浪涌保護(hù)器工作原理

1、.以下是電源系統(tǒng)SPD選擇的要點(diǎn)：1、根據(jù)被保護(hù)線路制式，例如：單相220V、三相220/380V TNC/TNS/TT等，選擇適宜制式SPD2、根據(jù)被保護(hù)設(shè)備的耐沖擊電壓水平，選擇SPD的電壓保護(hù)水平Up。一般終端設(shè)備的耐沖擊電壓1.5kV，具體可參照GB 50343-5.4。Up值小于其耐沖擊電壓即可。3、根據(jù)線路引入方式，有無 因直擊雷擊中而傳到雷電流的風(fēng)險，選擇一級或者二級SPD。一級SPD是有雷電流泄放參數(shù)的10/350波形的。4、根據(jù)GB 50057-6.3.4里的分流計(jì)算，計(jì)算線路所需的泄放電流強(qiáng)度，選擇適宜放電能力的SPD，需要SPD標(biāo)稱放電電流參數(shù)大于線路的分流電涌電流即可。

2、至于型號，不同廠家型號不一，沒什么參考價值。建議選擇知名品牌，現(xiàn)在防雷市場魚龍混雜，不要貪圖廉價而使用劣質(zhì)產(chǎn)品。浪涌保護(hù)器設(shè)計(jì)原理、特性、運(yùn)用X疇Ø設(shè)計(jì)原理在最常見的浪涌保護(hù)器中，都有一個稱為金屬氧化物變阻器Metal Oxide Varistor，MOV的元件，用來轉(zhuǎn)移多余的電壓。如以下圖所示，MOV將火線和地線連接在一起。MOV由三局部組成：中間是一根金屬氧化物材料，由兩個半導(dǎo)體連接著電源和地線。這些半導(dǎo)體具有隨著電壓變化而改變的可變電阻。當(dāng)電壓低于某個特定值時，半導(dǎo)體中的電子運(yùn)動將產(chǎn)生極高的電阻。反之，當(dāng)電壓超過該特定值時，電子運(yùn)動會發(fā)生變化，半導(dǎo)體電阻會大幅降低。如果電壓正常

3、，MOV會閑在一旁。而當(dāng)電壓過高時，MOV可以傳導(dǎo)大量電流，消除多余的電壓。隨著多余的電流經(jīng)MOV轉(zhuǎn)移到地線，火線電壓會恢復(fù)正常，從而導(dǎo)致MOV的電阻再次迅速增大。按照這種方式，MOV僅轉(zhuǎn)移電涌電流，同時允許標(biāo)準(zhǔn)電流繼續(xù)為與浪涌保護(hù)器連接的設(shè)備供電。打個比方說，MOV的作用就類似一個壓敏閥門，只有在壓力過高時才會翻開。另一種常見的浪涌保護(hù)裝置是氣體放電管。這些氣體放電管的作用與MOV一樣 它們將多余的電流從火線轉(zhuǎn)移到地線，通過在兩根電線之間使用惰性氣體作為導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)此功能。當(dāng)電壓處于某一特定X圍時，該氣體的組成決定了它是不良導(dǎo)體。如果電壓出現(xiàn)浪涌并超過這一X圍，電流的強(qiáng)度將足以使氣體電離，從而使

4、氣體放電管成為非常良好的導(dǎo)體。它會將電流傳導(dǎo)至地線，直到電壓恢復(fù)正常水平，隨后它又會變成不良導(dǎo)體。這兩種方法都是采用并聯(lián)電路設(shè)計(jì)多余的電壓從標(biāo)準(zhǔn)電路流入另一個電路。有幾種浪涌保護(hù)器產(chǎn)品使用串聯(lián)電路設(shè)計(jì)抑制電涌它們不是將多余的電流分流到另一條線路，而是通過降低流過火線的電量。根本上說，這些抑制器在檢測到高電壓時會儲存電能，隨后再逐漸釋放它們。制造這種保護(hù)器的公司解釋說該方法可以提供更好的保護(hù)，因?yàn)樗错懰俣雀欤⑶也粫虻鼐€分流，但另一方面，這種分流可能會干擾建筑物的電力系統(tǒng)。抑制二極管：抑制二極管具有箝位限壓功能，它是工作在反向擊穿區(qū)，由于它具有箝位電壓低和動作響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)，特別適合用作多級

5、保護(hù)電路中的最末幾級保護(hù)元件。抑制二極管在擊穿區(qū)內(nèi)的伏安特性可用下式表示：I=CU，上式中為非線性系數(shù)，對于齊納二極管=79，在雪崩二極管=57. Ø抑制二極管的技術(shù)參數(shù)主要有 ：1額定擊穿電壓，它是指在指定反向擊穿電流常為lma下的擊穿電壓，這于齊納二極管額定擊穿電壓一般在2.9V4.7VX圍內(nèi)，而雪崩二極管的額定擊穿電壓常在5.6V200VX圍內(nèi)。 2最大箝位電壓：它是指管子在通過規(guī)定波形的大電流時，其兩端出現(xiàn)的最高電壓。 3脈沖功率：它是指在規(guī)定的電流波形如10/1000s下，管子兩端的最大箝位電壓與管子中電流等值之積。 4反向變位電壓：它是指管子在反向泄漏區(qū)，其兩端所能施加的

6、最大電壓，在此電壓下管子不應(yīng)擊穿。此反向變位電壓應(yīng)明顯高于被保護(hù)電子系統(tǒng)的最高運(yùn)行電壓峰值，也即不能在系統(tǒng)正常運(yùn)行時處于弱導(dǎo)通狀態(tài)。 5最大泄漏電流：它是指在反向變位電壓作用下，管子中流過的最大反向電流。 6響應(yīng)時間：10-11us 作為輔助元件，有些浪涌保護(hù)器還配有內(nèi)置保險絲。保險絲是一種電阻器，當(dāng)電流低于某個標(biāo)準(zhǔn)時，它的導(dǎo)電性能非常好。反之，當(dāng)電流超過了可承受的標(biāo)準(zhǔn)，電阻產(chǎn)生的熱量會燒斷保險絲，從而切斷電路。如果MOV不能抑制電涌，過高的電流將燒斷保險絲，保護(hù)連接的設(shè)備。該保險絲只能使用一次，一旦燒斷就需要更換。 ØSPD前端熔斷器應(yīng)根據(jù)避雷器廠家的參數(shù)安裝。 如廠家沒有規(guī)定，一

7、般選用原那么： 根據(jù)浪涌保護(hù)器的最大保險絲強(qiáng)度A和所接入配電線路最大供電電流B來確定開關(guān)或熔斷器的斷路電流C。 確定方法： 當(dāng)：B>A時 C小于等于A 當(dāng)：BA時 C小于A或不安裝C 當(dāng)：B<A時 C小于B或不安裝C 有些浪涌保護(hù)器具有線路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，用于濾除“線路噪聲，減小電流波動。這種根本浪涌保護(hù)器的系統(tǒng)構(gòu)造非常簡單?；鹁€通過環(huán)形扼流線圈接到電源板插座上。扼流線圈只是一個用磁性材料做成的環(huán)，外面纏繞著導(dǎo)線根本的電磁鐵?；鹁€中所流經(jīng)電流的上下波動會給電磁鐵充電，使其發(fā)出電磁能量，從而消除電流的微小波動。這種“經(jīng)過調(diào)節(jié)的電流更加穩(wěn)定，可使計(jì)算機(jī)或其他電子設(shè)備的供電電流更加平緩。 在電

8、子設(shè)計(jì)中，浪涌主要指的是電源(只是主要指電源)剛開通的那一瞬息產(chǎn)生的強(qiáng)力脈沖,由于電路本身的非線性有可能有高于電源本身的脈沖;或者由于電源或電路中其它局部受到本身或外來尖脈沖干擾叫做浪涌。它很可能使電路在浪涌的一瞬間燒壞,如PN結(jié)電容擊穿,電阻燒斷等等。 而浪涌保護(hù)就是利用非線性元器件對高頻(浪涌)的敏感設(shè)計(jì)的保護(hù)電路,簡單而常用的是并聯(lián)大小電容和串聯(lián)電感。Ø浪涌保護(hù)器SPD的分類 按工作原理分： 1開關(guān)型：其工作原理是當(dāng)沒有瞬時過電壓時呈現(xiàn)為高阻抗，但一旦響應(yīng)雷電瞬時過電壓時，其阻抗就突變?yōu)榈椭?，允許雷電流通過。用作此類裝置時器件有：放電間隙、氣體放電管、閘流晶體管等。 2限壓型：

9、其工作原理是當(dāng)沒有瞬時過電壓時為高阻擾，但隨電涌電流和電壓的增加其阻抗會不斷減小，其電流電壓特性為強(qiáng)烈非線性。用作此類裝置的器件有：氧化鋅、壓敏電阻、抑制二極管、雪崩二極管等。 3分流型或扼流型 分流型：與被保護(hù)的設(shè)備并聯(lián)，對雷電脈沖呈現(xiàn)為低阻抗，而對正常工作頻率呈現(xiàn)為高阻抗。 扼流型：與被保護(hù)的設(shè)備串聯(lián)，對雷電脈沖呈現(xiàn)為高阻抗，而對正常的工作頻率呈現(xiàn)為低阻抗。 用作此類裝置的器件有：扼流線圈、高通濾波器、低通濾波器、1/4波長短路器等。 按用途分：1電源保護(hù)器：交流電源保護(hù)器、直流電源保護(hù)器、開關(guān)電源保護(hù)器等。 2信號保護(hù)器：低頻信號保護(hù)器、高頻信號保護(hù)器、天饋保護(hù)器等。 Ø浪涌保

10、護(hù)器及其應(yīng)用1、浪涌電壓 電路在遭雷擊和在接通、斷開電感負(fù)載或大型負(fù)載時常常會產(chǎn)生很高的操作過電壓，這種瞬時過電壓或過電流稱為浪涌電壓或浪涌電流，是一種瞬變干擾：例如直流6V繼電器線圈斷開時會出現(xiàn)300V600V的浪涌電壓；接通白熾燈時會出現(xiàn)810倍額定電流的浪涌電流；當(dāng)接通大型容性負(fù)載如補(bǔ)償電容器組時，常會出現(xiàn)大的浪涌電流沖擊，使得電源電壓突然降低；當(dāng)切斷空載變壓器時也會出現(xiàn)高達(dá)額定電壓810倍的操作過電壓。浪涌電壓現(xiàn)象日趨嚴(yán)重地危及自動化設(shè)備平安工作，消除浪涌噪聲干擾、防止浪涌損害一直是關(guān)系到自動化設(shè)備平安可靠運(yùn)行的核心問題。現(xiàn)代電子設(shè)備集成化程度在不斷提高，但是它們的抗御浪涌電壓能力卻在

11、下降。在多數(shù)情況下，浪涌電壓會損壞電路及其部件，其損壞程度與元器件的耐壓強(qiáng)度密切相關(guān)，并且與電路中可以轉(zhuǎn)換的能量相關(guān)。 為了防止浪涌電壓擊毀敏感的自動化設(shè)備，必須使出現(xiàn)這種浪涌電壓的導(dǎo)體在非常短的時間內(nèi)同電位均衡系統(tǒng)短接引入大地。在其放電過程中，放電電流可以高達(dá)幾千安，與此同時，人們往往期待保護(hù)單元在放電電流很大時也能將輸出電壓限定在盡可能低的數(shù)值上。因此，空氣火花間隙、充氣式過電壓放電器、壓敏電阻、雪崩二極管、TVSTransientvoltagesuppressor、FLASHTRAB、VALETRAB、SOCKETTRAB、MAINTRAB等元器件，是單獨(dú)或以組合電路形式被應(yīng)用到被保護(hù)電

12、路中，因?yàn)槊總€元器件有其各自不同的特性，并且具有不同的性能：放電能力；響應(yīng)特性；滅弧性能；限壓精度。根據(jù)不同的應(yīng)用場合以及設(shè)備對浪涌電壓保護(hù)的要求，可根據(jù)各類產(chǎn)品的特性來組合出符合應(yīng)用要求的過電壓保護(hù)系統(tǒng)。2、浪涌電壓吸收器 浪涌噪聲常用浪涌吸收器進(jìn)展抑制，常用的浪涌吸收器有：1氧化鋅壓敏電阻氧化鋅壓敏電阻是以氧化鋅為主體材料制成的壓敏電阻，其電壓非線性系數(shù)高，容量大、殘壓低、漏電流小、無續(xù)流、伏安特性對稱、電壓X圍寬、響應(yīng)速度快、電壓溫度系數(shù)小，且具有工藝簡單、本錢低廉等優(yōu)點(diǎn)，是目前廣泛使用的浪涌電壓保護(hù)器件。適用于交流電源電壓的浪涌吸收、各種線圈、接點(diǎn)間浪涌電壓吸收及滅弧，三極管、晶閘管等

13、電力電子器件的浪涌電壓保護(hù)。2R、C、D組合浪涌吸收器R、C、D組合浪涌吸收器比擬適用于直流電路，可根據(jù)電路的特性對器件進(jìn)展不同的組合，如圖1a適用于高電平直流控制系統(tǒng)，而圖1b中采用齊納穩(wěn)壓管或雙向二極管，適用于正反向需要保護(hù)的電路。 圖1R、C、D浪涌保護(hù)器 (a)單向保護(hù)(b)雙向保護(hù)圖2TVS電壓電流時間特性 3瞬態(tài)電壓抑制器TVS當(dāng)TVS兩極受到反向高能量沖擊時，它能以1012s級的速度，將其兩極間的阻抗由高變低，吸收高達(dá)數(shù)kW的浪涌功率，使兩極的電位箝位于預(yù)定值，有效地保護(hù)自動化設(shè)備中的元器件免受浪涌脈沖的損害。TVS具有響應(yīng)時間快、瞬態(tài)功率大、漏電流低、擊穿電壓偏差小、箝位電壓容

14、易控制、體積小等優(yōu)點(diǎn)，目前被廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備等領(lǐng)域。TVS的特性其正向特性與普通二極管一樣，反向特性為典型的PN結(jié)雪崩器件。圖2是TVS的電流時間和電壓時間曲線。在浪涌電壓的作用下，TVS兩極間的電壓由額定反向關(guān)斷電壓VWM上升到擊穿電壓Vbr而被擊穿。隨著擊穿電流的出現(xiàn)，流過TVS的電流將到達(dá)峰值脈沖電流IPP，同時在其兩端的電壓被箝位到預(yù)定的最大箝位電壓VC以下。其后，隨著脈沖電流按指數(shù)衰減，TVS兩極間的電壓也不斷下降，最后恢復(fù)到初態(tài)，這就是TVS抑制可能出現(xiàn)的浪涌脈沖功率，保護(hù)電子元器件的過程。TVS與壓敏電阻的比擬目前，國內(nèi)不少需要進(jìn)展浪涌保護(hù)的設(shè)備上應(yīng)用壓敏電阻較為普遍，TVS與

15、壓敏電阻性能比擬如表1所示：表1TVS與壓敏電阻的比擬參數(shù) TVS 壓敏電阻 反響速度 1012s 50×109s 是否老化 否 是 最高使用溫度 175 115器件極性 單雙極性 單極性 反向漏電流 5A 200A 箝位因子VC/Vbr 不大于15 最大78 封閉性質(zhì) 密封 透氣 價格 較貴 廉價 3、綜合浪涌保護(hù)系統(tǒng)組合3.1三級保護(hù)自動控制系統(tǒng)所需的浪涌保護(hù)應(yīng)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中進(jìn)展綜合考慮，針對自動控制裝置的特性，應(yīng)用于該系統(tǒng)的浪涌保護(hù)器根本上可以分為三級，對于自動控制系統(tǒng)的供電設(shè)備來說，需要雷擊電流放電器、過壓放電器以及終端設(shè)備保護(hù)器。數(shù)據(jù)通信和測控技術(shù)的接口電路，比各終端的供電系

16、統(tǒng)電路顯然要靈敏得多，所以必須對數(shù)據(jù)接口電路進(jìn)展細(xì)保護(hù)。自動化裝置的供電設(shè)備的第一級保護(hù)采用的是雷擊電流放電器，它們不是安裝在建筑物的進(jìn)口處，就是在總配電箱里。為保證后續(xù)設(shè)備不承受太高的殘壓，必須根據(jù)被保護(hù)X圍的性質(zhì)，在下級配電設(shè)施中安裝過電壓放電器，作為二級保護(hù)措施。第三級保護(hù)是為了保護(hù)儀器設(shè)備，采取的方法是，把過電壓放電器直接安裝在儀器的前端。自動控制系統(tǒng)三級保護(hù)布置如圖3所示。在不同等級的放電器之間，必須遵守導(dǎo)線的最小長度規(guī)定。供電系統(tǒng)中雷擊電流放電器與過壓放電器之間的距離不得小于10m，過壓放電器同儀器設(shè)備保護(hù)裝置之間的導(dǎo)線距離那么不應(yīng)小于5m即一級SPD與二級SPD連接線路間距至少1

17、0米，二級SPD與三級SPD連接線路間距至少5米。3.2三級保護(hù)器件1充有惰性氣體的過電壓放電器是自動控制系統(tǒng)中應(yīng)用較廣泛的一級浪涌保護(hù)器件。充有惰性氣體過電壓放電器，一般構(gòu)造的這類放電器可以排放20kA8/20s或者2.5kA10/350s以內(nèi)的瞬變電流。氣體放電器的響應(yīng)時間處于nsX圍，被廣泛地應(yīng)用于遠(yuǎn)程通信X疇。該器件的一個缺點(diǎn)是它的觸發(fā)特性與時間相關(guān)，其上升時間的瞬變量同觸發(fā)特性曲線在幾乎與時間軸平行的X圍里相交。因此保護(hù)電平將同氣體放電器額定電壓相近。而特別快的瞬變量將同觸發(fā)曲線在十倍于氣體放電器額定電壓的工作點(diǎn)相交，也就是說，如果某個氣體放電器的最小額定電壓90V，那么線路中的殘壓

18、可高達(dá)900V。它的另一個缺點(diǎn)是可能會產(chǎn)生后續(xù)電流。在氣體放電器被觸發(fā)的情況下，尤其是在阻抗低、電壓超過24V的電路中會出現(xiàn)以下情況：即原來希望維持幾個ms的短路狀態(tài)，會因?yàn)樵摎怏w放電器繼續(xù)保持下去，由此引起的后果可能是該放電器在幾分之一秒的時間內(nèi)爆碎。所以在應(yīng)用氣體放電器的過電壓保護(hù)電路中應(yīng)該串聯(lián)一個熔斷器，使得這種電路中的電流很快地被中斷。圖3放電器分布圖2壓敏電阻被廣泛作為系統(tǒng)中的二級保護(hù)器件，因壓敏電阻在ns時間X圍內(nèi)具有更快的響應(yīng)時間，不會產(chǎn)生后續(xù)電流的問題。在測控設(shè)備的保護(hù)電路中，壓敏電阻可用于放電電流為2.5kA5kA8/20s的中級保護(hù)裝置。壓敏電阻的缺點(diǎn)是老化和較高的電容問題，老化是指壓敏電阻中二極管的PN局部，在通常過載情況下，PN結(jié)會造成短路，其漏電流將因此而增大，其值的大小取決于承載的頻繁程