網絡防雷設備SPD簡介

時間：2024-07-24 01:42:58 微軟認證

網絡防雷設備SPD簡介

　　常用的SPD響應時間開關型(SG)的為100nS，限壓型(MOV)為25nS.低壓系統的第一級SPD要保護的大多是電磁型設備，這些設備對浪涌不敏感，因此無論是SG、MOV的響應時間是可以達到保護的目的。

　　如貼近設備安裝的SPD，被保護的設備是電子設備或通信系統。例如設備的半導體組件對浪涌的響應時間為10nS或更小，對浪涌非常敏感，雖然SPD的Up滿足要求，而tA太長，SPD還來不急放電，被保護的設備已被損壞。所以保護電子設備和通信線路SPD的響應時間tA要小于或等于被保護設備的響應時間。通常SG、MOV的SPD只用于低壓供電線路中。貼近電子設備在信號線路中的SPD應選取tA更小的TVS或其他半導體抑制器件(例如雪崩二極管SAS)。

　　SPD的響應時間在級間配合中也很重要，現有很多標準規定第一級開關型SPD與第二級限壓型SPD的間距大于10m(其原因取決于浪涌在低壓線路的傳播速度1.5×108m/s兩級tA的時間差75ns)來保證在浪涌傳到第二級之前第一級必須導通放電，否則第二級將承受全部的浪涌。

　　目前廠商為了降低Up值，生產了電子點火的開關型SPD，Up可小于1KV，但tA為1μS.也就是說浪涌加至SPD點到SPD響應浪涌而開啟的1μS的時間內，浪涌已在線路中向下游傳了150m.150m之內的第二級SPD等和被保護設備就要承受這個浪涌。因此，tA是SPD選擇時的一個重要參數，特別是在信號線路中更為關鍵。

　　通信線路中SPD的選擇還應考慮工作電壓，最大持續工作電壓，傳輸速率、插入損耗、駐波比、相移和接口形式等因素。

　　1.SPD的安裝

　　為了保護被保護設備，不但要選擇適當的SPD還取決于合理的安裝。

　　1.1SPD的安裝位置

　　第一級SPD應安裝在外線進入建筑物的入口處(LPZ的界面)將浪涌電流在界面處泄放入大地，該SPD能保護建筑物內的所有設備，會降低成本。

　　SPD貼近被保護設備安裝，這樣保護效果好，每個設備都裝SPD成本會提高。

　　在第一級SPD與貼近設備安裝的SPD之間是否安裝SPD取決于能量配合、線路長度和電磁環境。

　　1.2振蕩保護距離lpo

　　當SPD與被保護設備間線路太長，傳播中浪涌會產生振蕩。最嚴酷時設備終端過電壓為2Up.2Up可能會大于Uw.為了使設備終端過電壓仍小于Uw就要限制SPD到設備間線路最大的長度，這個長度就是振蕩保護距離lpo.

　　當Upf

　　當Upf>Uw/2時，lpo=〔Uw-Upf〕/K(m);其中K=25(V/m)

　　2.感應保護距離

　　在雷擊時LEMP的磁場會在SPD與被保護設備構成的回路內感應過電壓，感應的過電壓和Up之和可能會大于Uw.感應保護距離lpi是SPD與被保護設備間的最大長度，保證其感應過電壓加上Up小于設備的Uw.

　　當建筑物的第一層屏蔽即做LPS的引下線又做LEMP防護的柵格時，建筑物電磁環境極為嚴酷，必須考慮lpi.

　　lpi可以用下列公式估算：

　　lpi=〔Uw-Upf〕/h(m)

　　h=300K1×K2×K3(V/m)雷擊建筑物附近(S2);

　　h=30000K0×K2×K3(V/m)雷擊中建筑物(S1);

　　K1：LPZ0-LPZ1界面LPS或其他空間屏蔽;

　　K2：LPZ1-LPZ2或更高界面的空間屏蔽;

　　K3：內部布線的特性;

　　K0：LPZ0-LPZ1界面LPS屏蔽;

　　K0=0.5×W0.5，W為柵格寬度;

　　K0=Kc無柵格時：Kc分流系統。

　　從上式可知，雷擊建筑物附近時lpi要比雷擊建筑物長的多。因此，建筑物采用分離的外部LPS要比建筑物的LPS與屏蔽柵格共用自然構件(如鋼筋)在雷擊時建筑物內的電磁環境要好的多。當建筑物和線路有很好的屏蔽就可以不考慮感應保護距離lpi.

　　3.SPD的協調配合

　　在一條線路上級聯安裝兩個以上的SPD時，應根據各個SPD的能量吸收能力共同分擔施加在它們上面的能量。

　　通常每一級用的SPD都是單端口的，即SPD與被保護設備并聯，一個端口將輸入與輸出分開。單端口SPD又稱無串聯阻抗的SPD.使用單端口SPD系統便于維修。

　　級聯安裝時級間配合必須根據各個SPD特性，承受的電荷和位置來確定，這些工作大多基于實際經驗、軟件和實驗分析，目前缺乏明了的現場分析和量化估算公式。

　　采用兩端口多級集成的SPD(IMP)――即SPD有兩組輸入和輸出端子，在這些端子之間有特殊的串聯阻抗。

　　多級集成的SPD是級聯的SPD與串聯阻抗在內部協調配合好的，可以保證輸出到被保護設備的能量最小并且響應速度快。多級集成的兩端口SPD緊貼被保護設備安裝特別適用于重要設備的保護和信號線路。使兩端口SPD因與負載串聯連接，所以SPD需要承受滿負荷電流……

　　4.SPD的自保護和后保護

　　為了保護設備，SPD與設備并聯組成一個系統，系統中增加了SPD就增加了一個單元。如SPD是開路故障則對系統無影響，如SPD是短路故障，那么，從功能邏輯上SPD是系統中的一個串聯單元，在串連系統中SPD單元故障系統就故障。所以應盡量避免SPD發生短路故障。

　　SPD自保護：在低壓系統中為了防止SPD發生短路故障，SPD器件本身應具有熱脫扣裝置。當電壓波動或SPD劣化時，SPD電流增大而發熱，當達到1200C時，熱脫扣裝置動作，使SPD器件開路保護系統正常運行，這就是自保護。

　　SPD后保護：在SPD通道串連后保護器件，后保護器件可用熔斷器或斷路器。這些后保護器件在低于SPD標稱放電電流(In)時不動作，只有當通過的浪涌大于Imax或SPD短路后工頻電流通過時才啟動。

　　后保護器件熔斷器和斷路器不同點是兩端實際限制電壓Upf相差很大。

　　例如：當In=20KA，Imax=40KA時——串聯RT14-63熔斷器，在19.8KA電流(8/20μS)沖擊時，測得Upf為2674V;串聯DZ47-63熔斷器，在18.29KA(8/20μS)電流沖擊時，測得Upf為5014V.串聯斷路器之所以限制電壓高是因為斷路器的電感線圈產生的壓降所致。串聯斷路器限制電壓高于串聯熔斷器的電壓，這樣就影響了SPD的限壓效果，甚至會損壞被保護設備。

　　使用斷路器操作方便，斷路器適用于對瞬態過電壓不敏感被保護設備，否則應用熔斷器做后保護。

　　5.SPD的引線

　　為了進一步減小熔斷器與SPD串聯的引線感抗的壓降，可將熔斷器與SPD二合一，減少安裝時線路盤繞，使電感量下降，輸出的限制電壓Upf也會下降。例如：設引線長度減少50cm，di/dt為1KA/μS，導線電感為1μH/m，則壓降就會降低500伏。

　　為了減小引線產生的壓降，一般要求連接SPD引線總長度小于50cm，減小壓降的辦法可采用凱文(Kelvin)接線法即V字形接線。

　　SPD輸入端前和SPD接地的導線是通過浪涌電流的線稱為“臟”線，SPD輸出端后的導線稱為“凈”線。安裝時應盡量使“凈”線與“臟”線遠離，將“臟”線穿鐵管屏蔽也是很好的辦法。

　　在雷電防護中，SPD的應用是最受關注的，SPD的選擇和安裝應由被保護設備的使用技術人員綜合考慮，應把SPD當作被保護設備的一個組件。

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