当前电涌保护器SPD中的几个热点问题

当前电涌保护器SPD中的几个热点问题

1.测试波形的分类

对于电涌保护器SPD测试，国内外对I类（B类，1类）的测试类别存在激烈的争论，主要涉及模拟直接雷电脉冲放电的方法，IEC和IEEE委员会之间的争议。 ：

（1）IEC 61643-1在电涌保护设备的I类（B类，1类）电涌电流测试中，10 / 350µs波形为测试波形。

（2）IEEE C62.45“ IEEE低压电涌保护器–第11部分，连接到低压电源系统的电涌保护器–要求和测试方法”将8 / 20µs波形定义为测试波形。

10 / 350µs波形的批准者认为，为了确保在雷击时提供100％的保护，必须使用最严格的雷电参数来测试雷电保护设备。 使用10 / 350µs波形检测LPS（防雷系统），以确保它不会被雷电物理损坏。 支持8 / 20µs波形的人认为，使用50多年后，该波形显示出很高的成功率。

2006年XNUMX月，IEC和IEEE的有关代表协调并列出了若干研究课题。

GB18802.1电源SPD具有I，II和III类分类的测试波形，请参阅表1。

表1：I，II和III级测试类别

美国在以下三个最新标准中考虑了两种情况：
IEEE C62.41。 1“ IEEE低压（1000V及以下）交流电源电路中的浪涌环境指南”，2002年
IEEE C62.41。 2“ IEEE关于低压（1000V及以下）交流电源电路中浪涌的推荐实践表征的IEEE”，2002年
IEEE C62.41。 2“ IEEE关于连接到低压（1000V及以下）交流电源电路的设备的电涌测试的推荐实践的IEEE”，2002年

情况1：闪电未直接击中建筑物。
情况2：这是一种罕见的情况：雷电直接袭击建筑物或建筑物附近的地面被雷击。

表2推荐了适用的代表性波形，表3给出了与每个类别相对应的强度值。
表2：位置AB C（案例1）适用的标准和附加冲击测试波形以及案例2参数摘要。

表3：出口处的SPD情况2测试内容 ^A，B

请注意：
答：此测试仅限于出口处安装的SPD，除了SPD以外，它与本建议中提到的标准和其他波形不同。
B.以上值适用于多相SPD的每个相测试。
C. C低于暴露水平1的SPD的成功现场操作经验表明可以选择较低的参数。

“没有可以代表所有浪涌环境的特定波形，因此需要将复杂的实际世界简化为一些易于处理的标准测试波形。 为此，对浪涌环境进行分类以提供浪涌电压和电流。选择波形和幅度以适合评估连接到低压交流电源的设备的不同耐久能力，设备耐久力和浪涌环境需要得到适当的协调。”

“指定分类测试波形的目的是为设备设计人员和用户提供标准和额外的浪涌测试波形以及相应的浪涌环境水平。 标准波形的建议值是通过分析大量测量数据获得的简化结果。 这种简化将为连接到低压交流电源的设备的浪涌电阻提供可重复且有效的规范。”

表4中显示了用于电信和信号网络的SPD脉冲极限电压测试的电压和电流波。

表4：电压和电流冲击试验（GB3-18802的表1）

注意：冲击作用在线路端子和公共端子之间。 是否在线路端子之间进行测试取决于合适性。 电源的SPD以及电信和信号网络的SPD应该制定可以与设备的耐压匹配的统一标准测试波形。

2.电压开关型和电压极限型

在长期的历史中，电压开关型和电压限制型是发展，竞争，互补，创新和再发展。 在过去的几十年中，电压开关类型的气隙类型已经被广泛使用，但是它也暴露出一些缺陷。 他们是：

（1）使用10 / 350µs火花隙型SPD的第一级（B级）引起了大量基站通信设备遭受大规模雷电损坏的记录。

（2）由于火花隙SPD对雷电的响应时间较长，因此当基站只有火花隙SPD且没有其他SPD用于第二级（C级）保护时，雷电流可能会引起雷电敏感设备中的设备损坏。

（3）当基站使用B和C两级保护时，火花隙SDP对雷电的响应时间较慢，可能会导致所有雷电电流流过C级限压保护器，从而使C级保护器成为雷电损坏。

（4）间隙型和限压型之间的能量配合之间可能存在火花放电的盲点（盲点表示放电火花间隙中没有火花放电），从而导致火花间隙型SPD不起作用，第二级（C级）保护器需要承受得更高。 雷电流导致C级保护器被雷击损坏（受基站面积限制，两极SPD之间的去耦距离需要约15米）。 因此，第一级不可能采用间隙型SPD来有效地与C级SPD配合。

（5）将电感串联在两个保护等级之间以形成去耦装置，以解决两个SPD等级之间的保护距离的问题。 两者之间可能存在盲点或反射问题。 根据介绍：“电感被用作耗尽成分和波形形状具有紧密的关系。 对于较长的半值波形（例如10 / 350µs），电感的去耦效果不是很有效（火花隙类型加上电感不能满足雷击时不同雷电频谱的保护要求）。 消耗元件时，必须考虑浪涌电压的上升时间和峰值。” 此外，即使加上电感，也无法解决高达4kV左右的间隙型SPD电压的问题，现场操作表明，将间隙型SPD和间隙组合型SPD串联连接后，C-安装在开关电源内部的40kA级模块丢失了SPD。有许多记录被雷击毁。

（6）间隙型SPD的di / dt和du / dt值非常大。 在第一级SPD后面对受保护设备内部的半导体组件的影响特别明显。

（7）无劣化指示功能的火花隙SPD

（8）火花隙式SPD无法实现损坏报警和故障远程信号通知功能（目前只能通过LED来指示其辅助电路的工作状态，不能反映雷电浪涌的恶化和损坏对于无人值守的基站，间歇性SPD无法有效地应用。

总结：从参数，指标和功能因素（例如残余压力，去耦距离，火花气体，响应时间，无损坏警报和无故障远程信号）的角度来看，在基站中使用火花隙SPD可能会造成威胁通信系统的安全运行问题。

但是，随着技术的不断发展，火花隙式SPD不断克服自身的缺点，使用这种类型的SPD也凸显了更大的优势。 在过去的15年中，已经对气隙类型进行了大量研究和开发（请参见表5）：

在性能方面，新一代产品具有低残留电压，大流量和小尺寸的优点。 通过微间隙触发技术的应用，可以实现限压SPD与限压SPD组合的“ 0”距离匹配。 它还弥补了其缺乏响应能力，并极大地优化了防雷系统的建立。 在功能方面，新一代产品可以通过监视触发电路的运行来保证整个产品的安全运行。 产品内部装有热脱离装置，以免外壳燃烧。 电极组采用大开口距离技术，以避免过零后的连续流动。 同时，它还可以提供远程信号报警功能，以选择等效的雷电脉冲大小，并延长使用寿命。

表5：火花隙的典型发展

S / N	年份	主要特点	备注
1	1993	建立一个从小到大变化的“ V”形间隙，并在谷端建立一个薄的放电绝缘体作为隔离，以帮助获得低工作电压并放电直到间隙，利用电极，空间结构和材料特性（1993年） 。将电弧引至外部，形成间歇状态并熄灭电弧。 早期的间隙型放电器具有高击穿电压和较大的分散性。
2	1998	使用电子触发电路，尤其是使用变压器，可以实现辅助触发功能。 它属于主动触发放电间隙，是被动触发放电间隙的升级。 有效降低击穿电压。 它属于脉冲触发器，不够稳定。
3	1999	间隙放电由火花片刺激（由变压器主动触发），该结构设计为半封闭结构，喇叭形的圆形或弧形间隙从小变大，空气导流侧面设有凹槽，便于拉拔和拉长。熄灭电弧，并在封闭结构中填充灭弧气体。 这是早期放电间隙电极的发展。 与传统的封闭式放电间隙相比，弧形或圆形凹槽可优化空间和电极，有利于减小体积。 电极间隙小，间歇能力不足，
4	2004	配合微间隙触发技术，采用远距离电极设置和螺旋通道冷却灭弧技术， 大大提高了触发技术和间歇能力，使用能量触发技术更加稳定可靠。
5	2004	优化防雷装置，以形成满足B级和C级防护要求的复合电涌保护器。 由放电间隙制成的模块，由限压元件制成的模块，基极和劣化装置以各种方式组合在一起，以形成过压保护装置

发展轨迹图

3.电信SPD和电源SPD之间的异同

表6：电信SPD和电源SPD之间的异同

表7：通讯SPD的通用工作电压

4.外部过流保护与浪涌保护器之间的合作

隔离开关中的过电流保护（断路器或保险丝）的要求：

（1）符合GB / T18802.12：2006“电涌保护器（SPD）第12部分：低压配电系统的选择和使用指南”，“当SPD与过流保护装置配合使用时，标称欠放电电流在这种情况下，建议过电流保护器不工作； 当电流大于In时，过电流保护器可以工作。 对于可复位的过电流保护器，例如断路器，它不应被这种浪涌损坏。”

（2）应根据SPD安装时可能产生的最大短路电流和SPD的承受短路电流的能力来选择过电流保护装置的额定电流值（由SPD制造商提供） ），即“ SPD及其连接的过电流保护。 设备的短路电流（在SPD发生故障时产生）等于或大于安装时预期的最大短路电流。”

（3）必须在电源入口处的过电流保护装置F1和SPD外部隔离开关F2之间满足选择关系。 测试的接线图如下：

研究结果如下：
（a）断路器和保险丝上的电压
U（断路器）≥1.1U（保险丝）
U（SPD +过电流保护器）是U1（过电流保护器）和U2（SPD）的矢量和。

（b）保险丝或断路器可承受的浪涌电流容量

在过电流保护器不工作的情况下，找到具有不同额定电流的保险丝和断路器可以承受的最大浪涌电流。 测试电路如上图所示。 测试方法如下：施加的浪涌电流为I，并且保险丝或断路器不工作。 当施加浪涌电流I的1.1倍时，它便开始工作。 通过实验，我们发现过流保护器不能在浪涌电流（8 / 20µs波动电流或10 / 350µs波动电流）下工作时需要一些最小额定电流值。 见表：

表8：浪涌电流下的保险丝和断路器的最小值，波形为8 / 20µs

表9：保险丝和断路器的最小值在10 / 350µs的浪涌电流下不工作