當前電湧保護器SPD中的幾個熱點問題

當前電湧保護器SPD中的幾個熱點問題

1.測試波形的分類

對於電湧保護器SPD測試，國內外對I類（B類，1類）的測試類別存在激烈的爭論，主要是關於模擬直接雷電脈衝放電的方法，IEC和IEEE委員會之間的爭議。 ：

（1）IEC 61643-1，在電湧保護設備的I類（B類，1類）電湧電流測試中，10 / 350µs波形為測試波形。

（2）IEEE C62.45“ IEEE低壓電湧保護器–第11部分，連接到低壓電源系統的電湧保護器–要求和測試方法”將8 / 20µs波形定義為測試波形。

10 / 350µs波形的批准者認為，為了確保在雷擊時提供100％的保護，必須使用最嚴格的雷電參數來測試雷電保護設備。 使用10 / 350µs波形檢測LPS（防雷系統），以確保它不會被雷電物理損壞。 支持8 / 20µs波形的人認為，使用50多年後，該波形顯示出很高的成功率。

2006年XNUMX月，IEC和IEEE的有關代表協調並列出了若干研究主題。

GB18802.1電源SPD具有I，II和III類分類的測試波形，請參閱表1。

表1：I，II和III級測試類別

美國在以下三個最新標準中考慮了兩種情況：
IEEE C62.41。 1“ IEEE低壓（1000V及以下）交流電源電路中的浪湧環境指南”，2002年
IEEE C62.41。 2“ IEEE關於低壓（1000V及以下）交流電源電路中浪湧的推薦實踐表徵的IEEE”，2002年
IEEE C62.41。 2“ IEEE關於連接到低壓（1000V及以下）交流電源電路的設備的電湧測試的推薦實踐的IEEE”，2002年

情況1：閃電未直接擊中建築物。
情況2：這是一種罕見的情況：雷電直接襲擊建築物或建築物附近的地面被雷擊。

表2推薦了適用的代表性波形，表3給出了與每個類別相對應的強度值。
表2：位置AB C（案例1）適用的標準和其他衝擊測試波形以及案例2參數摘要。

表3：出口處的SPD情況2測試內容 ^A，B

注意：
答：此測試僅限於出口處安裝的SPD，除了SPD以外，它與本建議中提到的標準和其他波形不同。
B.以上值適用於多相SPD的每個相測試。
C. C低於暴露水平1的SPD的成功現場操作經驗表明可以選擇較低的參數。

“沒有可以代表所有浪湧環境的特定波形，因此需要將復雜的現實世界簡化為一些易於處理的標準測試波形。 為此，對浪湧環境進行分類以提供浪湧電壓和電流。選擇波形和幅度以適合評估連接到低壓交流電源的設備的不同耐久能力，設備耐久力和浪湧環境需要適當地協調。”

“指定分類測試波形的目的是為設備設計人員和用戶提供標準和附加的電湧測試波形以及相應的電湧環境水平。 標準波形的建議值是通過分析大量測量數據獲得的簡化結果。 這種簡化將為連接到低壓交流電源的設備的浪湧電阻提供可重複且有效的規範。”

表4中顯示了用於電信和信號網絡的SPD脈衝極限電壓測試的電壓和電流波。

表4：電壓和電流沖擊試驗（GB3-18802的表1）

注意：衝擊作用在線路端子和公共端子之間。 是否在線路端子之間進行測試取決於合適性。 電源的SPD以及電信和信號網絡的SPD應該制定可以與設備的耐壓匹配的統一標準測試波形。

2.電壓開關型和電壓極限型

在長期的歷史中，電壓開關型和電壓限制型是發展，競爭，互補，創新和再發展。 在過去的幾十年中，電壓開關類型的氣隙類型已經被廣泛使用，但是它也暴露出一些缺陷。 他們是：

（1）使用10 / 350µs火花隙型SPD的第一級（B級）引起了大量基站通信設備遭受大規模雷電損壞的記錄。

（2）由於火花隙SPD對雷電的響應時間較長，因此當基站只有火花隙SPD且沒有其他SPD用於第二級（C級）保護時，雷電流可能會引起雷電敏感設備中的設備損壞。

（3）當基站使用B和C兩級保護時，火花隙SDP對雷電的響應時間較慢，可能會導致所有雷電電流流過C級限壓保護器，從而使C級保護器成為雷電損壞。

（4）間隙型和限壓型之間的能量配合之間可能存在火花放電的盲點（盲點表示放電火花間隙中沒有火花放電），從而導致火花隙類型為SPD不起作用，第二級（C級）保護器需要承受得更高。 雷電流導致C級保護器被雷擊損壞（受基站面積限制，兩極SPD之間的去耦距離需要約15米）。 因此，第一級不可能採用間隙型SPD來有效地與C級SPD配合。

（5）將電感串聯在兩個保護等級之間以形成去耦裝置，以解決兩個SPD等級之間的保護距離的問題。 兩者之間可能存在盲點或反射問題。 根據介紹：“電感被用作耗盡成分和波形形狀具有緊密的關係。 對於較長的半值波形（例如10 / 350µs），電感的去耦效果不是很有效（火花隙類型加上電感不能滿足雷擊時不同雷電頻譜的保護要求）。 消耗元件時，必須考慮浪湧電壓的上升時間和峰值。” 此外，即使加上電感，也無法解決高達4kV左右的間隙型SPD電壓的問題，現場操作表明，將間隙型SPD和間隙組合型SPD串聯連接後，C-安裝在開關電源中的40kA級模塊丟失了SPD。有許多記錄被雷擊毀。

（6）間隙型SPD的di / dt和du / dt值非常大。 在第一級SPD後面對受保護設備內部的半導體組件的影響特別明顯。

（7）無劣化指示功能的火花隙SPD

（8）火花隙式SPD無法實現損壞報警和故障遠程信號通知功能（目前只能通過LED來指示其輔助電路的工作狀態，不能反映雷電浪湧的惡化和損壞對於無人值守的基站，間歇性SPD無法有效地應用。

總結：從參數，指標和功能因素（例如殘餘壓力，去耦距離，火花氣體，響應時間，無損壞警報和無故障遠程信號）的角度來看，在基站中使用火花隙SPD可能會造成威脅通信系統的安全運行問題。

但是，隨著技術的不斷發展，火花隙式SPD不斷克服自身的缺點，使用這種類型的SPD也凸顯了更大的優勢。 在過去的15年中，已經對氣隙類型進行了大量研究和開發（請參見表5）：

在性能方面，新一代產品具有低殘留電壓，大流量和小尺寸的優點。 通過微間隙觸發技術的應用，可以實現限壓SPD與限壓SPD組合的“ 0”距離匹配。 它還彌補了其缺乏響應能力，並極大地優化了防雷系統的建立。 在功能方面，新一代產品可以通過監視觸發電路的運行來保證整個產品的安全運行。 產品內部裝有熱脫離裝置，以免外殼燃燒； 電極組採用大開口距離技術，以避免過零後的連續流動。 同時，它還可以提供遠程信號報警功能，以選擇等效的雷電脈衝大小，並延長使用壽命。

表5：火花隙的典型發展

S / N	年份	主要特點	備註
1	1993	建立一個從小到大變化的“ V”形間隙，並在谷端建立一個薄的放電絕緣體作為隔離，以幫助獲得低工作電壓並放電直到間隙，並利用1993年的電極，空間結構和材料特性。將電弧引至外部，形成間歇狀態並熄滅電弧。 早期的間隙型放電器具有高擊穿電壓和較大的分散性。
2	1998	使用電子觸發電路，尤其是使用變壓器，可以實現輔助觸發功能。 它屬於主動觸發放電間隙，是被動觸發放電間隙的升級。 有效降低擊穿電壓。 它屬於脈衝觸發器，不夠穩定。
3	1999	間隙放電由火花片刺激（由變壓器主動觸發），該結構設計為半封閉結構，喇叭形的圓形或弧形間隙從小變大，空氣導流側面設有凹槽，便於拉拔和拉長。熄滅電弧，並在封閉結構中填充滅弧氣體。 這是早期放電間隙電極的發展。 與傳統的封閉式放電間隙相比，弧形或圓形凹槽可優化空間和電極，有利於減小體積。 電極間隙小，間歇能力不足，
4	2004	配合微間隙觸發技術，採用遠距離電極設置和螺旋通道冷卻滅弧技術， 大大提高了觸發技術和間歇能力，使用能量觸發技術更加穩定可靠。
5	2004	優化防雷裝置，以形成滿足B級和C級防護要求的複合電湧保護器。 由放電間隙製成的模塊，由限壓元件製成的模塊，基極和劣化裝置以各種方式組合在一起，以形成過壓保護裝置

發展軌跡圖

3.電信SPD和電源SPD之間的異同

表6：電信SPD和電源SPD之間的異同

表7：通信SPD的通用工作電壓

4.外部過電流保護與浪湧保護器之間的合作

隔離開關中的過電流保護（斷路器或保險絲）的要求：

（1）符合GB / T18802.12：2006“電湧保護器（SPD）第12部分：低壓配電系統的選擇和使用指南”，“當SPD與過電流保護裝置配合使用時，標稱欠放電電流在這種情況下，建議過電流保護器不工作； 當電流大於In時，過電流保護器可以工作。 對於可複位的過電流保護器，例如斷路器，不應受到這種浪湧的損害。”

（2）應根據SPD安裝時可能產生的最大短路電流和SPD的承受短路電流的能力來選擇過電流保護裝置的額定電流值（由SPD製造商提供） ），即“ SPD及其連接的過電流保護。 設備的短路電流（在SPD發生故障時產生）等於或大於安裝時預期的最大短路電流。”

（3）必須在電源入口處的過電流保護裝置F1和SPD外部隔離開關F2之間滿足選擇關係。 測試的接線圖如下：

研究結果如下：
（a）斷路器和保險絲上的電壓
U（斷路器）≥1.1U（保險絲）
U（SPD +過電流保護器）是U1（過電流保護器）和U2（SPD）的矢量和。

（b）保險絲或斷路器可承受的浪湧電流容量

在過電流保護器不工作的情況下，找到具有不同額定電流的保險絲和斷路器可以承受的最大浪湧電流。 測試電路如上圖所示。 測試方法如下：施加的浪湧電流為I，並且保險絲或斷路器不工作。 當施加浪湧電流I的1.1倍時，它便開始工作。 通過實驗，我們發現過流保護器不能在浪湧電流（8 / 20µs波動電流或10 / 350µs波動電流）下工作時需要一些最小額定電流值。 見表：

表8：浪湧電流下的保險絲和斷路器的最小值，波形為8 / 20µs

表9：保險絲和斷路器的最小值在10 / 350µs的浪湧電流下不工作