過電壓防護與電涌保護器的選擇應(yīng)用

過電壓防護與電涌保護器的選擇應(yīng)用第一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二過電壓防護3.電涌保護器2.雷電現(xiàn)象與雷電防護1.過電壓的分類第二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二過電壓·類型TransientOvervoltage瞬態(tài)過電壓TemporaryOvervoltageatpowerfrequency暫時過電壓第三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二過電壓·暫時過電壓表現(xiàn)為工頻下系統(tǒng)電壓的上升，一般可持續(xù)數(shù)秒一般有以下幾個因素引起：iC65+iMSU相線和外露可導(dǎo)電部分或者相線和大地間的絕緣故障中性線斷裂破損的中壓電纜落到了低壓線路上單相設(shè)備：230V400V第四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二過電壓·瞬態(tài)過電壓由疊加到系統(tǒng)標稱電壓上的電壓電涌引起超快的瞬態(tài)現(xiàn)象計量單位=kV/us20xUn5xUn大氣過電壓操作過電壓無論是大氣過電壓，還是操作過電壓，都有可能造成設(shè)備的提前老化，甚至直接損毀大氣過電壓是由雷擊放電所引起第五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二雷電現(xiàn)象·雷擊的分類負電荷下降型正電荷上升型正電荷下降型負電荷上升型在平坦地區(qū)，下降型雷擊居多在山區(qū)，或者有大型突起物（高塔、工廠煙囪）的地方，易形成上升型雷擊在溫帶地區(qū)，90%的雷擊屬于負電荷下降型第六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二雷電現(xiàn)象·雷電特征超電流峰值概率P(%)雷電流峰值I(kA)梯度S(kA/us)持續(xù)時間T(s)放電次數(shù)n95%79.10.001150%33240.0125%85651.16超過50%的雷電電流峰值超過33kA，而5%的雷電電流峰值甚至超過85kA，這些雷電流釋放的能量十分巨大*數(shù)據(jù)來源：雷電防護委員會（IEC第81號技術(shù)委員會）雷電流屬于高頻（HF）脈沖電流，其頻率可達1MHz第七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二雷電現(xiàn)象·雷電的影響熱效應(yīng)地電位升高電動力效應(yīng)爆破效應(yīng)引起火災(zāi)導(dǎo)線斷裂或機械變形空氣擴張造成爆炸，雷聲電壓電涌設(shè)備絕緣擊穿二次反擊，損毀設(shè)備第八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二雷電現(xiàn)象·雷電流侵入途徑反擊侵入感應(yīng)第九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二接閃器（桿、帶、線、網(wǎng)接地裝置引下線屏蔽等電位連接合理布線電涌保護器雷電防護·綜合防雷系統(tǒng)綜合防雷系統(tǒng)外部防雷內(nèi)部防雷在進行防雷設(shè)計時，不但要考慮防直接雷擊，還要考慮防雷電電磁脈沖和地電位反擊等，因此必須進行綜合防護，才能達到預(yù)期的防雷效果第十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二雷電防護·防雷分區(qū)（LPZ）網(wǎng)狀籠（法拉第籠）LPZ0A區(qū)：各物體都可能遭到直接雷擊和導(dǎo)走全部雷電流；電磁場強度沒有衰減。LPZ0B區(qū)：各物體不可能遭到大于所選滾球半徑對應(yīng)的雷電流直接雷擊，電磁場強度沒有衰減。LPZ1區(qū)：各物體不可能遭到直接雷擊，流經(jīng)各導(dǎo)體的電流比LPZ0B區(qū)更小；電磁場強度可能衰減。LPZn+1后續(xù)防雷區(qū)：需要減小流入的電流和電磁場強度時，應(yīng)增設(shè)后續(xù)防雷區(qū)。第十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二電涌保護器的選擇應(yīng)用2.選型原則1.作用和工作原理3.后備保護裝置第十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二過電壓超過設(shè)備絕緣耐沖擊電壓Uw電涌保護器·限制大氣過電壓4kV過電壓4kV過電壓設(shè)備未受保護Up<1.5kV設(shè)備得到保護未安裝SPD過電壓被限制到設(shè)備絕緣耐沖擊電壓Uw以下安裝SPD第十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二電涌保護器·內(nèi)部元件U/I特性曲線元件符號響應(yīng)時間泄放容量理想元件穩(wěn)壓二極管氣體放電管壓敏電阻殘壓泄漏電流工頻續(xù)流快快快慢高低較高很高低低較低低無有有無無無無有第十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二電涌保護器·工作原理設(shè)備設(shè)備電涌保護器在正常狀態(tài)下電涌保護器在瞬態(tài)過電壓發(fā)生時高阻狀態(tài)低阻狀態(tài)泄放電涌電流+限制電涌電壓開路狀態(tài)第十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二電涌保護器選擇·規(guī)范規(guī)定GB50057-2010的規(guī)定建筑物類型外部防雷裝置電源類SPD信號類SPD第一類裝設(shè)了獨立的外部防雷裝置低壓線全線鎧裝電纜埋地敷設(shè)入戶處的總配電箱內(nèi)室外線路全線埋地或架空敷設(shè)（有屏蔽層）入戶處的終端箱內(nèi)按照防雷擊電磁脈沖的規(guī)定確定是否安裝按照防雷擊電磁脈沖的規(guī)定確定是否安裝低壓線部分埋地敷設(shè)電纜與架空線連接處線路采用鋼筋混凝土桿的架空線（應(yīng)穿鋼管埋地引入，長度不小于15m）電纜與架空線連接處T1SPD

Up≤2.5kV

Iimp≥12.5kAD1SPD

短路電流≥2kA(10/350us)難以裝設(shè)獨立的外部防雷裝置(LPS在屋面上)-總配電箱室外線路采用金屬線D1SPD

短路電流≥2kA(10/350us)T1SPD

Up≤2.5kV

Iimp≥12.5kA室外線路采用光纜B2SPD

短路電流≥100A(5/300)第十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二節(jié)日彩燈、航空障礙信號燈及其他用電設(shè)備節(jié)日彩燈、航空障礙信號燈及其他用電設(shè)備電源類配電箱內(nèi)開關(guān)的電源側(cè)T2SPD

Up≤2.5kV

In根據(jù)具體情況而定10/350us與8/20us波形對比T1類SPD，Iimp=12.5kAT2類SPD，Imax≥120kA電涌保護器選擇·規(guī)范規(guī)定17第十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二Up/f（有效電壓保護水平）限壓型：Up/f=Up+ΔU（SPD兩端引線的感應(yīng)電壓降）開關(guān)型：Max[Up,ΔU]d<=5m或10m(有屏蔽并兩端等電位連接)：d>10m：當(dāng)建筑物或房間有空間屏蔽和線路有屏蔽或僅線路有屏蔽并兩端等電位連接電壓保護水平UpSPD1設(shè)備dSPD1SPD2設(shè)備設(shè)備位置電源處的設(shè)備配電線路和最后分支線路的設(shè)備用電設(shè)備特殊需要保護的設(shè)備耐沖擊電壓類別Ⅳ類Ⅲ類Ⅱ類Ⅰ類耐沖擊電壓額定值UW(kV)642.51.5電涌保護器選擇·規(guī)范規(guī)定18第十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二電源類GB50343-2012規(guī)定電涌保護器選擇·規(guī)范規(guī)定19第十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二電涌保護器選擇·規(guī)范規(guī)定GB50343-2012規(guī)定信號類20第二十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二SPD應(yīng)通過GB18802.1-2011的型式試驗報告

型式試驗報告是產(chǎn)品可靠性的統(tǒng)一標準也是產(chǎn)品質(zhì)量的保障SPD的最大持續(xù)工作電壓UcUc值應(yīng)大于系統(tǒng)長期工作下可能出現(xiàn)的最大電壓，該值越大越好SPD標稱放電電流InIn值是指SPD的電涌電流的通流能力，該值的選擇與防雷分區(qū)有很大關(guān)系，第一級SPD選擇時該值越大越好SPD的電壓保護水平UpUp值是指SPD產(chǎn)品對電涌電壓的限制，主要保護后端設(shè)備，因此其值越低越好SPD的保護模式SPD的保護模式主要有共模及全模保護兩種SPD的極數(shù)SPD的極數(shù)選擇與接地系統(tǒng)以及保護模式有一定關(guān)系電涌保護器選擇·關(guān)鍵因素第二十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二SPD的型式檢驗報告是產(chǎn)品可靠性的衡量標準也是產(chǎn)品質(zhì)量的保障CQC檢驗是按照更加嚴酷要求完成的是產(chǎn)品更加穩(wěn)定可靠的表現(xiàn)MIIT是通訊行業(yè)對SPD提出的檢驗，以保障更加嚴酷的需求電涌保護器選擇·檢驗報告第二十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二Uc值的設(shè)計原則確定最大持續(xù)工作電壓的重要性長期工作的可靠性影響確定最大持續(xù)工作電壓的因素配電系統(tǒng)的額定電壓配電制式(中性點接地方式)配電質(zhì)量(電壓波動,諧波,三相不對稱度)配電變壓器高壓側(cè)與低壓側(cè)是否共地高壓系統(tǒng)中性點是否接地電涌保護器選擇·最大持續(xù)工作電壓Uc第二十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二標稱放電電流In（8/20us）未損壞時電涌保護器可以通過的8/20μs波形電流的峰值(20次)不同的In值對應(yīng)不同的Up值最大放電電流Imax（8/20us）電涌保護器可以導(dǎo)通的8/20μs波形電流的峰值(1次)無故障時泄漏電流IieMOV沖擊電流Iimp（10/350）它是由電流峰值Ipeak和電荷Q確定.用于I級試驗的SPD分類試驗工頻續(xù)流If沖擊放電電流以后,由電源系統(tǒng)流入SPD的電流(GDT)850%(I)t(μs)90%201050%(I)t(μs)90%35010/350用于電涌保護器I級分類試驗8/20用于電涌保護器II級分類試驗100%90%9%1%IimpImaxorInInUp(atIn)電涌保護器選擇·電流參數(shù)第二十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二Up值的設(shè)計原則：當(dāng)被保護設(shè)備距電涌保護器的距離沿線路的長度小于或等于5m時，或在線路有屏蔽并兩端等電位連接下沿線路的長度小于或等于10m時，應(yīng)按下式計算：當(dāng)被保護設(shè)備距電涌保護器的距離沿線路的長度大于10m時，應(yīng)按下式計算：Up過高原則如果進線端電涌保護器的Up與被保護負荷的沖擊耐壓相比過高的話，則需要在負荷處加裝附加電涌保護器P1Up:2000VUchoc:1500V負荷P1Up:2000VUchoc:1500V負荷P2Up:1200V類別IV類III類II類I類設(shè)備絕緣耐沖擊電壓額定值（KV）6kV4kV2.5kV1.5kV設(shè)備類別入戶處設(shè)備，表計配電線路和終端線路用電設(shè)備特殊需要保護的設(shè)備（如電子設(shè)備）電涌保護器選擇·電壓保護水平Up第二十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二差模電壓是接入導(dǎo)線和引出導(dǎo)線之間的電壓，三相系統(tǒng)中指L–N,L–L之間的電壓。共模電壓是帶電導(dǎo)體與接地框架之間的電壓，三相系統(tǒng)中指L–PE,N–PE之間的電壓。差模/共模過電壓會引起:電路元件損壞過電流設(shè)備絕緣強度下降或損壞電子設(shè)備運行故障流入電流流出電流UDMNPELUCMPENL電涌保護器選擇·保護模式第二十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二保護模式modesofprotectionSPD保護元件可以連接在相對相、相對地、相對中線、中線對地及其組合。這些連接方式稱作保護模式。電涌保護器選擇·保護模式第二十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二接地系統(tǒng)分類TTI第1個字母第2個字母TNT電源的對地情況

T：直接接地I：不接地或經(jīng)高阻抗接地裝置的機座對地情況 T：設(shè)備外殼直接接地N：設(shè)備外殼和電源共用一個接地極TN系統(tǒng)補充字母S:PE線保護功能與接地的N線或與接地的帶電導(dǎo)體(相線)分開C:PE線保護功能與N線合一(PEN)電涌保護器選擇·極數(shù)第二十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二L1L2L3NRnRuPEL1L2L3NPERnL1L2L3PEN接地系統(tǒng)TN-CTN-STN-C-STTSPD極數(shù)3P3P+N4P上游3P下游3P+N/4PRCD前端3P+NRCD后端3P+N/4P電涌保護器選擇·極數(shù)第二十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二通信專用iPTU電源類Type1iPRF112.5riPRD120r電源類Type2通信專用光伏專用信號類施耐德電氣電涌保護器產(chǎn)品概覽OEM公商建住宅工業(yè)通信軌道交通能源石化高速公路iPRUEA9LiSTPLiPR-DC600PViPR-DC1000PViPRCiPRISE天饋類SE信號類第三十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二電氣電子設(shè)備地下1層1層9層15層頂層為了提供最佳的保護,既能承受并通流電涌電流又能最大程度限制電涌電壓產(chǎn)生較小的殘余電壓,通常應(yīng)用多級電涌保護器作保護第一級保護作用為：應(yīng)能通流絕大部分的電涌電流；第二級保護作用為：通流殘余電涌電流，最大程度的限制電涌電壓。iPRF112.5r3P+NiPRU20r3P+NiPRU20r3P+NiPRU20r3P+NiPRU20r3P+NiPRU20r3P+NiPRU10r3P+N？？？？？？？380V建筑物外外引入施耐德電氣電涌保護器應(yīng)用方案31第三十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二多次電涌沖擊SPD元件老化熱脫扣裝置熔斷工作狀態(tài)指示窗口顯示紅色SPD經(jīng)多次電涌沖擊后，內(nèi)部元件逐漸老化當(dāng)元件老化到一定程度時，內(nèi)部熱脫扣裝置熔斷熱脫扣裝置熔斷后，SPD支路將從線路中斷開，線路得到保護電涌保護器·劣化失效保護第三十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二高能量電涌沖擊或線路故障（短路/TOV）SPD短路失效熱脫扣裝置來不及熔斷SPD因過熱而導(dǎo)致配電系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)、爆炸SPD前加裝后備保護裝置SPD短路失效時，后備保護裝置斷開，線路得到保護高能量電涌沖擊或線路過載（短路/TOV）SPD短路失效高能量電涌沖擊或線路故障（短路/TOV）時，SPD會發(fā)生短路短路電流下，內(nèi)部熱脫扣裝置來不及熔斷，SPD會因過熱而導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸加裝后備保護裝置后，短路電流被及時切斷，線路得到保護電涌保護器·

短路失效保護第三十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二后備保護必須配合SPD一起完成GB18802.1-2011的型式試驗

按照該條要求，后備保護最好選擇SPD型式試驗中的后備保護設(shè)備。后備保護的極限分斷能力IcsIcs值應(yīng)大于SPD出現(xiàn)故障后所產(chǎn)生的最大工頻短路電流，即安裝SPD處最大預(yù)期計算短路電流。后備保護的低短路保護能力該值是指當(dāng)SPD出現(xiàn)TOV（工頻過電壓）時出現(xiàn)較小電流，后備保護對應(yīng)的瞬時動作電流（動作時間為ms級）后備保護的電涌電流耐受能力該值是指后備保護應(yīng)能承受預(yù)期出現(xiàn)的電涌電流，即不應(yīng)因電涌電流出現(xiàn)動作后備保護與進線斷路器間的選擇性配合后備保護應(yīng)與進線斷路器之間有選擇性，SPD出現(xiàn)故障時后備保護優(yōu)先動作后備保護上的殘壓電涌電流不應(yīng)在后備保護設(shè)備上產(chǎn)生過高的殘壓，以免導(dǎo)致設(shè)備上有過高的電壓后備保護的安裝需求后備保護的安裝尺寸不應(yīng)過大，以免加大配電箱箱體電涌后備保護器·

選擇因素第三十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二后備保護需要配合相應(yīng)的SPD一起完成滿足GB18802.1-2011標準的型式檢驗報告后備保護與SPD的配合需要經(jīng)過第三方檢驗機構(gòu)檢驗才能保障配合的可靠性電涌后備保護器·

型式檢驗第三十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二MCBMCCBFuse工頻過載保護能力電涌耐受能力電壓保護水平系統(tǒng)選擇性安裝空間需求電涌后備保護器·

常用后備保護器第三十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二Fuse51015100Isc:kAMCCBFuseMCBImax=40kAIn=20kAImax=120kAIn=60kAorIimp=25kA253650655050MCB的分斷能力最高到15kA，能夠分斷低壓配電系統(tǒng)末端SPD安裝處的最大預(yù)期短路電流，而對于第一、二級SPD安裝處的預(yù)期短路電流有無法安全分斷的風(fēng)險MCCB的分斷能力較高，基本能夠分斷第一、二級SPD安裝處的最大預(yù)期短路電流，但是低短路分斷有問題，且尺寸過大Fuse的分斷能力較高，基本能夠分斷第一、二級SPD安裝處正常的最大預(yù)期短路電流，但是低短路分斷有問題，且尺寸過大MCCBMCB15Imax=120kAIn=60kAorIimp=25kA電涌后備保護器·

常用后備保護器第三十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二5In

(后備保護裝置額定電流）Isc(CB/Fuse)1A1A以內(nèi)靠SPD內(nèi)部熱脫扣裝置起保護SPDMCB/MCCB/FuseNoProtectionType:CB/FuseSPDSPD內(nèi)部熱脫扣裝置起保護CB/Fuse低短路保護起始值CB/Fuse高短路保護分斷能力按照GB18802.1-2011，低短路保護的起始值為5In，高短路保護為后備保護裝置的分斷能力CB/Fuse存在保護盲區(qū)電涌后備保護器·

常用后備保護器第三十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二電涌后備保護器·

常用后備保護器第三十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二額定電流8/20us下最大單次沖擊耐受能力（kA）8/20us下最大預(yù)處理沖擊耐受能力（20次，kA）GB18802.1中的In優(yōu)選值（kA）對應(yīng)的Imax（kA）10/350us下最大單次沖擊耐受能力（kA）MCB10A14.210.6510MCB16A22.214.11020MCB20A22.920.31020MCB25A30.124.21530MCB40A38.025.11530MCB63A34.725.120402.059MCCB63A--60120-MCCB125A----25MCB內(nèi)部結(jié)構(gòu)端子雙金屬片條狀線辮動觸頭瞬時脫扣器負荷側(cè)端子由于在Imax=40kA,In=20kA以上的電涌沖擊下MCB有爆炸的風(fēng)險，因此需用MCCB作為后備保護斷路器電涌后備保護器·

常用后備保護器第四十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二電涌后備保護器·

常用后備保護器第四十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二熔斷器額定電流最大單次沖擊計算值8/20us（kA）試驗值8/20us（kA）GB18802.1中的In優(yōu)選值（kA）對應(yīng)的Imax（kA）最大單次沖擊計算值10/350us（kA）試驗值10/350us（kA）25A7.6532A9.6740A13.41051050A17.31563A23.11780A32.2251020100A41.4308.85125A53.440204011.37160A306015.310200A408019.7515250A5010027.9320315A6012034.2125相同額定電流的熔斷器比斷路器的耐受能力低大規(guī)格熔斷器雖然可以耐受大的電涌沖擊，但是尺寸過大電涌后備保護器·

常用后備保護器第四十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二電涌后備保護器·

常用后備保護器第四十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二進線斷路器選擇MCB，后備保護選擇MCB，很難形成選擇性進線斷路器選擇MCB，后備保護選擇MCCB，幾乎沒有選擇性進線斷路器選擇MCB/MCCB，后備保護選擇熔斷器，需要查看曲線電涌后備保護器·

常用后備保護器第四十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二1002004001500Ures:VIn=5kAIn=30kAIn=40kA5006008001000113In=10kAIn=20kAFuseMCCBMCB650165450441850?In=50kA980???1460?In=60kA斷路器的殘壓非常高，使得SPD支路的有效電壓保護水平Up/f大幅升高，設(shè)備兩端實際的保護水平很低熔斷器在低電涌沖擊時的殘壓較低，但在高電涌沖擊下的殘壓也很高，使得SPD支路的有效電壓保護水平Up/f大幅升高，設(shè)備兩端實際的保護水平很低550電涌后備保護器·

常用后備保護器第四十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二后備保護選擇MCB，安裝空間需求小后備保護選擇MCCB，安裝空間需求大后備保護選擇熔斷器，大電流熔斷器安裝空間需求大電涌后備保護器·

常用后備保護器第四十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二iSCB工頻過載保護能力電涌耐受能力電壓保護水平系統(tǒng)選擇性安裝空間需求電涌后備保護器·

iSCB專用后備保護器第四十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二電涌后備保護器·

iSCB專用后備保護器第四十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二iSCBFuseIsc:kAMCCBMCBN2:25N1:15H2:50H1:36L2:100L1:65iSCB220iSCB265iSCB2120iSCB220N2iSCB220N15101510025365065MCCBFuseMCB505015iSCB265H2iSCB265H1iSCB2120L2iSCB2120L1L2:100L1:65iSCB125L2iSCB125L1由于電流傳感器經(jīng)過了特殊的設(shè)計，所以iSCB可以快速切斷高短路電流iSCB125電涌后備保護器·

iSCB專用后備保護器第四十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二5In

(后備保護裝置額定電流）Isc(CB/Fuse)1ASPDMCB/MCCB/Fuse3AiSCBSPDNoProtectionSPD+iSCBCB/FuseType:iSCBSPD+iSCBSPDSPD內(nèi)部熱脫扣裝置起保護CB/Fuse低短路保護起始值CB/Fuse高短路保護分斷能力Isc(iSCB)1A以內(nèi)靠SPD內(nèi)部熱脫扣裝置起保護按照GB18802.1-2011，低短路保護的起始值為5In，高短路保護為后備保護裝置的分斷能力CB/Fuse存在保護盲區(qū)iSCB擁有更廣的工頻過載保護范圍電涌后備保護器·

iSCB專用后備保護器第五十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期二iSCBFuse5102080T2In:kAMCCBFuseMCBImax=40kAIn=20kAImax=120kAIn=60kAImax=120kAIn=60kA304050606060MCCBMCB20103560iSCB220iSCB265iSCB2120Imax=20kAIn=10kAImax=65kAIn=3