電涌保護器的檢測

電涌保護器的檢測

黃克儉

2012年11月

電涌保護器的檢測1、什么是電涌保護器2、電涌保護器的檢測1.什么是電涌保護器1.1電涌保護器的定義1.2電涌保護器的原理1.3電涌保護器的分類1.4電涌保護器的主要技術(shù)參數(shù)1.1電涌保護器的定義是一種保護電器。英文：Surgeprotectivedevice，簡寫:SPD目的在于限制瞬態(tài)過電壓和分走電涌電流的器件，它至少含有一非線性元件。電涌保護器的一些不同的叫法：電壓限制器、過電壓保護器、電流放電器、避雷器、防雷器、浪涌保護器等。1.2電涌保護器的原理是利用某些物質(zhì)或元器件的電阻非線性特性，來限制瞬態(tài)過電壓和分走電涌電流，以達到保護用電設備的目的。如圖1:線性電阻與非線性電阻的伏安特性

線性電阻的伏安特性

限壓型非線性電阻的伏安特性開關型非線性電阻的伏安特性

IVIVV啟IVV點常用的非線性元件開關型:放電間隙(火花隙）、放電管限壓型:壓敏電阻（閥片Sic、ZnO、MOV）、瞬態(tài)抑制二極管（TVS）、固體放電管。ArcChopping

sparkgapArcChopping火花隙gas-filled

surgearrester充氣放電器VDR壓敏電阻suppressor

diode抑制二極管TT019CN18.11.98傳輸線分流型SPD的原理用電設備接收機

高通濾波（用于高頻信號）低通濾波（電源系統(tǒng)）

1.3電涌保護器的分類按元件性質(zhì)分類：開關型、限壓型、組合型電壓開關型SPD是無電涌出現(xiàn)時為高阻抗，當出現(xiàn)電壓電涌時突變?yōu)榈妥杩埂Ｍǔ２捎梅烹婇g隙、充氣放電管、閘流管和三端雙間可控硅元件。也稱“短路型”SPD。電壓限制型SPD是沒有電涌時具有高阻抗，但隨著電涌電流和電壓的上升，其阻抗跟著連續(xù)變小。通常采用壓敏電阻、抑制二極管等元件，也稱作“箝壓型”SPD。組合型SPD是由電壓開關型元件和電壓限制型元件組合而成，其特性隨所加電壓的特性可以表現(xiàn)為電壓開關型、電壓限制型或兩者皆有。

1.3電涌保護器的分類按用途分類：電源、信號和天饋連接至低壓配電系統(tǒng)SPD和連接至電信及信號網(wǎng)絡SPD

電源SPD信號SPD天饋SPD

1.3電涌保護器的分類按外型分類：模塊式、箱式

箱式SPD模塊式SPD

1.3電涌保護器的分類按接線端口分類：一端口、二端口LiLiLLiLoMOVMOV1MOV2PEPEPEPE二端口(串聯(lián)SPD）

3.3電涌保護器的分類

“4+0”模式“3+1”模式“2+0”模式“1+1”模式按保護模式分類（低壓電源）：“3+1”或“1+1”模式、“4+0”或“2+0”模式保護模式：SPD保護元件可以連接在相對相、相對地、相對中線、中線對地及組合。這些連接方式稱作保護模式。TT系統(tǒng)中采用“4+0”保護模式接線方式

RAL3L1L2被保護設備N故障電流RBF1F2

TT系統(tǒng)中采用“3+1”保護模式接線方式

RA被保護設備NRBL3L1L2F1F2按測試實驗等級分類Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類試驗等級的電涌保護器Ⅰ級分類實驗：用標稱放電電流In、1.2/50us沖擊和最大沖擊電流Iimp做的試驗；Iimp的波形為10/350usⅡ級分類實驗：用標稱放電電流In

、1.2/50us沖擊和最大沖擊電流Imax做的試驗；Imax的波形為8/20usⅢ級分類實驗：用混合波（1.2/50us、8/20us）做的試驗。（開路電壓和短路電流峰值的最大值分別為20KV和10KA，超過此值，應用Ⅱ級分類實驗方法）低壓電源系統(tǒng)電涌保護器的分類（進口產(chǎn)品）分A、B、C、D四種等級：A級，用于低壓架空線路浪涌避雷器。B級，防雷保護等電位連接用雷電流避雷器。C級，用于保護永久性裝置的浪涌避雷器。D級，用在電源插座上的浪涌避雷器。1.4電涌保護器的主要技術(shù)參數(shù)（1）標稱放電電流In和最大放電電流Imax（2）最大持續(xù)交流工作電壓UC與啟動電壓（3）限制電壓Ur和電壓保護水平UP

（4）響應時間

針對限壓型SPD的參數(shù)：（5）漏電流Ile

針對開關型SPD的參數(shù)：（6）沖擊電流Iimp

（7）

續(xù)流

針對信號SPD的參數(shù)：（8）插入損耗和

傳輸速率（1）標稱放電電流In和最大放電電流Imax

In是指明SPD的耐電涌能力的一個參數(shù)。流過SPD具有8/20us波形的電流峰值。也稱為通流容量。一般情況Imax=2In。注意：1、標稱和最大的區(qū)別。

2、通流容量與其使用壽命的關系，在同數(shù)量級雷電流沖擊的情況下，通流容量越大，其壽命越長。如20KA和10KA的電源SPD在沖擊電流為20KA時，10KA可放電1-2次。20KA可放電10次（2）最大持續(xù)交流工作電壓UC與啟動電壓

最大持續(xù)交流工作電壓是指可以連續(xù)施加于SPD上的最大交流有效值電壓。

啟動電壓（直流參考電壓U1mA）就是SPD的動作電壓，對于MOV來說，就是壓敏電壓，即在1mA電流時MOV上所加載的電壓。兩者之間有一個近似的換算關系。U啟=1.1×2UC其中，U啟

------啟動電壓

UC-

------最大持續(xù)交流工作電壓啟動電壓與最大持續(xù)交流工作電壓是電源SPD的主要參數(shù)。每一種SPD一般只標稱一種。啟動電壓多用于國產(chǎn)SPD，而最大持續(xù)交流工作電壓多用于進口SPD。啟動電壓（直流參考電壓U1mA）

是SPD測試的主要參數(shù)。

幾組常用的啟動電壓(U1mA)和與之對應的最大持續(xù)交流工作電壓UC對應值啟動電壓(U1mA)最大持續(xù)交流工作電壓UC430V--------275V470V--------300V510V--------320V560V--------365V620V--------385V680V--------420V910V--------550V（3）限制電壓Ur和電壓保護水平UP限制電壓Ur:是指雷電流通過SPD時,SPD兩端最高瞬時電壓，是衡量防雷效果好壞的重要標志，對于MOV來說，是SPD的殘壓。電壓保護水平UP:表征SPD限制接線端子間電壓的性能參數(shù)，該值應大于限制電壓的最高值，一般指標稱放電電流下的限制電壓。

限制電壓的大小，不僅與SPD的啟動電壓、MOV器件殘壓比等參數(shù)有關，還與沖擊電流的大小有關，在標稱限制電壓參數(shù)時應注明沖擊電流的大小，沖擊電流一般量級為0.1In~2

In。限制電壓與啟動電壓、沖擊電流的關系下面是一種SPD啟動電壓，沖擊電流和限制電壓的關系表沖擊雷電流IS啟動電壓510V的MOV啟動電壓560V的MOV1KA0.9KV1.0KV3KA1.0KV1.2KV10KA1.3KV1.5KV15KA1.5KV1.7KV（4）響應時間

響應時間是指SPD兩端加上的電壓大于等于啟動電壓時，SPD需經(jīng)過一段時間后才能完全導通，這段時間叫做響應時間。

SPD的響應時間與選用的保護元件性質(zhì)及引線、接線端子等產(chǎn)生的分布參數(shù)有關。對于防雷效果來說，響應時間越短，限制電壓越低，SPD的品質(zhì)越高。以下是幾種常見保護元件的響應時間。保護元件響應時間氣體放電管、放電間隙100ns

壓敏電阻＜50nsTVS二極管＜1ns

固體放電管＜1ns針對限壓型SPD的參數(shù)：（5）漏電流Ile

漏電流Ile是指在無電沖擊的情況下，接在電源回路中的SPD兩端流過的電流。但，通常用防雷元件測試儀所測試的漏電流是指施加75%的標稱啟動電壓Un時流過SPD的電流。要注意這兩種漏電流的區(qū)分。漏電流的大小以及變化量是判斷SPD是否劣化的一個重要指標，是SPD測試的主要參數(shù)。針對開關型SPD的參數(shù)：（6）沖擊電流Iimp它由電流峰值Ipeak和電荷量確定，用于一級試驗。采用10/350μs的波形測SPD的通流能力。針對開關型SPD的參數(shù)：（7）

續(xù)流當沖擊放電電流后，由電源系統(tǒng)流入SPD的工頻電流稱為續(xù)流。（續(xù)流值應在幾千安培，持續(xù)時間應小于或等于工頻周波的半周）。

針對信號SPD的參數(shù)：（8）插入損耗和傳輸速率

插入損耗：由于在傳輸系統(tǒng)中插入一個SPD所引起的損耗。給定頻率時，在被測通道SPD接入線路前后在SPD插入點處測得的功率之比，通常以分貝（dB）來表示。

傳輸速率：是指在滿足一定插入損耗要求的情況下，信號可通過SPD的最高速率。（一般插入損耗要小于0.5dB）這兩個參數(shù)是互相關聯(lián)

參數(shù)標注時，一般是合在一起標注。如：傳輸速率30MHZ，插損0.5dB，或插損（30MHZ）0.5dB。如果只標注傳輸速率：則是在0.5dB插損下的傳輸速率。2、電涌保護器的檢測2.1有關電涌保護器的一些標準介紹2.2電涌保護器的檢測2.1有關電涌保護器的一些標準介紹國際標準:IEC62305-4(TC81防雷)

雷電防護第4部分:建筑物內(nèi)電氣和電子系統(tǒng)IEC61643-11:2011(TC37避雷器)低壓電涌保護器，第11部分：低壓配電系統(tǒng)的電涌保護器—性能要求和實驗方法IEC61643-12:2008低壓電涌保護器，第12部分：低壓配電系統(tǒng)的電涌保護器—選擇與使用原則IEC61643-21:2009低壓電涌保護器，第21部分：電信和信號網(wǎng)絡的電涌保護器—性能要求和試驗方法

IEC60364-5-534（TC64電氣裝置及防雷沖擊保護)建筑物電氣裝置，第5部分：電氣設備的選擇和安裝-隔離、開關和控制設備，第534節(jié)：過電壓保護設備

國家標準:GB18802.1-2011

低壓電涌保護器（SPD）第1部分：低壓配電系統(tǒng)的電涌保護器性能要求和試驗方法GB18802-12-2002低壓配電系統(tǒng)的電涌保護器第12部分:選擇與使用原則GB18802-21-2004電信和信號網(wǎng)絡的電涌保護器第21部分:性能要求和實驗方法GB50057-94(2000年版)建筑物防雷設計規(guī)范

GB50343-2004建筑物電子信息系統(tǒng)防雷設計規(guī)范

GB11032--2010交流無間隙金屬氧化物避雷器

行業(yè)標準:GA173-2002

計算機信息系統(tǒng)保安器YD/T1235.1-2002通信局(站)低壓配電系統(tǒng)用電涌保護器技術(shù)要求YD/T1235-2.2002

通訊局(站)低壓配電系統(tǒng)用電涌保護器測試方法QX10-2002

電涌保護器第一部分:性能要求和試驗方法

SJ/T10348~10349-93電子元器件詳細規(guī)范浪涌型抑制型壓敏電阻器MYG2~MYG3型過壓保護用氧化鋅壓敏電阻器評定水平ESJ/T11280-2002電子元器件詳細規(guī)范MYS4、MYS5、MYS6、MYS8防雷指示型過電壓保護器評定水平E電涌保護器的檢測標準GB/T21431-2008建筑物防雷裝置檢測技術(shù)規(guī)范QX/T86-2007運行中電涌保護器檢測技術(shù)規(guī)范2.2電涌保護器的檢測SPD的檢測分為檢查和測試兩部分2.2.1電涌保護器的檢查1.SPD的檢查項目檢查項目主要有：

1）SPD的選擇

2）SPD的外觀檢查

3）SPD的安裝工藝

4）SPD之間的配合1）SPD的選擇連接至低壓配電系統(tǒng)SPD的選擇應符合GB/T18802-12-2002

低壓配電系統(tǒng)的電涌保護器第12部分:選擇與使用原則連接至電信及信號網(wǎng)絡SPD的選擇應符合IEC61643-22:2004

低壓電涌保護器第22部分:電信及信號網(wǎng)絡電涌保護器選擇與使用原則a檢查SPD的電壓保護水平UP

在低壓配電系統(tǒng)中SPD的電壓保護水平和引線兩端感應電壓之和應低于被保護設備的耐沖擊過電壓額定值的0.8倍。在無法獲得設備比值時，可參考下表

220/380V三相系統(tǒng)各種設備耐沖擊過電壓額定值設備位置電源處的設備配電線路和最后分支線路的設備用電設備特殊需要保護的設備耐沖擊過電壓類別Ⅳ類Ⅲ類Ⅱ類Ⅰ類耐沖擊電壓額定值（kV）642.51.5注：Ⅰ類──需要將瞬態(tài)過電壓限制到特定水平的設備；Ⅱ類──如家用電器、手提工具和類似負荷；Ⅲ類──如配電盤，斷路器，包括電纜、母線、分線盒、開關、插座的布線系統(tǒng)，以及應用于工業(yè)的設備和永久接至固定裝置的固定安裝的電動機等一些其他設備；Ⅳ類──如電氣計量儀表、一次線過流保護設備、波紋控制設備。b檢查SPD的保護模式

檢查SPD的保護模式與配電系統(tǒng)的接地型式是否相適應（首先檢查配電系統(tǒng)的接地型式）。

1)TT系統(tǒng)中“4+0”保護模式的SPD不應安裝在剩余電流保護器的電源側(cè)。2)在TT系統(tǒng)10KV小電阻接地電網(wǎng)中宜采用“3+1”保護模式的SPD。

低壓配電系統(tǒng)的接地型式

IEC規(guī)定，接地制式由兩個字母表示，必要時加后續(xù)字母第一字母第二字母后續(xù)字母配電系統(tǒng)中性線對地關系設備的外露導電部分與配電系統(tǒng)接地地的關系中性線與保護線之間的關系TITNCSC-S直接接地不接地或阻抗接地獨立配電系統(tǒng)接地點的直接接地直接與配電系統(tǒng)的接地點相連中性線N與保護線PE合并為PEN中性線N與保護線PE分開電源測為PEN線從某一點分開為N及PE線

低壓配電系統(tǒng)的接地制式圖

外露導電部分PEL1L2L3NL1L2L3N圖1TT系統(tǒng)

低壓配電系統(tǒng)的接地制式圖

圖2TN-C系統(tǒng)外露導電部分L2NL1L3PEL1L3L2NPE圖3TN-S系統(tǒng)外露導電部分L2NL1L3PEL3L1L2PEN圖4TN-C-S系統(tǒng)

低壓配電系統(tǒng)的接地制式圖L1L3外露導電部分開路或接PEL1L2L3圖5不配出中性線的IT系統(tǒng)L1L2L3外露導電部分開路或接PEL1L2L3NN圖6配出中性線的IT系統(tǒng)TT系統(tǒng)中“4+0”保護模式的SPD不應安裝在剩余電流保護器的電源側(cè)TT系統(tǒng)中電涌保護器安裝在剩余電流保護器的電源側(cè)TT系統(tǒng)中電涌保護器安裝在剩余電流保護器的負荷側(cè)“4+0”保護模式的SPD安裝在TT系統(tǒng)中剩余電流保護器(RCD)的電源側(cè)

RA被保護設備RBF1F2RCDSPDId2)在TT系統(tǒng)10KV小電阻接地電網(wǎng)中宜采用“3+1”保護模式的SPD變壓器NIdRBRA10KV高壓側(cè)220V/380V低壓側(cè)被保護設備L3L1L2

當高壓側(cè)發(fā)生接地故障時，由于是小電阻接地，故障電流大，在RB接地電阻上產(chǎn)生一個暫態(tài)過電壓，同時致使TT系統(tǒng)在零線(N)上產(chǎn)生一個UN=IdRB,相線（L）上產(chǎn)生一個UL=220+UN過電壓。此過電壓往往超過千伏，將致使限壓型SPD啟動，其電流經(jīng)RA到地。由于該過電壓持續(xù)時間超過數(shù)百毫秒，而限壓型SPD只能承受微秒級的過電壓，因此，將致使限壓型的SPD損壞。而對于“3+1”保護模式的SPD接線方式，當零線和相線電位抬高時，由于用于零地之間開關型SPD啟動電壓一般取得較高，不易導通。且它的耐流能力強，即使導通，也不會致使SPD損壞。這樣，就可完全避免此類故障過電壓對SPD的危害。容易致使SPD故障當SPD以短路模式失效時，SPD更容易引起燃燒現(xiàn)象

由于SPD連接在相線與地線之間，當SPD以短路模式失效時，回路的阻抗包括變壓器內(nèi)阻、導線電阻、SPD導通電阻以及RB、RA兩處的接地電阻。在接地電阻過高時，會使流經(jīng)整個回路的短路電流太小，無法使前級的空氣開關或熔絲F2斷開，通常F1的耐流能力大于F2，所以也無法使F1斷開，這樣，就使SPD上的故障電流持續(xù)存在，容易引起SPD燃燒。而采用“3+1”保護模式接線方式時，如圖3所示，由于SPD連接在相線與零線之間，回路的阻抗主要是供電變壓器內(nèi)阻及導線電阻，回路阻抗非常低，故障電流很大，容易使前級的空氣開關或熔絲F2斷開。這樣，SPD就與電網(wǎng)迅速隔離，不僅保障供電連續(xù)，而且也使SPD不會因長時間過流而燃燒。RAL3L1L2被保護設備N故障電流RBF1F2c檢查SPD最大持續(xù)工作電壓UC

在低壓配電系統(tǒng)中SPD最大持續(xù)工作電壓UC應符合以下要求。

TT系統(tǒng)（SPD安裝在剩余電流保護器負荷側(cè)）不小于1.55U0TT系統(tǒng)（SPD安裝在剩余電流保護器電源側(cè)）不小于1.15U0IT系統(tǒng)（SPD安裝在剩余電流保護器負荷側(cè)）不小于1.15U（U為線間電壓）

TN系統(tǒng)不小于1.1