防雷器殘壓和電壓保護水平關系
殘壓(residual voltage Ures)是避雷器或電涌保護器流過放電電流時兩端的電壓峰值。
電壓保護水平(voltage protection level Up)表征電涌保護器限制接線端子間電壓的性能參數,其值可從優先值的列表中選擇。電壓保護水平值應大于限制電壓的**值。
下圖是壓敏電阻型防雷器(MOV)電壓—電流曲線,根據MOV的特性,不同的放電電流對應不同的殘壓。對于Ⅱ級試驗的限壓型防雷器,電壓保護水平是標稱放電電流In下的**殘壓值。
電壓保護水平Up可以將電涌電壓限制到允許的范圍內,為了做到對被保護設備的有效保護,應考慮防雷器上下引線的電感電壓降ΔU,有效電壓保護水平Up/f不應大于被保護設備的耐沖擊電壓限值Uw,即:
Up/f = Up + ΔU ≤ Uw (1)
式中:
Up/f —— 電涌保護器的有效電壓保護水平,kV;
Up —— 電涌保護器的電壓保護水平,kV;
Uw —— 設備耐沖擊電壓額定值,kV。
曾經有文獻討論過一個案例:In為20 kA、Up = 1.8 kV的SPD1,其有效電壓保護水平為:Up/f = Up + ΔU = Up + L × (di/dt) = 1.8 + 0.5 × 20/8 = 1.8 + 1.25 = 3.05 kV。
當將SPD1替換為In為80 kA、Up = 2.5 kV的SPD2時,將產生以下問題:
a. 問題1:對于SPD2,Up/f = Up + ΔU ≤ Up + L ×(di/dt)= 2.5 + 5 = 7.5 kV,遠遠大于被保護設備要求的Uw(4 kV),因此,SPD2將不能保護設備,公式(1)不合理。
b. 問題2:In為80 kA的SPD2實際采用4片壓敏電阻并聯,當出現20 kA電涌電流,每片壓敏電阻分流約5 kA,SPD2上的殘壓比SPD1上的殘壓更小,實際保護效果也**,和問題1矛盾。
實際上,SPD浪涌保護器的選擇依賴兩個重要參數:
a. 安裝處被保護設備的耐沖擊電壓限值Uw,以此選擇SPD的電壓保護水平Up。
b. SPD的In應根據安裝處的預期放電電流選擇,制造廠申明的SPD標稱放電電流應滿足15次8 / 20 μs正極性In 。
首先,設計選擇In為20 kA、Up = 1.8 kV的SPD1,維護更換也應按此規格,不可選擇In為80 kA、Up = 2.5 kV的SPD2,否則,不僅造價高,而且不利于多個SPD之間能量配合。
其次,問題1中SPD2上的電感電壓降ΔU不能用SPD的標稱放電電流參數(In = 80 kA)帶入公式L ×(di/dt)計算,而應取安裝處預期放電電流(In = 20 kA),因此“ΔU = L × (di/dt) = 5 kV”是錯誤的。
第三,對于限壓型SPD,根據GB 50057 - 2010第 6.4.6條,戶外線路進入建筑物處ΔU按1 kV / m計算,在其后可按ΔU = 0.2UP計算。GB 50343 - 2012第5.4.3條第8款要求,SPD兩端引線“總長度不宜大于0.5 m”,即戶外線路進入建筑物處ΔU不宜大于0.5 kV;GB 50057 - 2010第 4.3.8條第4款“電涌保護器的電壓保護水平值應小于或等于2.5 kV”,后續SPD的ΔU = 0.2UP≤ 0.5 kV計算?!唉 = L ×(di/dt)= 1.8 + 0.5 × 20/8 = 1.8 + 1.25”的計算方法并非規范本意。
第四,模塊導軌式SPD防雷器為了提高通流能力,需要增加壓敏電阻片的面積和并聯數量;為了提高壽命,還會增加壓敏電阻片的厚度,以應對不同等級,不同場所的被保護設備的需要。不推薦用In為80 kA、Up = 2.5 kV的SPD2替代In為20 kA、Up = 1.8 kV的SPD1。