網(wǎng)絡(luò)防雷設(shè)備SPD簡(jiǎn)介
常用的SPD響應(yīng)時(shí)間開(kāi)關(guān)型(SG)的為100nS，限壓型(MOV)為25nS.低壓系統(tǒng)的第一級(jí)SPD要保護(hù)的大多是電磁型設(shè)備，這些設(shè)備對(duì)浪涌不敏感，因此無(wú)論是SG、MOV的響應(yīng)時(shí)間是可以達(dá)到保護(hù)的目的。
如貼近設(shè)備安裝的SPD，被保護(hù)的設(shè)備是電子設(shè)備或通信系統(tǒng)。例如設(shè)備的半導(dǎo)體組件對(duì)浪涌的響應(yīng)時(shí)間為10nS或更小，對(duì)浪涌非常敏感，雖然SPD的Up滿(mǎn)足要求，而tA太長(zhǎng)，SPD還來(lái)不急放電，被保護(hù)的設(shè)備已被損壞。所以保護(hù)電子設(shè)備和通信線(xiàn)路SPD的響應(yīng)時(shí)間tA要小于或等于被保護(hù)設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間。通常SG、MOV的SPD只用于低壓供電線(xiàn)路中。貼近電子設(shè)備在信號(hào)線(xiàn)路中的SPD應(yīng)選取tA更小的TVS或其他半導(dǎo)體抑制器件(例如雪崩二極管SAS)。
SPD的響應(yīng)時(shí)間在級(jí)間配合中也很重要，現(xiàn)有很多標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定第一級(jí)開(kāi)關(guān)型SPD與第二級(jí)限壓型SPD的間距大于10m(其原因取決于浪涌在低壓線(xiàn)路的傳播速度1.5×108m/s兩級(jí)tA的時(shí)間差75ns)來(lái)保證在浪涌傳到第二級(jí)之前第一級(jí)必須導(dǎo)通放電，否則第二級(jí)將承受全部的浪涌。
目前廠(chǎng)商為了降低Up值，生產(chǎn)了電子點(diǎn)火的開(kāi)關(guān)型SPD，Up可小于1KV，但tA為1μS.也就是說(shuō)浪涌加至SPD點(diǎn)到SPD響應(yīng)浪涌而開(kāi)啟的1μS的時(shí)間內(nèi)，浪涌已在線(xiàn)路中向下游傳了150m.150m之內(nèi)的第二級(jí)SPD等和被保護(hù)設(shè)備就要承受這個(gè)浪涌。因此，tA是SPD選擇時(shí)的一個(gè)重要參數(shù)，特別是在信號(hào)線(xiàn)路中更為關(guān)鍵。
通信線(xiàn)路中SPD的選擇還應(yīng)考慮工作電壓，最大持續(xù)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(hù)被保護(hù)設(shè)備，不但要選擇適當(dāng)?shù)腟PD還取決于合理的安裝。
1.1SPD的安裝位置
第一級(jí)SPD應(yīng)安裝在外線(xiàn)進(jìn)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(hù)建筑物內(nèi)的所有設(shè)備，會(huì)降低成本。
SPD貼近被保護(hù)設(shè)備安裝，這樣保護(hù)效果好，每個(gè)設(shè)備都裝SPD成本會(huì)提高。
在第一級(jí)SPD與貼近設(shè)備安裝的SPD之間是否安裝SPD取決于能量配合、線(xiàn)路長(zhǎng)度和電磁環(huán)境。
1.2振蕩保護(hù)距離lpo
當(dāng)SPD與被保護(hù)設(shè)備間線(xiàn)路太長(zhǎng)，傳播中浪涌會(huì)產(chǎn)生振蕩。最嚴(yán)酷時(shí)設(shè)備終端過(guò)電壓為2Up.2Up可能會(huì)大于Uw.為了使設(shè)備終端過(guò)電壓仍小于Uw就要限制SPD到設(shè)備間線(xiàn)路最大的長(zhǎng)度，這個(gè)長(zhǎng)度就是振蕩保護(hù)距離lpo.
當(dāng)Upf
當(dāng)Upf>Uw/2時(shí)，lpo=〔Uw-Upf〕/K(m);其中K=25(V/m)
2.感應(yīng)保護(hù)距離
在雷擊時(shí)LEMP的磁場(chǎng)會(huì)在SPD與被保護(hù)設(shè)備構(gòu)成的回路內(nèi)感應(yīng)過(guò)電壓，感應(yīng)的過(guò)電壓和Up之和可能會(huì)大于Uw.感應(yīng)保護(hù)距離lpi是SPD與被保護(hù)設(shè)備間的最大長(zhǎng)度，保證其感應(yīng)過(guò)電壓加上Up小于設(shè)備的Uw.
當(dāng)建筑物的第一層屏蔽即做LPS的引下線(xiàn)又做LEMP防護(hù)的柵格時(shí)，建筑物電磁環(huán)境極為嚴(yán)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(nèi)部布線(xiàn)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(wú)柵格時(shí)：Kc分流系統(tǒng)。
從上式可知，雷擊建筑物附近時(shí)lpi要比雷擊建筑物長(zhǎng)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(gòu)件(如鋼筋)在雷擊時(shí)建筑物內(nèi)的電磁環(huán)境要好的多。當(dāng)建筑物和線(xiàn)路有很好的屏蔽就可以不考慮感應(yīng)保護(hù)距離lpi.
3.SPD的協(xié)調(diào)配合
在一條線(xiàn)路上級(jí)聯(lián)安裝兩個(gè)以上的'SPD時(shí)，應(yīng)根據(jù)各個(gè)SPD的能量吸收能力共同分擔(dān)施加在它們上面的能量。
通常每一級(jí)用的SPD都是單端口的，即SPD與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)，一個(gè)端口將輸入與輸出分開(kāi)。單端口SPD又稱(chēng)無(wú)串聯(lián)阻抗的SPD.使用單端口SPD系統(tǒng)便于維修。
級(jí)聯(lián)安裝時(shí)級(jí)間配合必須根據(jù)各個(gè)SPD特性，承受的電荷和位置來(lái)確定，這些工作大多基于實(shí)際經(jīng)驗(yàn)、軟件和實(shí)驗(yàn)分析，目前缺乏明了的現(xiàn)場(chǎng)分析和量化估算公式。
采用兩端口多級(jí)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(lián)阻抗。
多級(jí)集成的SPD是級(jí)聯(lián)的SPD與串聯(lián)阻抗在內(nèi)部協(xié)調(diào)配合好的，可以保證輸出到被保護(hù)設(shè)備的能量最小并且響應(yīng)速度快。多級(jí)集成的兩端口SPD緊貼被保護(hù)設(shè)備安裝特別適用于重要設(shè)備的保護(hù)和信號(hào)線(xiàn)路。使兩端口SPD因與負(fù)載串聯(lián)連接，所以SPD需要承受滿(mǎn)負(fù)荷電流……
4.SPD的自保護(hù)和后保護(hù)
為了保護(hù)設(shè)備，SPD與設(shè)備并聯(lián)組成一個(gè)系統(tǒng)，系統(tǒng)中增加了SPD就增加了一個(gè)單元。如SPD是開(kāi)路故障則對(duì)系統(tǒng)無(wú)影響，如SPD是短路故障，那么，從功能邏輯上SPD是系統(tǒng)中的一個(gè)串聯(lián)單元，在串連系統(tǒng)中SPD單元故障系統(tǒng)就故障。所以應(yīng)盡量避免SPD發(fā)生短路故障。
SPD自保護(hù)：在低壓系統(tǒng)中為了防止SPD發(fā)生短路故障，SPD器件本身應(yīng)具有熱脫扣裝置。當(dāng)電壓波動(dòng)或SPD劣化時(shí)，SPD電流增大而發(fā)熱，當(dāng)達(dá)到1200C時(shí)，熱脫扣裝置動(dòng)作，使SPD器件開(kāi)路保護(hù)系統(tǒng)正常運(yùn)行，這就是自保護(hù)。
SPD后保護(hù)：在SPD通道串連后保護(hù)器件，后保護(hù)器件可用熔斷器或斷路器。這些后保護(hù)器件在低于SPD標(biāo)稱(chēng)放電電流(In)時(shí)不動(dòng)作，只有當(dāng)通過(guò)的浪涌大于Imax或SPD短路后工頻電流通過(guò)時(shí)才啟動(dòng)。
后保護(hù)器件熔斷器和斷路器不同點(diǎn)是兩端實(shí)際限制電壓Upf相差很大。
例如：當(dāng)In=20KA，Imax=40KA時(shí)——串聯(lián)RT14-63熔斷器，在19.8KA電流(8/20μS)沖擊時(shí)，測(cè)得Upf為2674V;串聯(lián)DZ47-63熔斷器，在18.29KA(8/20μS)電流沖擊時(shí)，測(cè)得Upf為5014V.串聯(lián)斷路器之所以限制電壓高是因?yàn)閿嗦菲鞯碾姼芯�(xiàn)圈產(chǎn)生的壓降所致。串聯(lián)斷路器限制電壓高于串聯(lián)熔斷器的電壓，這樣就影響了SPD的限壓效果，甚至?xí)䲟p壞被保護(hù)設(shè)備。
使用斷路器操作方便，斷路器適用于對(duì)瞬態(tài)過(guò)電壓不敏感被保護(hù)設(shè)備，否則應(yīng)用熔斷器做后保護(hù)。
5.SPD的引線(xiàn)
為了進(jìn)一步減小熔斷器與SPD串聯(lián)的引線(xiàn)感抗的壓降，可將熔斷器與SPD二合一，減少安裝時(shí)線(xiàn)路盤(pán)繞，使電感量下降，輸出的限制電壓Upf也會(huì)下降。例如：設(shè)引線(xiàn)長(zhǎng)度減少50cm，di/dt為1KA/μS，導(dǎo)線(xiàn)電感為1μH/m，則壓降就會(huì)降低500伏。
為了減小引線(xiàn)產(chǎn)生的壓降，一般要求連接SPD引線(xiàn)總長(zhǎng)度小于50cm，減小壓降的辦法可采用凱文(Kelvin)接線(xiàn)法即V字形接線(xiàn)。
SPD輸入端前和SPD接地的導(dǎo)線(xiàn)是通過(guò)浪涌電流的線(xiàn)稱(chēng)為“臟”線(xiàn)，SPD輸出端后的導(dǎo)線(xiàn)稱(chēng)為“凈”線(xiàn)。安裝時(shí)應(yīng)盡量使“凈”線(xiàn)與“臟”線(xiàn)遠(yuǎn)離，將“臟”線(xiàn)穿鐵管屏蔽也是很好的辦法。
在雷電防護(hù)中，SPD的應(yīng)用是最受關(guān)注的，SPD的選擇和安裝應(yīng)由被保護(hù)設(shè)備的使用技術(shù)人員綜合考慮，應(yīng)把SPD當(dāng)作被保護(hù)設(shè)備的一個(gè)組件。
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