低壓線路在線SPD 安全性能檢測及監(jiān)測探討

1、隨著電涌保護器（SPD） 防護技術(shù)的普及， 在線SPD 數(shù)量越來越多， 但安裝多年的低壓線路在線SPD 的安全性能問題并未引起業(yè)主的足夠重視。文章列舉了在線SPD 安全性能維護、檢測的相關(guān)規(guī)范要求， 探討了實際在線SPD 檢測過程中存在的一些問題， 提出一種在線SPD 實時動態(tài)監(jiān)測、管理系統(tǒng)， 并對該系統(tǒng)的軟、硬件構(gòu)架及功能進行了介紹。 關(guān)鍵詞 電涌保護器（SPD） 安全性能 檢測 監(jiān)測 管理 1 低壓線路在線SPD 安全性能應(yīng)引起重視 建筑物防雷設(shè)計規(guī)范（GB 50057- 94， 2000年版） 及建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范（GB 50343-2004） 出臺以來，建筑物的低壓供電線路

2、、信息傳輸線路， 如： 信息系統(tǒng)中心（計算機網(wǎng)絡(luò)中心， 有線、無線通信機房， 有線電視機房） 的電源設(shè)備或電力電子設(shè)備； 建筑物整體安全監(jiān)控中心（如消防監(jiān)控中心， 電梯控制室， 樓宇自動控制中心） 的電源設(shè)備； 重要的大型電氣設(shè)備（如消防用電動機，中央空調(diào)用電動機， 電梯動力設(shè)備， 變頻生活給水泵）， 尤其是配備智能控制模塊、電子監(jiān)控模塊、電力電子模塊或裝置的設(shè)備； 關(guān)系人身安全的場所（如醫(yī)院手術(shù)室、急救室、監(jiān)護室、電子醫(yī)療設(shè)備室） 的供電和照明線路， 都普遍采用了電涌保護（SPD），用于限制瞬態(tài)過電壓和泄放電涌電流。 SPD 作為建筑電氣的一部分， 一般并聯(lián)設(shè)置在配電線路，SPD平時不導(dǎo)通時

3、呈高阻狀態(tài)， 當雷擊電涌達到開啟門限導(dǎo)通時， 瞬變?yōu)榈妥锠顟B(tài)將雷擊電涌電流泄流入地， 以起到良好地保護電氣、電子設(shè)備的作用。 隨著SPD 防護的普及， 在線SPD 數(shù)量越來越多。設(shè)置在配電線路的SPD 長期在線運行時， 在抵御雷擊脈沖侵擾的同時， 也在自然老化； 一旦SPD劣化， 使用ZnO 壓敏材料的器件， 由于壓敏電阻性能劣化， 會導(dǎo)致溫度升高， 引起壓敏電阻熱崩潰， 從而導(dǎo)致漏電流增大且防護功能失效， 嚴重時可能發(fā)生器件爆炸、起火1； 當雷擊發(fā)生時， SPD 已失去防御功能， 雷擊電涌將會影響樓宇內(nèi)電氣設(shè)備、信息系統(tǒng)設(shè)備的正常運行。 然而， 一般單位不具有防雷專職管理人員， 在線多年的S

4、PD 存在的安全隱患可能未引起人們的足夠重視， 在此， 筆者呼吁： 一方面， 業(yè)主應(yīng)重視安裝多年的SPD 安全性能現(xiàn)狀； 另一方面， 建筑物防雷裝置檢測技術(shù)規(guī)范（GB / T 2143 1 - 2 008）已于2008 年10 月1 日實施，防雷檢測工作者應(yīng)切實有效地做好SPD 安全性能檢測、評價。對無人值守的重要場所， 以實施在線SPD 實時動態(tài)監(jiān)測、管理為宜。 2 在線SPD 常規(guī)維護、檢測相關(guān)要求 對于在線SPD 維護， 建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范8 1 3 條規(guī)定： “日常性維護應(yīng)在每次雷擊之后進行。在雷電活動強烈的地區(qū)， 對防雷裝置應(yīng)隨時進行目測檢查?！?8 1 8 條規(guī)定： “

5、檢查各類浪涌保護器的運行情況： 有無接觸不良、漏電流是否過大、發(fā)熱、絕緣是否良好、積塵是否過多等， 出現(xiàn)故障， 應(yīng)及時排除?！?建筑物防雷裝置檢測技術(shù)規(guī)范對電源SPD 的測試作出如下規(guī)定。 5 8 3 1 條規(guī)定： SPD 運行期間， 會因長時間工作或因處在惡劣環(huán)境中而老化， 也可能因受雷擊電涌而引起性能下降、失效等故障。因此需定期進行檢查。如測試結(jié)果表明SPD 劣化， 或狀態(tài)指示指出SPD 失效， 應(yīng)及時更換。 5 8 3 2 條規(guī)定： 泄漏電流Ile的測試： 除電壓開關(guān)型外， SPD 在并聯(lián)接入電網(wǎng)后都會有微安級的電流通過， 如果此值偏大， 說明SPD 性能劣化， 應(yīng)及時更換?？墒褂梅览自?/p>

6、件測試儀或泄漏電流測試表對限壓型SPD 的Ile值進行靜態(tài)試驗。規(guī)定在0 . 75 U1mA下測試。 5 8 3 3 條規(guī)定直流參考電壓（U1mA） 的測試： a . 本試驗僅適用于以金屬氧化物壓敏電阻（MOV） 為限壓元件且無其他并聯(lián)元件的SPD。主要測量在MOV 通過1 mA 直流電流時， 其兩端的電壓值。 b . 將SPD 的可插拔模塊取下測試， 按測試說明書連接進行測試。 c . 將測試儀器的輸出電壓值按儀器使用說明及試品的標稱值選定， 并逐漸提高， 直到測到通過1mA 直流電流時的壓敏電壓。 從上述相關(guān)要求可看到， 在線SPD 的具體現(xiàn)場檢測， 仍然是要取下SPD 離線進行檢測。“壓

7、敏電壓測試儀” 僅測試氧化鋅閥片壓敏電壓， 以確定其雷擊電涌發(fā)生時SPD 導(dǎo)通門限電壓。同理， 用“泄漏電流Ile測試儀” 也僅可離線測試氧化鋅閥片的泄漏電流Ile值。而便攜式“ 雷電電涌測試儀” 提供1. 2 / 50 s - 8 / 20 s 組合波的6 kV / 3 kA 可調(diào)模擬電涌， 產(chǎn)品說明書稱： 可做放電間隙放電（動作） 電壓、MOV 型SPD 限制電壓（ 殘壓） 的測試。但如要對標稱放電電流In為幾十kA （8 / 20 s）的SPD 實施檢測， 試驗沖擊電流3 kA 是否顯得小了點？ 據(jù)了解， 具有一定生產(chǎn)規(guī)模的SPD 生產(chǎn)廠家一般具備數(shù)種模擬雷擊波沖擊試驗設(shè)備。如金屬氧化物

8、壓敏電阻（MOV） ， 倘若產(chǎn)品標稱放電電流In為80kA （8 / 20 s）， 在篩選閥片試驗時， 至少使用20kA （8 / 20 s） 進行沖擊選片。 低壓配電系統(tǒng)的電涌保護器（SPD） %第1 部分： 性能要求和試驗方法（GB 18802. 1 - 2002） 中7 5 2 條規(guī)定用8 / 20 s 沖擊電流測量殘壓的試驗步驟： a . 應(yīng)依次施加峰值約為0. 1； 0. 2； 0. 5； 1. 0和2 In的8 / 20 s 沖擊電流。 注： 如果2 In試驗電流超過電器的Imax， 那么最終的試驗值可放寬到1. 2 In 。 b . 對SPD 施加一個正極性和一個負極性序列。 c

9、 . 最后， 如果Imax或Ipeak大于In， 則至少對SPD 施加一次Imax或Ipeak沖擊電流， 電流極性為前面試驗中殘壓較大的極性。 d . 每次沖擊的間隔時間應(yīng)足以使試品冷卻到環(huán)境溫度。 e . 每次沖擊應(yīng)記錄電流和電壓示波圖。把沖擊電流和電壓的峰值（絕對值） 繪成放電電流與殘壓的關(guān)系曲線圖， 應(yīng)畫出最吻合數(shù)據(jù)點的曲線。曲線上應(yīng)有足夠的點， 以確保直至Ima或Ipeak的曲線沒有明顯的偏差。 f . 決定限制電壓的殘壓由下列電流范圍內(nèi)相應(yīng)曲線的最高電壓值來確定， 級： 直到Ipeak或In取較大值；級： 直到In 。 相關(guān)行業(yè)專業(yè)試驗室、國家級SPD 測試試驗室一般根據(jù)低壓配電系統(tǒng)

10、的電涌保護器（SPD） %第1 部分： 性能要求和試驗方法規(guī)定，對SPD 生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品做送檢試驗或抽檢試驗。 現(xiàn)實中的在線SPD， 如果所處雷擊環(huán)境比較惡劣， 可能有的SPD 已經(jīng)遭受數(shù)次電涌沖擊， 處于正常與損壞的臨界區(qū)域， 即便用“ 壓敏電壓測試儀”、“ 泄漏電流I le測試儀” 與“ 雷電電涌測試儀” 做現(xiàn)場測試， 也很難判定被測SPD 合格與否。特別是一些單位未建立SPD 遙測監(jiān)控， 所安裝的SPD 不具備聲光報警功能， 在線SPD 可能會埋下安全隱患。 3 在線雷擊過電流智能監(jiān)測、管理系統(tǒng) 眾所周知， 上述在線SPD 的具體現(xiàn)場檢測， 勢必需要投入大量的人力、物力、財力， 因為檢測

11、工作必須由取得計量論證合格、由技術(shù)監(jiān)督機構(gòu)授以CMA （ China Metrology Accreditation， 中國計量認證） 圖章、并取得氣象主管機構(gòu)授權(quán)的合法檢測機構(gòu)方可檢測。筆者認為： “在線雷擊過電流智能監(jiān)測、管理系統(tǒng)” 才是實時、動態(tài)監(jiān)測記錄雷擊、判別在線SPD 正常與否的有效工具， 相關(guān)技術(shù)已獲得專利。 3 1 在線雷擊過電流智能監(jiān)測、管理系統(tǒng)組成 3 1 1 硬件系統(tǒng)構(gòu)架 a . 入侵雷擊電流采集探頭（傳感器）， 高靈敏度設(shè)計， 動態(tài)范圍大， 為每線1 100 kA （8 / 20 s），響應(yīng)速度快。 b . 現(xiàn)場終端， 使用工業(yè)級器件， 兩級Watchdog （看門狗）

12、 設(shè)計， 高速FPGA （現(xiàn)場可編程邏輯門陣列） 采集芯片， 采用寬電源供電， 電涌防護、強脈沖抑制等措施。FPGA 配接、流程示意框圖見下圖。 c . 中心顯示平臺， 專用服務(wù)器一臺， 安裝Windows Server 系統(tǒng)， 運行專為系統(tǒng)開發(fā)的軟件包和SQL 數(shù)據(jù)庫。 3 1 2 軟件系統(tǒng)構(gòu)架 a . 采用Client / Server （ 客戶/ 服務(wù)器） 結(jié)構(gòu)， 后臺采用SQL 數(shù)據(jù)庫， 支持Web 訪問和查詢，支持終端管理功能（ 用戶可以創(chuàng)建新的終端，定義終端的屬性及終端每個采集口的名稱以方便管理）。 b . 報警窗口在系統(tǒng)設(shè)置的響應(yīng)時間內(nèi)未響應(yīng)，系統(tǒng)將發(fā)短信通知相應(yīng)用戶； 報警窗口

13、關(guān)閉， 系統(tǒng)則不發(fā)送短信。 c . 在線SPD 管理， 管理SPD 的基本屬性和參數(shù)， 如： 編號、品牌、型號、安裝時間、雷擊次數(shù)、雷擊時間、泄流電流幅值及波形。 d . 現(xiàn)場終端管理， 包括終端基本信息和參數(shù)管理， 以及終端開關(guān)量及模擬電流與SPD 的對應(yīng)設(shè)置。 e . 報警管理， 報警觸發(fā)分兩種情況： 第一， 在線SPD 損壞， 在線SPD 受雷擊后， 動態(tài)監(jiān)測性能變化。第二， 系統(tǒng)定時檢測， 針對SPD 使用壽命期限等情況， 在其即將失效前進行預(yù)警， 提醒更換， 從而能更加有效地保護設(shè)備。 報警設(shè)置， 設(shè)置在線SPD 不同型號的不同報警條件， 1 個型號對應(yīng)1 條報警規(guī)則。報警記錄查詢，

14、 根據(jù)報警信息、報警時間、處理情況等進行查詢。 f . 維護管理， 包括： 權(quán)限管理， 支持多用戶分級權(quán)限管理， 對Web 訪問用戶給予最低權(quán)限； 基礎(chǔ)資料管理， 給系統(tǒng)內(nèi)各在線SPD 建立基礎(chǔ)信息庫；報表維護， 統(tǒng)計雷擊記錄（日期、地點、在線SPD泄流電流）， 統(tǒng)計在線SPD 更換記錄（日期、地點、在線SPD 型號）。 3 2 在線雷擊過電流智能監(jiān)測、管理系統(tǒng)主要特點與技術(shù)指標 a . 對低壓供電線路、信息傳輸線路雷電入侵次數(shù)統(tǒng)計； 對入侵雷擊信號的最大值、持續(xù)時間、極性等參數(shù)的采集， 采集范圍每線1 100 kA （8 / 20 s）；對雷擊信號持續(xù)高速采集、數(shù)字濾波及對有效數(shù)據(jù)與無效數(shù)據(jù)

15、進行分離處理， 將所采集的有效數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并處理還原真值及波形。 b . 使用10 / 100 Base - T 通訊接口， 支持短信功能和GPRS （通用分組無線業(yè)務(wù)） 通信。 c . 現(xiàn)場數(shù)據(jù)實時發(fā)送到監(jiān)控中心。 d . 工作電壓： 220V AC 、48V DC 任選。 e . 采集數(shù)據(jù)精度： D 10 位。 f . 系統(tǒng)還原真值平均誤差精度： E 5%。 g . 圖表化管理， 支持生成各類統(tǒng)計報表。將雷擊入侵泄流電流的大小和波形以及在線SPD 的動作情況圖表化顯示。 h . 在線SPD 臺帳管理。 i . 為保證系統(tǒng)可靠運行， 系統(tǒng)設(shè)計了完善的運行狀態(tài)自檢程序： 采集探頭異常、通訊異常、溫度異常、終端異常等的自檢。當系統(tǒng)發(fā)生上述異常時均會發(fā)出報警信號， 提醒用戶檢修或更換故障設(shè)備。 4 結(jié)束語 由于雷擊的突發(fā)性、瞬變性， 即使具有雷擊過電流燒蝕、熔損的客觀痕跡的物理特性， 也很難判斷其雷擊電流幅值， 何況許多雷災(zāi)現(xiàn)場往往找不到痕跡。以往安裝SPD 的場所沒有科學、量化的技術(shù)儀表直觀顯現(xiàn)雷擊電流幅值參數(shù)及波形。如今， “在線雷擊過電流智能監(jiān)測、管理系統(tǒng)”的應(yīng)用， 實現(xiàn)了雷擊電流從定性到定量的在線測量與分析。對雷電可能經(jīng)常光顧或者SPD 設(shè)置數(shù)量較多的場所， 有意識地設(shè)置“在線雷