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浪涌保护器(SPD)设计应用中的问题及措施

发表日期:03月16 2023 文章编辑:原创 浏览次数:668次

低压配电系统需要安装适配的浪涌保护器才能确保线路及设备的安全。而在设计工程中,往往会遇到很多问题,例如后备保护器、各级浪涌保护器之间的设置等问题。今天,钧和电子针对这些应用中的问题及措施进行分析。


钧和电子浪涌保护器


一是,SPD后备保护选择

GB 51348—2019第11.9.11条要求,SPD安装线路上应设置过电流保护器件,该过电流保护器件应具备如下能力:

1.分断SPD安装线路的预期短路电流;

2.耐受通过SPD的电涌电流不断开;

3.分断SPD内置热保护所不能断开的工频电流。

当后备保护不匹配时,容易发生误动作或SPD劣化过流不动作的情况,带来一定的安全隐患。对于上文提出的第1条要求,应首先确定SPD安装位置的系统预期短路电流,然后核实后备保护的短路分断能力是否与系统预期短路电流匹配;对于后两条要求,工程中为减少设计或安装差错形成的安全隐患,建议选择带配套后备保护装置的SPD产品或者SPD与后备保护一体化的产品。

二是,SPD的级间配合

由于单个SPD很难同时满足泄流、限压、反应时间等防护能力指标(复合型SPD按2个SPD考虑),因此系统中往往需要2个或多个SPD协调配合使用。通常,上级SPD主要用于雷电流的泄放,而次级SPD主要用于限制系统过电压。由于SPD自身的构造特性,开关型SPD(如放电间隙)通常用于前端泄放雷电流,其泄流能力更强,但反应速度相对较慢。而限压型SPD(如金属氧化物压敏电阻器),通常用于设备端限压,其泄流能力相对较弱,但反应速度更快。当两级SPD的安装距离较小时,次级SPD会优先导通,而此时大电流会率先从次级SPD流入大地可能导致次级SPD损坏,较高的残压导致设备损坏,同时会出现上级SPD没有及时导通的情况。

因此,GB 51348—2019第11.9.4条提出,当上级电涌保护器为开关型SPD,次级电涌保护器为限压型SPD时,两者之间的线路长度应大于10m;当上级与次级电涌保护器均采用限压型时,两者之间的线路长度应大于5m,否则应加装退耦装置,或者采用复合型SPD。


钧和电子分享浪涌保护器级间配合


三是,SPD的极数选择

SPD产品分为1P、1P+N、2P、3P +N、4P几种极数模式,在设计选型时容易被忽视,应依据GB50057附录J的要求,根据系统的接地形式的不同、导线芯数的不同以及RCD与SPD的相对位置,确定极数的选择。

四是,SPD的过度设置

对于SPD的设置,应根据被保护设备的需要进行设置。由于SPD长时间在线,其性能会在雷电电涌冲击以及自身的自然老化作用下逐渐下降甚至失效。劣化后的SPD,其阈值电压会降低,低阻性则逐步加剧,进而导致持续漏电流的产生。随着漏电流的逐渐增加,,就会导致SPD本体温度逐渐升高,甚至发生火灾,而后备保护也有保护失效的情况。因此,建筑物内的SPD设置并非越多越好。

对于中间级配电箱,当不与设备直接相连且上下级配电箱(柜)均设置有SPD保护时,考虑其自身的耐冲击电压值为4kV,大于上下端配电箱SPD的电压保护水平Up(≤2.5kV),故当系统内无造成过电压的冲击类负荷时,一般可不设置SPD。

对于民用建筑内固定安装的非智能控制的风机、水泵配电箱,当设备及线路均位于室内LPZ1或LPZ2区,且前端配电总箱设置有SPD时,考虑其自身的耐冲击电压值亦为4kV(见表3),大于前端配电箱SPD的电压保护水平Up(≤2.5kV),其现场配电箱也可不设置SPD。

对于住宅、办公套间内的末端配电箱,尽管末端连接有电脑等电子产品。由于使用者具有配电箱的所有权,但通常无维护SPD的能力。因此,除非有设备升出屋面或高层的侧立面安装,否则通常不建议安装SPD,而其电涌保护应由在其上级层配电箱内设置的SPD提供。

五是,Ⅱ级试验SPD与Ⅰ级试验SPD的替换关系

在工程应用中,由于I级试验(10/350μs波形)的SPD相对Ⅱ级试验(8/20μs波形)的SPD造价通常更为昂贵,且电压保护水平Up值更大。因此,当系统中预期每一保护模式的冲击电流计算值较小时,可考虑采用Ⅱ级试验SPD进行替代。

GB 51348—2019表11.9.5显示I级试验SPD的冲击电流值Iimp(10/350μs 波形)与Ⅱ级试验SPD的标称电流值In(8/20μs波形)为4倍的转换关系。如用标称电流值为80kA的Ⅱ级试验SPD替换冲击电流值为20kA的I级试验SPD。

GB 50057—2010第4.5.4条条文说明提出上述替换倍数为10倍的关系,如用标称电流值为20kA的Ⅱ级试验SPD(最大放电电流雷电流Imax值为40kA) 替换冲击电流Iimp值为2kA的I级试验SPD。与此同时,文献[9]及文献[10]均认为该替换关系为10倍。因此,本文认为该两种SPD电流参数的替换关系采用10倍是比较合适的。

由于目前国内市场仅有少数品牌Ⅱ级试验SPD的标称电流In值做到了80kA,更多的品牌最大只做到了60kA。因此,本文建议当计算冲击电流Iimp值(10/350μs 波形)小于或等于6kA时,可采用标称放电电流为10倍冲击电流值的Ⅱ级试验SPD进行替代,以节省造价。当计算Iimp值大于6kA时,建议依然采用I级试验的SPD。

六是,关于在屋面配电箱内开关电源侧装设Ⅱ级试验SPD的理解

GB 50057—2010第4.5.4条要求对固定在建筑物外立面或屋面上的用电设备,其配电箱内应在开关电源侧装设Ⅱ级试验SPD。对执行本条的理解如下,当该配电箱设在屋面时,其电源侧的电缆也暴露在LPZ0A区或LPZ0B区,如果将SPD设置在配电箱母排处,当雷电击中电源侧电缆且主开关断开时,由于得不到主开关负荷侧SPD的保护,电源侧电缆可能将较大的雷击电涌电流引入室内,且雷击过电压会击穿电气绝缘和损坏主开关。所以,此时应在主开关电源侧装设SPD,以防止直击雷电流进入建筑物内,并保护电气绝缘层和主开关。


钧和电子分享电源侧装设浪涌保护器


关于对屋面配电箱装设Ⅱ级试验SPD的理解,设计中应根据实际工程的分流条件进行计算,明确预期雷击电流是否不大于6kA,以此来确定是否采用Ⅱ级试验SPD来替代I级试验SPD。当计算雷电分流较大时,常用的Ⅱ级试验SPD可能达不到相应的泄流能力,此时应根据被保护装置的耐冲击电压水平选择装设I级试验SPD或 I+Ⅱ级复合型SPD。如果只是为了与上级总进线配电箱处SPD的能量配合,而直接采用Ⅱ级试验SPD,反而会对系统的安全性不利。

 

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