护器的保护性分析

电涌保护器被广泛应用于低压交流电源系统,用来抑制雷电暂态过电压从而有效保护低压电子设备。但因传统电涌保护器中元器件数量较多、体积较大等缺点,在分析传统电涌保护器的同时对其进行简化,进而提出了一种简化的电路模型。采用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC分别对传统的和简化的电涌保护器电路进行雷电暂态响应仿真分析,并对比其仿真结果。此外,组装了两种电涌保护器并实测了保护器的雷电暂态响应。试验和仿真结果表明简化电路也具有较好的保护性能,可取代传统的电涌保护器。     

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.     

两级ZnO压敏电阻间串联电感应用的分析

针对退耦电感在多级电涌保护系统中应用的问题,通过对雷电波经过串联电感的理论分析,串联电感对雷电波的传输有阻碍的作用,降低雷电波的陡度。利用理论与试验相结合的方法,采用雷电冲击平台模拟8/20μs的雷电流,对两级ZnO压敏电阻组成的电涌保护系统串联不同的退耦电感进行冲击试验,试验得出:两级相同参考电压的ZnO压敏电阻配合应用中,第一级ZnO压敏电阻残压及通流均大于第二级,第一级ZnO压敏电阻在雷电过电压的防护中主要起到释放雷电波能量的作用;在相同雷电冲击电压下,退耦电感的电感值越大,第一级ZnO压敏电阻通流、残压及吸收能量将增加,第二级ZnO压敏电阻通流、残压及吸收能量将减少。在限压型电涌保护器的实际应用中具有参考价值意义。     

电涌保护器级间导线长度及电感对能量配合的影响

采用8/20μs模拟雷电流冲击试验,在限压型电压保护器两级间分别串联3 m、5 m、7 m、的线缆以及与线缆自身分布电感等值加磁环导线,进行级间能量配合试验,研究分析开关型与限压型电涌保护器级间能量配合效果最佳电感值。得出结论:冲击电压相同,串联线缆越长,第二级保护器压敏电阻电流分流比越小;当串联导线与其电感值相等的空心电感时,各级压敏电阻的级间通流、残压以及吸收能量的分配效果相似,两者可视为等效。     

气体放电管与压敏电阻级间能量配合的分析

针对气体放电管与压敏电阻在雷电波冲击下级间配合的问题,运用雷电波传输理论与雷电冲击电流发生器进行冲击试验相结合的方法.得出:在相同冲击电压下,气体放电管可以增大整体通流效果;气体放电管的残压随总通流呈线性增长,压敏电阻的残压值变化不大,并且与气体放电管的放电电压大小无关;气体放电管的放电电压越大,压敏电阻吸收的能量越多,SPD级间的能量配合效果也更佳。该结论在多级电涌保护器的使用中有一定参考价值。     

电网中电涌后备过电流保护的可靠性分析

电涌保护器(SPD)是电网中常见的电气元件,可以保护电网免于电涌冲击,其可靠性对于电网运行尤为重要。文章研究了电涌保护器及其后备过电流保护的可靠性,通过对电气元件失效率曲线的分析,确定了导通线性区的极限电流值和过电流保护的功能逻辑串联的系统组成结构是决定电涌保护可靠性的主要因素,表明了电涌保护器降额设计和熔断器后备保护可以明显提高电涌保护器可靠性。