网络防雷设备SPD简介

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网络防雷设备SPD简介

　　常用的SPD响应时间开关型(SG)的为100nS，限压型(MOV)为25nS.低压系统的第一级SPD要保护的大多是电磁型设备，这些设备对浪涌不敏感，因此无论是SG、MOV的响应时间是可以达到保护的目的。

　　如贴近设备安装的SPD，被保护的设备是电子设备或通信系统。例如设备的半导体组件对浪涌的响应时间为10nS或更小，对浪涌非常敏感，虽然SPD的Up满足要求，而tA太长，SPD还来不急放电，被保护的设备已被损坏。所以保护电子设备和通信线路SPD的响应时间tA要小于或等于被保护设备的响应时间。通常SG、MOV的SPD只用于低压供电线路中。贴近电子设备在信号线路中的SPD应选取tA更小的TVS或其他半导体抑制器件(例如雪崩二极管SAS)。

　　SPD的响应时间在级间配合中也很重要，现有很多标准规定第一级开关型SPD与第二级限压型SPD的间距大于10m(其原因取决于浪涌在低压线路的传播速度1.5×108m/s两级tA的时间差75ns)来保证在浪涌传到第二级之前第一级必须导通放电，否则第二级将承受全部的浪涌。

　　目前厂商为了降低Up值，生产了电子点火的开关型SPD，Up可小于1KV，但tA为1μS.也就是说浪涌加至SPD点到SPD响应浪涌而开启的1μS的时间内，浪涌已在线路中向下游传了150m.150m之内的第二级SPD等和被保护设备就要承受这个浪涌。因此，tA是SPD选择时的一个重要参数，特别是在信号线路中更为关键。

　　通信线路中SPD的选择还应考虑工作电压，最大持续工作电压，传输速率、插入损耗、驻波比、相移和接口形式等因素。

　　1.SPD的安装

　　为了保护被保护设备，不但要选择适当的SPD还取决于合理的安装。

　　1.1SPD的安装位置

　　第一级SPD应安装在外线进入建筑物的入口处(LPZ的界面)将浪涌电流在界面处泄放入大地，该SPD能保护建筑物内的所有设备，会降低成本。

　　SPD贴近被保护设备安装，这样保护效果好，每个设备都装SPD成本会提高。

　　在第一级SPD与贴近设备安装的SPD之间是否安装SPD取决于能量配合、线路长度和电磁环境。

　　1.2振荡保护距离lpo

　　当SPD与被保护设备间线路太长，传播中浪涌会产生振荡。最严酷时设备终端过电压为2Up.2Up可能会大于Uw.为了使设备终端过电压仍小于Uw就要限制SPD到设备间线路最大的长度，这个长度就是振荡保护距离lpo.

　　当Upf

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

　　2.感应保护距离

　　在雷击时LEMP的磁场会在SPD与被保护设备构成的回路内感应过电压，感应的过电压和Up之和可能会大于Uw.感应保护距离lpi是SPD与被保护设备间的最大长度，保证其感应过电压加上Up小于设备的Uw.

　　当建筑物的第一层屏蔽即做LPS的引下线又做LEMP防护的栅格时，建筑物电磁环境极为严酷，必须考虑lpi.

　　lpi可以用下列公式估算：

　　lpi=〔Uw-Upf〕/h(m)

　　h=300K1×K2×K3(V/m)雷击建筑物附近(S2);

　　h=30000K0×K2×K3(V/m)雷击中建筑物(S1);

　　K1：LPZ0-LPZ1界面LPS或其他空间屏蔽;

　　K2：LPZ1-LPZ2或更高界面的空间屏蔽;

　　K3：内部布线的特性;

　　K0：LPZ0-LPZ1界面LPS屏蔽;

　　K0=0.5×W0.5，W为栅格宽度;

　　K0=Kc无栅格时：Kc分流系统。

　　从上式可知，雷击建筑物附近时lpi要比雷击建筑物长的多。因此，建筑物采用分离的外部LPS要比建筑物的LPS与屏蔽栅格共用自然构件(如钢筋)在雷击时建筑物内的电磁环境要好的多。当建筑物和线路有很好的屏蔽就可以不考虑感应保护距离lpi.

　　3.SPD的协调配合

　　在一条线路上级联安装两个以上的'SPD时，应根据各个SPD的能量吸收能力共同分担施加在它们上面的能量。

　　通常每一级用的SPD都是单端口的，即SPD与被保护设备并联，一个端口将输入与输出分开。单端口SPD又称无串联阻抗的SPD.使用单端口SPD系统便于维修。

　　级联安装时级间配合必须根据各个SPD特性，承受的电荷和位置来确定，这些工作大多基于实际经验、软件和实验分析，目前缺乏明了的现场分析和量化估算公式。

　　采用两端口多级集成的SPD(IMP)――即SPD有两组输入和输出端子，在这些端子之间有特殊的串联阻抗。

　　多级集成的SPD是级联的SPD与串联阻抗在内部协调配合好的，可以保证输出到被保护设备的能量最小并且响应速度快。多级集成的两端口SPD紧贴被保护设备安装特别适用于重要设备的保护和信号线路。使两端口SPD因与负载串联连接，所以SPD需要承受满负荷电流……

　　4.SPD的自保护和后保护

　　为了保护设备，SPD与设备并联组成一个系统，系统中增加了SPD就增加了一个单元。如SPD是开路故障则对系统无影响，如SPD是短路故障，那么，从功能逻辑上SPD是系统中的一个串联单元，在串连系统中SPD单元故障系统就故障。所以应尽量避免SPD发生短路故障。

　　SPD自保护：在低压系统中为了防止SPD发生短路故障，SPD器件本身应具有热脱扣装置。当电压波动或SPD劣化时，SPD电流增大而发热，当达到1200C时，热脱扣装置动作，使SPD器件开路保护系统正常运行，这就是自保护。

　　SPD后保护：在SPD通道串连后保护器件，后保护器件可用熔断器或断路器。这些后保护器件在低于SPD标称放电电流(In)时不动作，只有当通过的浪涌大于Imax或SPD短路后工频电流通过时才启动。

　　后保护器件熔断器和断路器不同点是两端实际限制电压Upf相差很大。

　　例如：当In=20KA，Imax=40KA时——串联RT14-63熔断器，在19.8KA电流(8/20μS)冲击时，测得Upf为2674V;串联DZ47-63熔断器，在18.29KA(8/20μS)电流冲击时，测得Upf为5014V.串联断路器之所以限制电压高是因为断路器的电感线圈产生的压降所致。串联断路器限制电压高于串联熔断器的电压，这样就影响了SPD的限压效果，甚至会损坏被保护设备。

　　使用断路器操作方便，断路器适用于对瞬态过电压不敏感被保护设备，否则应用熔断器做后保护。

　　5.SPD的引线

　　为了进一步减小熔断器与SPD串联的引线感抗的压降，可将熔断器与SPD二合一，减少安装时线路盘绕，使电感量下降，输出的限制电压Upf也会下降。例如：设引线长度减少50cm，di/dt为1KA/μS，导线电感为1μH/m，则压降就会降低500伏。

　　为了减小引线产生的压降，一般要求连接SPD引线总长度小于50cm，减小压降的办法可采用凯文(Kelvin)接线法即V字形接线。

　　SPD输入端前和SPD接地的导线是通过浪涌电流的线称为“脏”线，SPD输出端后的导线称为“净”线。安装时应尽量使“净”线与“脏”线远离，将“脏”线穿铁管屏蔽也是很好的办法。

　　在雷电防护中，SPD的应用是最受关注的，SPD的选择和安装应由被保护设备的使用技术人员综合考虑，应把SPD当作被保护设备的一个组件。

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