電湧保護器基礎知識

什麼是電湧保護？

可以將電湧保護當作夜總會的保鏢。他可能只允許某些人進入並迅速拋棄麻煩製造者。變得更有趣了嗎？好吧，一個好的全屋電湧保護裝置基本上可以完成同樣的事情。它僅允許您家庭需要的電力，而不能滿足公用事業公司帶來的不規範的過電壓；然後，它可以保護您的設備免受房屋內浪湧可能引起的任何麻煩。整個房屋的電湧保護設備（SPD）通常連接到電氣服務箱，並位於附近，以保護家庭中的所有電器和電氣系統。

我們自己創造的房屋中80％的電湧。

像許多電湧抑制帶一樣，我們已經習慣了，整個房屋的電湧保護器都使用金屬氧化物壓敏電阻（MOV）來分流電湧。 MOV獲得了不好的說唱，因為在電湧條中，一次電湧可以有效地終止MOV的用處。但是，與大多數浪湧保護條中使用的浪湧保護器不同，全屋系統中的浪湧保護器是為分流大型浪湧而設計的，並且可以持續數年。據專家稱，如今，越來越多的房屋建築商將整座房屋的電湧保護器作為標準的加法器提供，以幫助他們與眾不同並保護屋主在電子系統上的投資-尤其是當某些敏感的系統可以由房屋建築商出售時。

關於全屋電湧保護，您應該了解以下五件事：

1.今天，房屋比以往任何時候都更需要整個房屋的電湧保護。

我們的專家說：“過去幾年，房屋發生了很多變化。” “還有更多的電子設備，甚至在帶LED的照明中，如果將LED拆開，那裡也會有一塊電路板。洗衣機，乾衣機，家用電器今天也有電路板，因此，今天還有更多需要保護的房屋，以防電湧—甚至是房屋的照明。 “我們正在將很多技術插入房屋中。”

2.閃電並不是家庭中電子設備和其他系統的最大危險。

專家說：“大多數人認為電湧是閃電，但80％的電湧是短暫的（短而強烈的脈衝），我們會自行產生。” “它們在家庭內部。” 像空調設備和家用電器中的發電機和電動機會在家庭的電線中引入小浪湧。 Pluemer解釋說：“一次大的浪潮很少會一次帶走電器和所有物品，”但是多年來的那些小浪潮會加在一起，降低電子產品的性能，並縮短其使用壽命。

3.整個房屋的電湧保護器可保護其他電子設備。

您可能會問：“如果房屋中的大多數有害電湧來自交流設備和電器之類的機器，為什麼要在斷路器面板上對整個房屋進行電湧保護？” 答案是，專用電路上的設備或系統（例如空調裝置）將通過電湧面板將電湧送回，專家們說，可以在電湧面板上將電湧分流，以保護家中的所有其他物品。

4.整個房屋的電湧保護器應分層放置。

如果設備或設備通過在其他設備之間共享且不專用的電路發送電湧，則這些其他插座可能會受到電湧的影響，這就是為什麼您不希望僅在配電盤上發生這種情況。電湧保護器應在房屋中分層放置，既要在電氣服務處保護整個家庭，又要在使用時保護敏感的電子設備。對於許多家庭影院和家庭娛樂系統，建議使用具有浪湧抑制功能的功率調節器以及向音頻/視頻設備提供濾波後的功率的能力。

5.在整個房子中尋找什麼浪湧保護裝置。

大多數使用120伏電壓的房屋都可以通過額定80kA的電湧保護器得到充分的保護。很有可能家庭不會看到50kA至100kA的大峰值。浪湧到達房屋時，即使附近的雷擊在電力線上傳播也將消失。一個家庭可能永遠不會看到超過10kA的浪湧。但是，例如，接收到10kA浪湧的額定10kA的設備可能會在一次浪湧中耗盡其MOV浪湧分流能力，因此大約80kA的電流將確保其持續時間更長。帶子麵板的房屋應增加大約kA額定值一半的保護。如果某個區域有很多閃電，或者附近有使用重型機械的建築物，請尋找80kA的額定值。

什麼是負載管理？

負載管理系統使工業管理和設施工程師可以控制何時從電源系統添加或卸載負載，從而使並聯繫統更加堅固，並改善了許多發電系統中關鍵負載的電能質量。以最簡單的形式，負載管理（也稱為負載增加/減少或負載控制）允許在電源容量降低或無法支持整個負載時移除非關鍵負載。

它使您可以確定何時需要刪除或重新添加負載

如果卸下了非關鍵負載，則關鍵負載在某些情況下仍可以保留功率，否則它們可能會因過載狀況而導致電能質量下降，或者由於電源的保護性關斷而導致功率損失。它允許根據某些條件（例如發電機過載情況）從發電系統中消除非關鍵負載。

負載管理可根據某些條件（例如發電機負載，輸出電壓或交流頻率）對負載進行優先級排序，刪除或添加。在多發電機系統上，如果一台發電機關閉或不可用，則負載管理可將優先級較低的負載從總線上斷開。

它提高了電能質量，並確保所有負載都能正常運行

這樣可以確保即使系統整體容量低於最初計劃的系統，關鍵負載仍然可以正常運行。此外，通過控制釋放多少非關鍵負載以及哪些非關鍵負載，負載管理可以根據實際系統容量為最大數量的非關鍵負載供電。在許多系統中，負載管理還可以改善電源質量。

例如，在具有大型電動機的系統中，電動機的啟動可以錯開，以在每個電動機啟動時提供穩定的系統。負載管理可以進一步用於控制負載組，因此當負載低於所需極限時，可以激活負載組，從而確保發電機正常運行。

負載管理還可以減輕負載，以便單個發電機可以連接到總線而不會立即過載。可以逐漸增加負載，在增加每個負載優先級之間會有時間延遲，使發電機能夠恢復步進之間的電壓和頻率。

什麼時候應該使用負載管理？

在許多情況下，負載管理可以提高發電系統的可靠性。幾個應用程序中使用負載管理的地方可能會在下面突出顯示。

標準並行系統
死區並聯繫統
單發電機系統
有特殊排放要求的系統

標準並行系統

大多數標準並行系統已用於某種類型的負載管理，因為負載必須由單個發電機供能，然後其他發電機才能與其同步並增加發電能力。此外，該單個發電機可能無法提供整個負載的功率需求。

標準並聯繫統將同時啟動所有發電機，但是如果其中一台發電機不能為並聯總線供電，則它們將無法彼此同步。選擇一台發電機為總線通電，以便其他發電機可以與其同步。儘管大多數發電機通常在第一台發電機關閉後的幾秒鐘內就已同步並連接到並行總線，但同步過程要花費一分鐘，足夠長的時間使過載導致發電機關閉，這種情況並不少見。保護自己。

其他發電機可以在該發電機關閉後接近死線，但它們的負載將導致另一台發電機過載，因此它們的行為可能相似（除非發電機大小不同）。此外，由於異常的電壓和頻率水平或頻率和電壓波動，發電機可能難以同步到過載的母線，因此負載管理的加入可以幫助使更多發電機更快地上線。

為關鍵負載提供良好的電能質量

正確配置的負載管理系統通常會通過確保在線發電機不會過載，從而在同步過程中為關鍵負載提供良好的電能質量，即使同步過程花費的時間比預期的長。負載管理可以多種方式實現。標準並聯繫統通常由並聯開關設備控制，該並聯開關設備通常包含一個可編程邏輯控制器（PLC）或另一個控制系統操作順序的邏輯設備。並聯開關設備中的邏輯設備也可以執行負載管理。

負載管理可以由單獨的負載管理系統執行，該系統可以提供計量功能或可以使用來自並聯開關設備控件的信息來確定發電機負載和頻率。建築物管理系統還可以執行負載管理，通過監督控制來控制負載，並且不需要開關來中斷它們的電源。

死區並聯繫統

死區並聯與標準並聯的不同之處在於，所有發電機都可以在其穩壓器被激活和交流發電機勵磁之前進行並聯。

如果死區並聯繫統中的所有發電機均正常啟動，則電力系統將達到額定電壓和頻率，並具有可為負載提供負載的全部發電能力。因為正常的死區並聯順序不需要單個發電機來為並聯母線通電，所以負載管理在正常的系統啟動過程中不需要釋放負載。

但是，與標準並聯繫統一樣，死區並聯也可以啟動和停止單個發電機。如果一台發電機因服務而停機或由於其他原因而停止運轉，則其他發電機仍可能過載。因此，類似於標準並行系統，負載管理在這些應用程序中可能仍然有用。

死區並聯通常由具有並聯功能的發電機控制器執行，但也可以由並聯開關設備安裝來執行。具有並行功能的發電機控制器通常提供內置的負載管理，從而允許負載優先級直接由控制器管理，而無需並聯開關櫃控制器。

單發電機系統

單發電機系統通常比並聯的發電機系統複雜。當經受間歇性負載或負載變化時，這樣的系統可以使用發電機控制器中的負載管理來控制負載。

間歇性負載（例如冷卻器，感應烤箱和電梯）不會消耗連續的功率，但是會突然且顯著地改變功率需求。負載管理在發電機能夠處理正常負載的情況下很有用，但是在某些情況下，間歇負載可能會使系統的總負載增加到發電機的最大功率容量以上，從而有可能損害發電機輸出的電能質量或導致保護性停機。負載管理還可用於將負載錯開施加到發電機上，從而最大程度地減小由於湧入大電動機負載而引起的電壓和頻率變化。

如果本地法規要求負載控制模塊用於發電機額定輸出電流小於服務入口電流額定值的系統，則負載管理也可能很有用。

有特殊排放要求的系統

在某些地理區域中，發電機在運行時始終具有最低負載要求。在這種情況下，可以使用負載管理將負載保持在發電機上，以幫助滿足排放要求。對於此應用，發電系統配有可控制的負載組。負載管理系統被配置為激勵負載庫中的各種負載，以將發電機系統的輸出功率維持在閾值以上。

某些發電機系統包括柴油機微粒過濾器（DPF），通常需要對其進行再生。在某些情況下，在DPF停車再生期間，發動機將降額至額定功率的50％，並且可以利用負載管理系統在此條件下消除一些負載。

什麼時候不需要負載管理？

儘管負載管理可以改善任何系統中關鍵負載的電能質量，但是它可能會增加某些負載上電之前的延遲，增加安裝的複雜性，並增加大量的接線工作以及零件成本，例如承包商或斷路器。下面概述了一些可能不需要負載管理的應用程序。

適當大小的單發電機

通常不需在大小合適的單台發電機上安裝負載管理系統，因為不太可能發生過載，並且發電機關閉將導致所有負載失去動力，而不論優先級如何。

並聯發電機以實現冗餘

在有並聯發電機且現場電源需求可由任何一個發電機支持的情況下，通常不需要負載管理，因為發電機故障只會導致另一台發電機啟動，而負載只會暫時中斷。

所有負載同樣重要

在所有負載都同樣重要的站點上，很難確定負載的優先級，減少一些關鍵負載，以便繼續為其他關鍵負載供電。在此應用中，發電機（或冗餘系統中的每個發電機）的尺寸應適當設置，以支持整個臨界負載。

電湧來自何處？

電氣瞬變或電湧造成的損壞是電氣設備故障的主要原因之一。電瞬變是持續時間很短的時間，每當電路突然發生變化時，高能量脈衝就會施加在正常的電力系統上。它們可以來自設施內部和外部的多種來源。

不只是閃電

最明顯的來源是雷電，但電湧也可能來自正常的公用事業開關操作或電導體的意外接地（例如，當架空電源線掉落到地面時）。浪潮甚至可能來自建築物或設施內的傳真機，複印機，空調，電梯，電動機/泵或弧焊機等。在每種情況下，正常的電路突然暴露於大劑量的能量下，這可能會對正在供電的設備產生不利影響。

以下是關於如何保護電氣設備免受高能電湧的破壞性影響的電湧保護準則。適當大小和安裝的電湧保護器在防止設備損壞方面非常成功，特別是對於當今大多數設備中存在的敏感電子設備而言。

接地是根本

電湧保護設備（SPD）也稱為瞬態電壓電湧抑制器（TVSS），旨在將大電流電湧轉移到地面並繞過設備，從而限制施加在設備上的電壓。因此，至關重要的是，您的設備必須具有良好的低電阻接地系統，並且所有建築系統的接地都應連接到單個接地參考點。

沒有適當的接地系統，就無法防止電湧。請諮詢有執照的電工，以確保您的配電系統已按照美國國家電氣法規（NFPA 70）進行了接地。

保護區

保護電氣設備免受高能電湧影響的最佳方法是在整個工廠中策略性地安裝SPD。考慮到電湧可能來自內部和外部源，因此無論源位置如何，都應安裝SPD以提供最大的保護。因此，通常採用“保護區”方法。

通過在主要服務入口設備（即，公用電源進入設施的位置）上安裝SPD來實現第一級防禦。這將提供保護，以防止來自外部的高能量電湧，例如雷電或電網瞬變。

但是，安裝在維修入口的SPD不能防止內部產生的電湧。另外，並非來自外部電湧的所有能量都通過服務入口設備消散到地面。因此，應該在為關鍵設備供電的設施內的所有配電板上安裝SPD。

同樣，可以通過在本地為受保護的每台設備（例如計算機或計算機控制的設備）安裝SPD來實現第三保護區域。每個保護區都增加了設施的整體保護，因為每個保護區都有助於進一步降低暴露在受保護設備上的電壓。

SPD的協調

服務入口SPD通過將高能，外部電湧轉移到地面，為設施提供了針對電氣瞬變的第一道防線。它還將進入設施的電湧能量水平降低到可以由靠近負載的下游設備處理的水平。因此，需要對SPD進行適當的協調，以避免損壞安裝在配電盤上或易受攻擊的設備本地的SPD。

如果無法實現協調，則電湧傳播所產生的多餘能量可能會損壞2區和3區SPD，並破壞您要保護的設備。

什麼是SPD評級？

對於當今市場上的所有不同類型，選擇合適的電湧保護器（SPD）似乎是一項艱鉅的任務。 SPD的電湧額定值或kA額定值是最容易被誤解的額定值之一。客戶通常要求使用SPD來保護其200 Amp面板，並且傾向於認為面板越大，保護所需要的kA器件額定值就越大，但這是一個常見的誤解。

當電湧進入面板時，它並不在乎或不知道面板的大小。那麼，如何知道應該使用50kA，100kA還是200kA的SPD？實際上，可以進入建築物佈線的最大浪湧為10kA，如IEEE C62.41標準中所述。那麼，為什麼需要額定200kA的SPD？簡而言之–長壽。

所以有人可能會想：如果200kA是好的，那麼600kA必須好三倍，對吧？不必要。在某些時候，評級會降低其回報率，只會增加額外的成本，而不會帶來實質性的收益。由於市場上大多數SPD都使用金屬氧化物壓敏電阻（MOV）作為主要限制器件，因此我們可以探索如何/為什麼實現更高的kA額定值。如果MOV的額定值為10kA，並且出現10kA的電湧，它將使用其100％的容量。可以將其視為類似於儲氣罐的位置，在這種情況下，電湧會使MOV略微降低（不再100％充滿）。現在，如果SPD具有兩個並聯的10kA MOV，則其額定值為20kA。

從理論上講，MOV將平均分配10kA的浪湧，因此每個MOV將佔用5kA的電流。在這種情況下，每個MOV僅使用了其容量的50％，這會使MOV降級的程度要小得多（將更多的油留在油箱中以備將來激增）。

為給定應用選擇SPD時，必須考慮以下幾點：

應用：

確保SPD專為將要使用的保護區域而設計。例如，應設計服務入口處的SPD，以應對雷電或市電切換引起的較大電湧。

系統電壓和配置

SPD設計用於特定的電壓電平和電路配置。例如，可以通過四線Y型連接為服務入口設備提供480/277 V的三相電源，但本地計算機將安裝到120 V的單相電源上。

允許電壓

這是SPD允許受保護的設備暴露於的電壓。但是，對設備的潛在損害取決於與設備設計相關的設備承受該直通電壓的時間。換句話說，設備通常設計為在很短的時間內承受高壓，而在較長的時間內承受較低的電壓浪湧。

聯邦信息處理標準（FIPS）出版物“自動數據處理設備的電力指南”（FIPS出版號DU294）提供了有關箝位電壓，系統電壓和浪湧持續時間之間關係的詳細信息。

例如，持續時間為480微秒的20 V線路上的瞬變可能會上升到接近3400V，而不會損壞根據該指南設計的設備。但是2300 V附近的電湧可以持續100微秒而不會造成損壞。一般來說，箝位電壓越低，保護效果越好。

浪湧電流

額定浪湧保護器（SPD）可以安全地轉移給定數量的浪湧電流而不會失敗。該額定值的範圍從幾千安培到高達400千安培（kA）甚至更高。但是，雷擊的平均電流僅為大約20 kA，而最高的測量電流剛好超過200 kA。擊中電源線的閃電將在兩個方向上傳播，因此只有一半的電流流向您的設施。在此過程中，某些電流可能會通過公用設備消散到地面。

因此，平均雷擊在服務入口處的潛在電流約為10 kA。此外，該國某些地區比其他地區更容易遭受雷擊。在決定適合您的應用的SPD大小時，必須考慮所有這些因素。

但是，重要的是要考慮一下，額定值為20 kA的SPD足以抵禦平均雷擊和大多數內部產生的電湧，但是額定100 kA的SPD將能夠應對額外的電湧而不必更換避雷器或保險絲。

標準規範

所有SPD均應按照ANSI / IEEE C62.41進行測試，並出於安全性考慮列入UL 1449（第二版）。

電湧保護器（SPD）上的各種產品標記真正含義是什麼，哪些重要？

美國保險商實驗室（UL）要求在UL列出或認可的SPD上標明某些標記。選擇SPD時必須考慮的一些重要參數包括：

SPD類型

用於描述SPD的預期應用位置，位於設施的主要過流保護裝置的上游或下游。 SPD類型包括：

輸入1

永久性連接的SPD，用於安裝在服務變壓器的次級和服務設備過電流設備的線路側以及負載側之間，包括電度表插座外殼和塑殼SPD，旨在安裝時不帶電源外部過電流保護裝置。

輸入2

永久連接的SPD，用於安裝在服務設備過流設備的負載側，包括位於分支面板上的SPD和塑殼SPD。

輸入3

使用點SPD，安裝在從電氣服務面板到使用點的最小導體長度為10米（30英尺）的地方，例如，在受保護的使用設備上安裝了有線連接，直接插入的插座型SPD。。距離（10米）不包括隨SPD附帶或用於附加SPD的導體。

輸入4

組件總成-由一個或多個5型組件以及一個斷開連接（內部或外部）或一種符合有限電流測試的方法組成的組件總成。

1、2、3型零部件裝配體

由具有內部或外部短路保護的第4類組件組成。

輸入5

離散元件電湧抑制器，例如可安裝在PWB上的MOV，可通過其引線連接或在帶有安裝裝置和接線端子的外殼內提供。

標稱系統電壓

應與要安裝設備的公用事業系統電壓相匹配

MCOV

最大持續工作電壓，這是設備在傳導（箝位）開始之前可以承受的最大電壓。它通常比標稱系統電壓高15-25％。

標稱放電電流（I_n)

是通過具有8/20電流波形的SPD的電流峰值，其中SPD在15次電湧後仍保持功能。製造商從UL設定的預定水平中選擇峰值。 I（n）級別包括3kA，5kA，10kA和20kA，並且也可能受測試的SPD類型的限制。

VPR

電壓保護額定值。 ANSI / UL 1449的最新修訂版的額定值，表示當SPD受到6 kV，3 kA 8/20 µs組合波形發生器產生的浪湧時，SPD的“向上舍入”平均測量極限電壓。 VPR是一種箝位電壓測量值，四捨五入到標準值表之一。標準VPR等級包括330、400、500、600、700等。作為標準化的等級系統，VPR允許在相似SPD（即相同類型和電壓）之間進行直接比較。