第四章-电涌保护器的选择和使用原则

第四章电涌保护器的选择和使用原则§4.1低压交流配电系统和设备的型式分类及冲击特性当需要采用SPD对低压电气系统和设备进行保护时，必须充分了解被保护的低压交流配电系统型式、低压直流配电系统和被保护电气设备耐冲击过电压额定值（UW）。1低压配电系统1.1低压交流配电系统1.1.1按带电导体根数分类带电导体是指工作时通过电流的导体，相线（L线）和中性线（N线）是带电导体，保护接地线（PE线）不是带电导体。按带电导体根数可分为：单相两线系统，两相三线系统，三相三线系统，三相四线系统等。低压配电系统按带电导体根数分类见本部分附录A（资料性附录）。注:目前我国和国际标准中主要采用按接地系统分类的方法。按带电导体根数分类容易混淆一些概念，如将TN-C系统称为三相四线系统，却将TN-S系统误为三相五线系统。附录A（资料性附录）低压交流配电系统按带电导体根数分类供电给单相电器的一根相线（L）和一根中性线（N）的系统，见图A.1所示。有单独引出一根保护接地线（PE）的也属单相两线系统。图A.1单相两线系统单相降压变压器二次绕组电压为240V，自绕组的中点抽出一接地的中线两绕组的电流的相位是相同的（在同一瞬间绕组的电流都是流向N或L线），从而引出240V和120V两种电压，其中240V电压供电热等大负荷用电，120V电压供照明和小家用电器用电。这一系统属单相系统，但有三根带电导体，在某些发达国家（如美国）应用较多，在我国一些宾馆的卫生间中有110V/220V的电源插座，属此系统。见图A.2所示。图A.2单相三线系统为减少线路电压降自三相变压器引出两根相线（L1、L2）和一根中性线（N）给厂区或庭园照明供电的配电系统。见图A.3所示。图A.3两相三线系统L1NL2LNL1NL2由两个相位差90°，中点相连的单相电源绕组的引出线构成，它有四根相线（L1、L2、L3、L4）和一根中性线（N）共五根带电导体。这一系统国外曾经使用过，现在很少应用，见图A.4所示。图A.4两相五线系统由电源只引出三根相线（L1、L2、L3），主要用于为电气设备供电的系统。例如给不带控制回路的三相电动机供电，见图A.5。图A.5三相三线系统A.1三相四线系统具有三根相线（L1、L2、L3）和一根中性线（N）的带电导体系统。这一系统是目前国际上和我国广泛在配电中采用的系统。见图A.6。图A.6三相四线系统1.1.2按低压交流系统接地型式分类低压交流配电系统分为TN（TN-C，TN-S，TN-C-S），TT，IT三类，这些接地型式的文字符号的含义是：第一个字母说明电源与大地的关系：T：电源的一点（通常是中性点）与大地直接连接。I：电源与大地隔离或电源的一点经高阻抗与大地连接。第二个字母说明电气装置的外露导电部分与大地的关系：T：外露导电部分直接接大地，它与电源的接地无联系。N：外露导电部分通过与接地的电源中性点的连接而接地。第三个字母说明N线与PE线的关系：（仅用于TN系统）C：N线和PE线共用一根导线（PEN）。S：N线和PE线分别设置。TT系统——电源的一点（通常是中性点）与大地直接连接，设备外露导电部分直接接大地，它与电源的接地无联系。L1L3L2L4NL1L3L2L1L3NL2图1TT系统TN系统——电源的一点（通常是中性点）与大地直接连接，设备外露导电部分通过与接地的电源中性点的连接而接地。TN系统分为TN-C，TN-S，TN-C-S三类：TN-C系统——在系统内N线和PE线共用一根导线。TN-S系统——在系统内N线和PE线分别设置。TN-C-S系统——在系统内，仅在电气装置电源进线点前N线和PE线是共用一根导线，电源进线点后即分为N线和PE线。注：电气设备外露导电部分包括设备日常使用中可能触及的导电部分。正常情况下外露导电部分因与带电导体之间有绝缘隔离而不带电压，但在基本绝缘损坏发生接地故障时可能带电压，如用电器具的金属外壳、敷设线路用的金属管（梯架、托盘、槽盒）等。诸导电物体包括电气设备外露导电部分，带电导体（L和N线、电信及信号线）和装置外导电部分（非电气的其他装置的可导电部分，容易引入电位，通常是地电位，如金属水管、金属燃气管道和建筑物钢结构等）。图2TN-C系统图3TN-S系统PE外露导电部分NL1L2L3N外露导电部分L2NL1L3PEPEN图4TN-C-S系统IT系统——电源与大地隔离或电源的一点经高阻抗与大地连接，电气设备外露导电部分直接接大地，它与电源的接地无联系。IT系统分为两种情况：一种是不配出中性线，另一种是配出中性线，IEC标准建议三相IT系统只配出三根相线而不配出中性线。为了降低或衰减可能出现的过电压或谐振，有时需将电源端带电导体经一高阻抗接地，一般情况下该阻抗值可取为电气装置标称相电压的5倍，例如装置标称相电压为220V时，阻抗值可取为1000Ω。IT系统的两种型式见图5和图6。图5不配出中性线的IT系统图6配出中性线的IT系统1.2低压直流配电系统低压直流配电系统可分为接地系统和不接地系统（或非有效接地系统）。直流电压的区段见表1：表1直流电压区段区段接地系统不接地或非有效接地系统a外露导电部分L2NL1L3PEPENL1L22L3外露导电部分开路或接PEL1L2L3外露导电部分开路或接PENN极对地极间极间ⅠUb≤120VU≤120VU≤120VⅡ120V＜U≤900V120V＜U≤1500V120V＜U≤1500V注1：本表所列电压值为无纹波直流电压值。注2：本电压区段的划分，并不排除为某些专用规则规定中间值的可能a如果系统配有中间导体，则由相导体和中间导体供电的电气设备选择，应使其绝缘适应其极间电压。bU——装置的标称电压（V）。2被保护设备的耐冲击特性2.1交流电气设备耐冲击类别2.1.1交流电气设备耐冲击类别220/380V三相系统电气设备耐冲击类别可分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类，见表2所示。表2不能涵盖所有的220/380V三相系统的电气设备，应从实际出发对被保护设备耐冲击过电压额定值进行核实。表2220V/380V三相系统电气设备绝缘耐冲击过电压额定值设备位置电源处的设备配电线路和最后分支线路的设备用电设备特殊需要保护的设备耐冲击过电压类别Ⅳ类Ⅲ类Ⅱ类Ⅰ类耐冲击电压额定值（kV）642.51.5注1：Ⅰ类—需要将瞬态过电压限制到特定水平的设备，如含有电子电路的设备，计算机及含有计算机程序的用电设备；注2：Ⅱ类—如家用电器(不含计算机及含有计算机程序的家用电器)、手提工具、不间断电源设备（UPS）、整流器和类似负荷；注3：Ⅲ类—如配电盘、断路器、包括电缆、母线、分线盒、开关、插座等的布线系统，以及应用于工业的设备和永久接至固定装置的固定安装的电动机等的一些其它设备；注4：Ⅳ类—如电气计量仪表，一次线过流保护设备、波纹控制设备。2.1.2通信、信息网络交流电源设备耐冲击特性表3通信、信息网络交流电源设备耐冲击特性设备名称冲击电压额定值kV冲击电流额定值kA说明电源设备机架交流电源入口（由UPS供电）0.50.25通信、信息网络中心设备交流电源端口0.50.25适用于相—相1.00.5适用于相—地非信息网络中心交流电源端口1.00.5适用于相—相2.01.0适用于相—地注1：交流电源额定电压均为220V/380V。注2：使用混合波（1.2/50μs、8/20μs）进行试验。2.2直流电气设备耐冲击特性2.2.1直流电源设备耐冲击过电压额定值表4直流电源设备耐冲击过电压额定值设备名称额定电压Vd.c混合冲击波冲击电压（kV）冲击电流（kA）DC/AC逆变器DC/DC变换器机架直流电源入口-24或-48或-600.50.25直流配电屏-24、-48、-601.50.75注：混合波开路电压为1.2/50μs，短路电流为8/20μs。2.2.2信息网络设备耐冲击过电压额定值表5信息网络设备耐冲击过电压额定值设备名称冲击电压额定值试验波形说明信息网络中心DC电源端口0.5kV1.2/50μs（8/20μs）适用于极一极1.0kV适用于极一地非信息网络中心DC电源端口1.0kV1.2/50μs（8/20μs）适用于极—极2.0kv适用于极—地注：非信息网络中心的地点指设备不在信息网络中心内运行，如无保护措施的本地远端站、商业区、办公室内，用户室内和街道等。2.2.3测量、控制和实验室内直流电源冲击抗扰度试验的最低要求表6冲击抗扰度试验的最低要求端口试验项目试验值说明直流电源冲击试验0.5kV适用于极—极1.0kV适用于极—地注：仅适用于线路长度超过3m的情况。§4.2低压系统电涌保护器的主要技术参数1、SPD的分类1.1、SPD的分类见表。本部分主要选用了Ⅰ级/Ⅱ级/Ⅲ级分类试验和开关型/限压型/混合型分类内容。表连接至低压配电线路的SPD分类大类序号分类方式小类序号具体分类1按有无串联附加阻抗12无串阻抗（单口）串联阻抗（双口）2按电路设计拓朴345电压开关型电压限制型混合型3按冲击试验类型678Ⅰ级分类试验Ⅱ级分类试验Ⅲ级分类试验4按使用地点910户外型户内型5按可触及性1112易触及型不易触及型6按安装方式1314固定式可移式7断路器安装位置151617安在SPD内部安在SPD外部内外部均有保护功能181920有防过热功能有防泄漏电流功能有防过电流功能8后备过电流保护2122有具体规定的无具体规定的9外壳保护等级2323＋123＋2……23＋n按IP代码规定划分10温度范围2425工作在正常温度范围工作在异常温度范围1.2、连接至低压配电系统的SPD设计拓朴1.2.1限压元件SPD限压元件可分为电压开关型和限压型，其名称和图形符号如图D.1所示。D.2一个端口SPD（无串有阻抗的SPD，又称单口SPD）单口SPD是指SPD与被保护的低压配电线路并联连接，它们可能没有专门的输入／输出端（如图D.2中的a)、b)、c)、d)、e)），也可能设有专门的输入／输出端（如图D.2中的f)、g)、h)、i)、j)）。在有专门的输入／输出端且并联使用两个元件的SPD的元件之间没有附加的串联阻抗。可控硅元件气体放电管抑制二极管压敏电阻放电间隙图D.1SPD限压元件示例f)g)h)i)j)单一元件、有输入／输出端的SPD元件串联、有输入／输出端的SPD元件并联、有输入／输出端的SPD图D.2单口SPD的设计拓朴SPDa）单口SPD总示意图元件串联单口SPDb）c）元件并联单口SPDd）e）D.3两个端口SPD（串有阻抗的SPD，又称双口SPD）双口SPD是指具有两组输入和输出端子的SPD，并联接入低压配电系统电路中，在输入端和输出端之间设有串联阻抗。其设计拓朴如图D.3所示。D.4SPD内置断路器SPD内置断路器的设计拓朴如图D.4所示。2、SPD选择和使用时的主要参数——SPD能承受预期通过的雷电流（Iimp、In、UOC）——最大持续运行电压（UC）——电压保护水平（UP）UP、UO、UC和UCS之间的关系DD串联阻SPD图D.3双口SPD的设计拓朴a)双口SPD总示意图b)双口并联SPD（三个端口）c)双口并联SPD（四个端口）输入端（IN）输出端（OUT）输入端（IN）输出端（OUT）串联阻抗串联阻抗共地端DD串联阻抗a)b)D为断路器图D.4SPD内设断路器的设计柘朴UP、UO、UC和UCS之间的关系见图B.11。图B.11UP、UO、UC和UCS之间的关系从图B.11可以看出Up＞Uc＞Ucs＞Uo，其中Ucs为SPD安装处系统最大持续工作电压（或称实际最大系统电压）。3SPD选择和使用时应考虑的其他技术参数3.1与使用条件有关的技术参数SPD的本体上，或因受标注面积限制而标志在小包装或说明书上的以下内容，应与使用条件（环境）相一致：——交流（a.c）或直流（d.c）；——交流（a.c）的频率（48Hz～62Hz）；——交流（a.c）系统的标称电压（如220V/380V），直流配电系统的直流电压（如24V、48V和60V）；——使用地点（室内或室外）；注：室外用SPD的污染等级为4。——使用高度（是否超过海拔2000m）；——环境温