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防雷知识连载(五)| 如何配置电源SPD后备保护装置
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防雷知识连载(五)| 如何配置电源SPD后备保护装置 2019-10-21 防雷知识连载(五)| 如何配置电源SPD后备保护装置 亚博电竞网站58

电源SPD后备保护,应该满足以下几个基本要求:


1.在电涌冲击时不动作;


2.在SPD出现“短路”故障时及时可靠地动作;


3.应保证系统的供电连续性(通常情况下的要求),要求SPD后备保护能与主回路保护装置配合,即 SPD支路后备保护F2应先于主回路保护装置F1动作(如果在特殊情况下,选择保证SPD保护连续性的话,则对这一条不做要求)。

 

如下示意图,当SPD出现续流或者短路故障时,我们希望F2动作,而F1不动作,避免电力供应中断。


防雷知识连载(五)| 如何配置电源SPD后备保护装置


也就是说,理想状态下,SPD支路熔断器既要实现与上级熔断器的匹配(不能太大),又要与SPD的放电能力匹配(不能太小)。实际应用中很难同时满足以上2个要求,这就需要设计人员根据实际情况来决定了。如因工艺等原因,停机造成的损失很大,通常不允许断电停机,那么就要选择保证供电连续性。如果设备贵重、受雷击风险高且断电停机损失相对较小,如风力发电机,应选择保证SPD保护连续性。

 

电源SPD常用的后备保护,有熔断器和断路器两种,该如何选择?

在此我们需要先来了解一下熔断器和断路器不同的工作原理,以及应用上的差别。

熔断器,俗称保险丝,是依靠能量的累积,熔丝到一定的温度时实现熔断,其熔断不光与电流大小有关,也和时间有关。断路器,则是靠电流流过线圈时产生的电磁力来吸附可动的触头实现动作,主要和电流(峰值)大小有关。

 

电涌冲击的电流峰值很大,这使得采用断路器时,冲击电流峰值越大(波形持续时间越长),断路器越容易动作,所以一般只是在冲击电流较小时,采用断路器(微型)。以下我们来详细比较一下熔断器和微型断路器的优缺点。

 

熔断器:

优点:

可实现主回路(F1)和支路(F2)匹配,满足F1:F2≥1.6:1即可,如F1=100A,F2=63A;

限流性好,分断能力强;

感抗小,经受电涌冲击时,不会额外提升被保护设备两端电压;

成本低。

 

主要缺点:

不能在35mm导轨上安装;

熔断后需要更换熔芯;

熔断后指示性较差。

 

微型断路器:

优点:

安装方便;

故障断开后,如无特殊原因,手动复位即可;

断开后指示性好。

 

缺点:

不能保证F1和F2的匹配,即使F1额定值大于F2,也不能保证F2先于F1动作;

在电涌冲击时,容易跳闸,需要及时检查复位;

内部有线圈,感抗大,电涌冲击时,会在断路器上产生较高的电压,该电压和SPD的残压一起施加到被保护设备上,对保护效果不利;

成本相对较高。

所以,熔断器更适合作为SPD的后备保护。

 

IEC616亚博电竞网站3.12-2008标准中,只对熔断器的使用做了推荐。对于断路器,有人进行过相关研究测试工作,但由于不同厂家、不同品牌、不同曲线的断路器实验结果上一致性差,无法给出推荐值。


IEC616亚博电竞网站3.12-2008对熔断器计算和测试值如下:


表1. SPD的放电能力In与匹配的熔断器额定电流值

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我司测试了国内几个常用品牌的熔断器(方形柱体),不同品牌之间测试的结果略有差异,但总体情况与标准推荐值比较吻合。

 

假定 的适合的后备保护熔丝的值为A(A的大小由SPD厂家提供,如果厂家未提供,可根据SPD的In值查附表1),根据不同的情况,选择如下:


表2

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在F1≥1.6A的情况下,保证供电连续性和保证SPD保护连续性是可以同时满足的。


另补充说明:当所选F2<A时,表示在极限情况的电涌冲击下(冲击电流接近或超过In值,或者系统承受过多次冲击),允许熔断器熔断。但即使熔断器熔断,SPD仍然会起到保护作用的,这是因为熔断器的熔断响应时间比SPD响应时间大几个数量级(熔断器响应是ms级,SPD响应是ns级,雷电流波形是us级),在实验室进行的测试中,导致熔断器断开的那一次电涌冲击波形都是采集到了的。只不过是在熔断器熔断之后,如果未及时维护更换,下一次电涌冲击时设备就可能因失去SPD的保护而损坏。

 

近几年,市场上在大力宣传推广一种电源SPD专用的后备保护器(SSD),用来代替常规电源SPD后备保护熔断器(F2)。其理论基础是:普通的熔断器在作为电源SPD的后备保护时,其保护范围和电源SPD内部脱离器存在保护上的盲区。具体一点讲,就是:


电源SPD内部脱离器一般针对小的故障电流(漏电流,mA级至A级),而电源SPD(外部)后备保护脱离器针对的是大的故障电流(短路电流,数百、千A级),两个脱离器存在保护上的盲区,仍有起火隐患,而采用电源SPD专用后备保护器,就可以消除这样的一个保护盲区。

 

SSD实现了在高冲击电流(几十kA)下不动作而在低工频(故障)电流(几A)下动作,具备作为SPD专用的后备保护器的理论基础。但是,对于SSD的应用,存在几个问题:


1)如下图这样一个典型应用中,使用SSD替代F2后,能否实现SSD和F1动作上的配合,确保SSD比F1先动作?对于这方面的问题,不知道SSD厂家是否有过研究和结论。


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2)前面已经提到,电源SPD常见的故障方式有2类,SPD劣化引起的mA级漏电流和SPD短路引起的大故障电流。而SSD需要故障电流达到安培级别才能动作,对于基于MOV的电源SPD而言,故障电流达到mA级别,SPD就可能起火,在mA级别的故障电流下,SSD是不会动作的,这种情况只能依靠电源SPD自身脱扣装置来解决。所以,即使使用了SSD,电源SPD自身的脱扣装置仍是必不可少的。同样,即使使用了SSD,对SPD自身的短路耐受能力也是有要求的


3)哪些情况下,电源SPD会出现安培级故障电流?概率有多大?

如果是因为SPD在mA级故障电流下未能成功脱扣,导致漏电流增加至安培级,那么在这种情况下,在SSD动作之前,SPD大概率已经起火了。

 

所谓“解铃还须系铃人”,我们应首先从提高电源SPD自身的安全可靠性的角度(可靠的脱扣装置和足够大的短路耐受能力)来解决SPD在应用中存在的隐患。而SSD虽然能解决目前存在的部分问题,但也可能引入新的问题,并增加成本压力。



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