MOV通流能力衡量优化方法

MOV作为压敏型电涌保护器(SPD)的主要防雷元件,依据IEC 61643的规定,其通流能力是反映SPD防雷性能的重要指标,故通常用标称(最大)放电电流来衡量MOV通流能力,但这并不意味着MOV的标称放电电流就是衡量MOV的通流能力最佳参数,为了更为准确地研究SPD的防雷性能,需要对MOV通流能力的衡量方法进行进一步优化分析。通过详细分析通流能力的本质含义,引入能量资源(安秒资源)的概念,区分了MOV的标称(最大)放电电流与通流能力的关系,结果显示:利用MOV的能量资源(安秒资源)来体现器件的通流性能,更符合MOV的特征,优化后的衡量方法对于SPD防雷性能的精确定标具有重要的参考价值。     

基于组合型电涌保护器能量配合的实验研究

针对组合型电涌保护器(SPD)中主要防雷元件之间的能量配合问题,依据IEC 62305-4与GB 50343—2010的规定要求,通过对气体放电管(GDT)、金属氧化物压敏电阻(MOV)、瞬态抑制二极管(TVS)进行理论概述,再对这3种常见的防雷元器件进行并联组合后,分别进行多次冲击实验,发现不同的防雷元件的合理并联配合使用对于提高SPD整体的响应速度,缩短动作过程时间,提高SPD的通流容量与限压水平具有明显的效果.实验结论对于组合型SPD的设计具有一定的实际参考价值.     

限压型SPD安全性试验

氧化锌压敏电阻(MOV)和热脱离保护装置是限压型电涌保护器(SPD)的核心部件,直接决定SPD的安全性能。深入分析这2个部件的失效模式,总结出部件设计需要考虑的参数因子十分必要。本文通过试验研究了MOV在最大持续工作电压Uc下工作温度升高、冲击电流过大及暂态过电压3种情况下的故障模式,并在MOV故障模式下对热脱离保护装置进行性能试验,得出提高限压型SPD安全性的措施:(1)选择匹配的MOV(包括通流能力和残压、高温稳定性、过大冲击电流下工频耐受能力、暂态过电压耐受能力);(2)设计可靠的热脱离保护装置(包括材料属性、取热点位置、脱扣距离、脱扣力及其焊接工艺、增加内置式过电流保护装置等)。     

基于不同组合方式下电源系统SPD的试验

通过对电源系统SPD几种常见的组合方式用8/20μs电流进行冲击试验,测出每种组合的残压和通流以及冲击前后的静态参数,通过试验并对试验数据进行分析发现:常见的电源系统SPD组合方式中两压敏电阻并联时的通流最大、残压最小,而压敏电阻串联时的残压最大、通流最小;采用多个压敏电阻并联适用于暂态过电流较大的保护场合;压敏电阻与气体放电管串联时,残压稍高,通流量增大,无漏电流,但反应时间变长,适用对SPD响应时间要求不太高的电路中;压敏电阻漏电流随着冲击电压的增大不断升高,所以应定期检测,及时更换。     

电涌保护器电压保护水平值的合理判定

通过对一个防雷设计方案的分析,阐述了如何正确理解防雷设计方案中电涌保护器(SPD)的标称放电电流、电压保护水平(Up)等参数。通过对两个型号的Ⅱ级试验SPD检测报告中数据的对比分析,指出不应仅以SPD的铭牌上标注的电压保护水平(Up)值作为电压保护水平是否符合设计要求的依据,应结合SPD检测报告中的数据综合判断。建议生产商根据检测报告,标注几个标称放电电流值以下的特征电流对应的Up值,或者在产品说明中绘制冲击电流残压曲线图,完善SPD限压特性的描述。     

两种试验类型防雷SPD之间的电流值换算

为探讨Ⅱ级试验防雷SPD(浪涌保护器)的最大放电电流I_(max)(8/20μs)值与Ⅰ级试验防雷SPD的冲击电流I_(imp)(10/350μs)值之间的等效关系,采用将I_(max)(8/20μs)电流波和I_(imp)(10/350μs)电流波分别等效为斜角波的方法,分别计算Ⅱ级试验SPD承受的I_(max)(8/20μs)电流波能量和Ⅰ级试验SPD承受的I_(imp)(10/350μs)电流波能量,令两者的能量相等,分析计算出I_(max)(8/20μs)和I_(imp)(10/350μs)应满足的比值关系。通过分析计算得出:当Ⅱ级试验SPD的电压保护水平值与Ⅰ级试验SPD的电压保护水平值相等时,Ⅱ级试验SPD的最大放电电流I_(max)(8/20μs)值为Ⅰ级试验SPD的冲击电流I_(imp)(10/350μs)值的21.56倍,两者所能承受的能量大致相等。     

电气系统中电涌保护器的雷电流能量配合设计

分析了电涌保护器(SPD)使用中所涉及到的雷电流能量配合设计。首先分析了单级SPD与被保护设备之间的配合,使用最大振荡距离和耦合距离的计算公式来测算配合的成功性;其次分析了多级SPD之间的配合,着重分析了两级SPD(开关型和限压型组合)的配合,并采用瞬态级间电压降微分方程作为能量配合中所必须遵循的关系式,以及用不同雷电流波形来计算解耦合器的大小,最后提出一个可行的SPD能量配合设计基本步骤。     

Ⅱ级试验SPD泄放雷电冲击电流的可行性

通过试验的方法,采用脉冲电流发生器,对不同标称放电电流的Ⅱ级试验SPD,施加波形为10/350μs的电流波,考察Ⅱ级试验SPD所能通过的冲击电流与其标称电流的关系,从而对用Ⅱ级试验SPD泄放雷电冲击电流的可行性进行分析。试验结果表明:试验中的四个不同品牌型号的Ⅱ级试验SPD分别能通过其标称流0.075、0.075、0.1、0.125倍的冲击电流值,平均理论偏差为-6.25%,与相关理论研究相符;用Ⅱ级试验SPD泄放雷电冲击电流是可行的,但对于所能通过的冲击电流与标称放电电流的比值,不同品牌和型号之间有较大差异。由于受市场上实际产品的限制,在实际应用中,用Ⅱ级试验SPD代替Ⅰ级试验SPD作为第一级SPD可行性低。     

SPD脱扣装置中温度保险丝性能分析

金属氧化物避雷器(MOV)对电子设备和网络系统提供有效防雷保护的同时也出现了因MOV失效所导致的诸多问题,其中最严重的是导致起火、爆炸。分析了MOV起火的原因,阐述了温度保险丝的工作原理,提出运用温度保险丝对MOV进行过热保护,防止MOV起火的观点。为检测温度保险丝的性能,设计了温度保险丝的过电流耐受冲击试验、限制电压试验和热稳定性试验。试验结果表明:使用温度保险丝作为电涌保护器内置脱扣装置时,能够耐受雷电流的冲击;压敏电压的变化率在10%以内,限制电压仅上升2.2%,说明温度保险丝并不会影响MOV的限压性能;在MOV过热时,温度保险丝能迅速熔断,切断MOV与主电路的连接,从而保护系统安全。还对温度保险丝和低温焊锡的脱扣性能进行比较,将二者的脱扣温度与断开时间进行了分析,当脱扣时的温度小于130℃时,温度保险丝较低温焊锡动作及时,具有一定的优越性。     

一种新型信号电涌保护器的设计

信号电涌保护器(信号SPD)是广泛应用于信号系统终端设备的一种雷电防护装置。为了提高其自身元器件安全性和实现故障指示功能,同时考虑到电路的复杂程度和内部结构空间的有限性,本文设计研究了一种新型的信号SPD,该产品使用了高分子正温度系数电阻(PTC)来保护其他的元器件,并增加了集成故障指示器。将该产品进行瞬态抑制二极管(TVS)、串联电阻的过热保护模拟试验以及信号SPD测试标准中的冲击电流、传输特性和过载失效模式3项试验,试验结果表明:新产品具有热保护功能,且参数指标完全满足信号SPD测试标准的要求。同时,产品具有无源的故障指示器,适用于信号可以短时中断的系统。     

气体放电管与氧化锌压敏电阻组合使用方法的分析

针对气体放电管与氧化锌(Zn0)压敏电阻组合使用方法的问题,根据Zn0压敏电阻的结构和电气特性与气体放电管的结构理论;得出当Zn0压敏电阻并联在气体放电管不同位置时,即压敏电阻并联的气体放电管数越少,组合型SPD的残压越低;串联气体放电管的数量越多,通过Zn0压敏电阻的电流越小,可以延长压敏电阻的使用寿命;当气体放电管两端的电压达到直流放电电压时,气体放电管迅速导通,使整个组合器件两端电压迅速减小;随着冲击电压的升高残压越大,通流呈线性增加。     

初始长连续电流引起的地电位抬升和SPD损坏

在电子电气系统接地领域,地电位抬升对电子设备的破坏效应一直是人们关注的焦点。基于触发闪电技术,开展了地网地电位抬升冲击电涌保护器(surge protective device,SPD)的观测试验,重点分析了触发闪电初始长连续电流过程对SPD的冲击和损坏效应。结果发现,触发闪电注入地网后,闪电的初始长连续电流和继后回击的共同作用下很容易造成额定通流量的SPD损坏,当流经SPD的能量累积达到一定程度时仅初始长连续电流过程也会损坏SPD;冲击SPD的效应与初始长连续电流过程的不同的波形密切相关,当长连续电流过程叠加上升沿较快幅值较大的初始连续电流脉冲(ICCP,initial continuous current pulse)时,流经SPD的能量会迅速增加,是长连续电流过程中SPD损坏的最为关键因子。个例分析发现,当初始长连续电流过程持续时间和平均电流量级达到100 ms和200 A左右,泄放电量为25 C,流经SPD的能量达1000 J左右,易造成标称放电电流20 kA甚至更高的SPD损坏。     

两级雷击电涌保护器配合的过电流和过电压变化特征

通过对电气系统受两级雷击电涌保护器（surge protective divice,SPD）配合保护下的过电流和过电压变化特性的分析研究,建立过电压两级保护线路的瞬态Kirchhoff方程组,对各SPD、级间电缆（或解耦器）和负载的端电压、电流进行模拟计算,绘制时序波形图,获得两级SPD（首级为火花间隙、次级为压敏电阻）配合保护下的雷击过电流的分流特性和负载过电压变化特性,为雷击过电压过电流的多级保护提供理论分析方法,可供电气系统多级雷电防护工程设计参考。     

分布电容对信号类SPD残压影响的分析

为了提升电子设备抵御电涌能力,分别设计了整流桥结构、TVS管结构和TVS阵列结构等三种构造的电涌保护电路,并对三种构造RJ45型网络接口电涌保护器(surge protective device,SPD)进行组合波测试,对比其残压,其中整流桥结构下的冲击残压相对于只用TVS管和TVS阵列结构偏低,但信号类SPD由于流过的是高频信号,SPD的分布电容对信号传输会产生严重影响。结果表明：TVS阵列的分布电容比整流桥结构下的分布电容低,如果对信号传输保真要求不高,可以使用整流桥结构的SPD;而对信号传输有较严格要求时,应使用TVS阵列结构的SPD。     

“3+NPE”模式中SPD与RCD的关系

通过对<建筑物防雷设计规范>GB 50057-94(2000版)标准中电涌保护器设计图的分析,比较了剩余电流动作保护器(RCD)装在SPD的电源侧和装在SPD的负载侧的不同,得出当采用"3+NPE"模式进行保护时,由于NPE模块是一种放电间隙型模块,不会在线路中导致接地故障,因此可解决电涌保护器(SPD)安装位置受限制及高接地电阻地区电涌保护器(SPD)因串联断路器无法脱扣导致的烧毁等设计问题.     

GB 50057与GB 50343关于SPD规定对比

建筑物内低压电源系统电涌保护器(SPD)设计和安装等依据的技术规范为GB 50057-2010和GB 50343-2012。由于两个规范对SPD的相关规定存在较大差异,导致防雷工作中SPD设计、安装等标准无法统一。从SPD术语、安装位置、放电电流、级别设置相关条款进行对比分析,发现:1SPD术语仅翻译不同。2GB 50343对SPD安装位置要求较准确;GB 50057关于SPD放电电流的规定更合理。3SPD级别设置的计算方法不同。     

十脉冲下限压型SPD级间串联退耦电感前后能级匹配研究

退耦电感是限压型浪涌保护器(SPD)级联配合核心元件, 对于限压型SPD能级匹配具有重要影响。针对退耦电感与限压型SPD能级匹配问题, 基于行波传输理论建立多级限压型SPD能量匹配模型, 并结合更接近自然雷击的10个8/20μs多脉冲试验进行研究, 试验结果可知: 恒定波阻抗下, 增大SPD线路间退耦电感值, 可有效减缓雷电瞬态过电压上升速率。SPD并联时, 氧化锌压敏电阻压敏电压对前后级分流比影响较小, 与残压值呈正相关关系。SPD级联电感值越大, 前级SPD泄流越多, 后级SPD箝压水平越高, 能级匹配效果越好。当出现磁饱和时, 前级SPD泄流显著降低, 后级SPD的泄流显著增加, 为避免出现该现象, 实际装设SPD时, 级间选装的退耦电感值在合理范围内应稍大于理论电感值。      

建筑物电源SPD的合理配置及能量配合

针对现行电源SPD的安装方式对电气设备保护失当问题,本研究从雷击风险评估的角度确定需保护的电源设备范围,根据国家和国际相关规范和所需设备的防护等级及绝缘耐压水平决定配置第1级电源SPD的位置及试验类型。再根据SPD的有效电压保护水平、SPD的保护范围,开关型、限压型等不同类型SPD的动作特点和伏安特性,确定SPD的参数配置和能量配合,以保证各级SPD在动作时处于能量耐受范围内。以经济、有效、合理的配合配置,使电源设备得到最有效的防护。     

民用建筑电源SPD的检测要点

针对现行民用建筑电源SPD的检测方法缺失所造成雷害风险问题,从电源进线方式和电源供电制式开始考虑,根据电源SPD产品设计参数来确定所用产品是否与被保护的线路设备相适应。再根据电源SPD的震荡保护距离、感应保护距离和SPD有效电压保护水平来决定被保护的线路设备是否处于SPD的保护距离内。最后再对电源SPD的安装工艺和接地电阻等具体数值进行检测,以综合系统的分析来确保电源SPD的检测质量,保障居民线路设备的安全。     

在低压配电系统中采用SPD接线方式应注意的问题

从防雷工程设计施工实践出发,按照国内外相关防雷技术标准中的规定,对TN和TT系统这两种主要接地制式的低压配电系统中不同SPD接线方式进行了分析。结果表明,TT制低压配电系统适宜采用“3 1”保护模式的SPD接线方式;对于有剩余电流保护器(RCD)的TT制低压配电系统,“4 0”保护模式的SPD只能安装在RCD负荷侧或采用“3 1”保护模式的SPD;对于SPD的接地独立于配电系统接地的TN制低压配电系统,其SPD的安装应将TN系统视为TT系统。