防雷知識連載(四)| 如何選擇高品質SPD
電涌保護器SPD
防雷知識連載(四)| 如何選擇高品質SPD 2019-10-21 防雷知識連載(四)| 如何選擇高品質SPD 482

了解了SPD的原理和技術參數和選型方法,但是面對市場上形形色色的SPD品牌,相差無幾的參數,該如何去篩選高品質的SPD呢?

 

作為一個SPD開發人員,談一下我的看法。前面提到,選擇SPD時,有幾個重要的參數:

最大持續工作電壓Uc

放電能力(In、Imax、Iimp等)

電壓保護水平Up

 

對于大多數SPD而言,Uc、Up主要取決于其選擇的元器件,而放電能力,則不僅僅取決于其選擇的元器件,SPD的每一個部分,都需要能承受放電電流。瞬間的大電流的破壞作用不容小覷,在大的電流沖擊下,SPD內部的連接點、焊接點、電阻、TVS等都可能會爆裂。所以對SPD而言,放電能力是其核心性能。

 

當然,選擇合理的元器件,也是研發工作中重要的一環,不過SPD常用的核心元器件GDT、MOV、TVS技術都比較成熟,因此在選擇上一般也沒什么困難,選擇有市場知名度的廠家的元器件就好。不少SPD從業人員、SPD用戶認為,SPD沒什么技術含量,只需選好元器件就可以了,這也是導致市場上SPD品牌眾多、質量良莠不齊的原因之一。曾經有SPD廠家送樣到防雷測試機構做測試后,樣品四分五裂。而一些進口的SPD品牌,在GDT、MOV、TVS之外的金屬放電間隙技術上具有壟斷地位,其產品從技術參數上看,有明顯優勢,但價格不菲。國產SPD品牌,可以說依舊是任重道遠,也希望國產品牌能踏踏實實研究,攻克技術難關,而不要去炒作各種概念。

 

除放電能力之外,還應重點關注SPD產品自身的安全性能。現以II類實驗(8/20us)的電源SPD為例,談一談SPD的安全要求。


1.開關型電源SPD需要具備續流遮斷能力。

前面在介紹GDT工頻續流問題時,提到了開關型SPD和限壓型SPD的概念。開關型SPD由于工頻續流的存在,一般只用于N-PE之間(正常情況下,N-PE之間沒有電壓差)。如果開關型SPD要應用在線與零(地)之間,必須具備續流遮斷能力。而為了防止SPD無法遮斷續流,還需配置后備保護裝置。

 

2.限壓型SPD需要具備熱保護脫離功能。

由于開關型SPD續流遮斷問題,電源SPD大多采用限壓型,其常用的元件為壓敏電阻。壓敏電阻,顧名思義,就是其電阻的大小對電壓極為敏感。當電力線電壓低于Uc時,其為高阻狀態,近似開路。當電涌產生時,電壓遠高于Uc,其呈現低阻狀態,近似短路。當電涌消失后,其立刻恢復到高阻狀態,不會有續流產生。

 

限壓型SPD雖無續流問題,但是由于多種原因,會產生失效,失效狀態通常有2種:

1) 短路狀態

2)可變電阻狀態(劣化)

SPD的開路狀態被認為是一種安全的狀態,當SPD發生以上兩種故障狀態時,我們需要通過SPD內部和(或)外部脫離機構使SPD進入開路狀態,將SPD從回路上切除,避免產生SPD起火、主回路斷電等事故。

 

壓敏電阻型SPD,長期被施加電力線電壓,由于電網(暫態)過電壓以及電涌沖擊,其性能會逐步下降,Uc值會慢慢減小,漏電流逐步增大。當流過SPD的電流達到mA級別時,就可以讓SPD發熱、起火。而mA級電流不足以觸發SPD后備保護動作,所以針對這種故障,一般通過SPD內部的熱保護脫扣裝置動作來使SPD斷開,這就是為什么限壓型電源SPD都要求設置內部脫離器的原因了。

 

3.SPD應具有足夠大的短路耐受能力

壓敏電阻型SPD也可能直接進入短路狀態,常見的原因有:

1) 電網暫態過電壓(TOV)。高壓TOV可能直接將壓敏電阻擊穿,使SPD短路。

2) SPD受到超過其承受能力的電涌沖擊,被擊穿短路。

 

當SPD進入短路狀態時,流過SPD的電流很大,可能達到數百甚至數千安培,大電流使得SPD快速發熱,這種情況下,SPD內部的脫離器可能來不及積累熱量實現脫離,SPD就已經起火了。為了避免SPD短路故障引起事故,需要給SPD配置后備保護裝置。

 

所以,不論是開關型SPD的續流問題,還是限壓型SPD的短路故障問題,都需要我們在使用SPD時,配置后備保護。

 

但即使配備了后備保護裝置,也可能出現以下問題:

1) SPD在后備保護裝置斷開前就已經引發火災事故。

2) SPD在短路電流下,內部某處斷開,但是脫離器卻沒有動作(指示)。也就是說SPD已經損壞,但是顯示功能正常,這樣會導致系統處在無SPD保護狀態,下一次雷擊時,可能引起設備損壞。

 

因此,要求SPD需要有足夠大的短路耐受能力。SPD的短路耐受能力最好不低于電源系統的預期短路電流,以避免上述2種問題出現。(所謂預期短路電流,也就是說電源系統在出現短路故障后,理論上可以輸出的電流大小。因為電源自身存在內阻,其短路電流并不是∞,不同的電源系統其內阻大小不同,其預期短路電流大小也不同)

 

一些SPD品牌,其短路耐受參數聲稱可以達到數十kA。用戶在使用時,可以了解一下其是SPD自身脫離器(內部脫離器)實現的還是由外部脫離器實現的,因為標準規定在進行短路耐受測試時,允許SPD和外部脫離器一起測試。如果是由外部脫離器實現的,需要注意其對外部脫離器的要求,不能隨便選擇。



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防雷知識連載(一)| 消除誤解,科學防雷

防雷知識連載(二)| 了解“感應雷”危害,針對性防護

防雷知識連載(三)| SPD的原理和選型

防雷知識連載(五)| 如何配置電源SPD后備保護裝置


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