防雷器殘壓和電壓保護(hù)水平關(guān)系
殘壓(residual voltage Ures)是避雷器或電涌保護(hù)器流過(guò)放電電流時(shí)兩端的電壓峰值。
電壓保護(hù)水平(voltage protection level Up)表征電涌保護(hù)器限制接線端子間電壓的性能參數(shù),其值可從優(yōu)先值的列表中選擇。電壓保護(hù)水平值應(yīng)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(jù)MOV的特性,不同的放電電流對(duì)應(yīng)不同的殘壓。對(duì)于Ⅱ級(jí)試驗(yàn)的限壓型防雷器,電壓保護(hù)水平是標(biāo)稱(chēng)放電電流In下的**殘壓值。
電壓保護(hù)水平Up可以將電涌電壓限制到允許的范圍內(nèi),為了做到對(duì)被保護(hù)設(shè)備的有效保護(hù),應(yīng)考慮防雷器上下引線的電感電壓降ΔU,有效電壓保護(hù)水平Up/f不應(yīng)大于被保護(hù)設(shè)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(hù)器的有效電壓保護(hù)水平,kV;
Up —— 電涌保護(hù)器的電壓保護(hù)水平,kV;
Uw —— 設(shè)備耐沖擊電壓額定值,kV。
曾經(jīng)有文獻(xiàn)討論過(guò)一個(gè)案例:In為20 kA、Up = 1.8 kV的SPD1,其有效電壓保護(hù)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(dāng)將SPD1替換為In為80 kA、Up = 2.5 kV的SPD2時(shí),將產(chǎn)生以下問(wèn)題:
a. 問(wèn)題1:對(duì)于SPD2,Up/f = Up + ΔU ≤ Up + L ×(di/dt)= 2.5 + 5 = 7.5 kV,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于被保護(hù)設(shè)備要求的Uw(4 kV),因此,SPD2將不能保護(hù)設(shè)備,公式(1)不合理。
b. 問(wèn)題2:In為80 kA的SPD2實(shí)際采用4片壓敏電阻并聯(lián),當(dāng)出現(xiàn)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(shí)際保護(hù)效果也**,和問(wèn)題1矛盾。
實(shí)際上,SPD浪涌保護(hù)器的選擇依賴(lài)兩個(gè)重要參數(shù):
a. 安裝處被保護(hù)設(shè)備的耐沖擊電壓限值Uw,以此選擇SPD的電壓保護(hù)水平Up。
b. SPD的In應(yīng)根據(jù)安裝處的預(yù)期放電電流選擇,制造廠申明的SPD標(biāo)稱(chēng)放電電流應(yīng)滿(mǎn)足15次8 / 20 μs正極性In 。
首先,設(shè)計(jì)選擇In為20 kA、Up = 1.8 kV的SPD1,維護(hù)更換也應(yīng)按此規(guī)格,不可選擇In為80 kA、Up = 2.5 kV的SPD2,否則,不僅造價(jià)高,而且不利于多個(gè)SPD之間能量配合。
其次,問(wèn)題1中SPD2上的電感電壓降ΔU不能用SPD的標(biāo)稱(chēng)放電電流參數(shù)(In = 80 kA)帶入公式L ×(di/dt)計(jì)算,而應(yīng)取安裝處預(yù)期放電電流(In = 20 kA),因此“ΔU = L × (di/dt) = 5 kV”是錯(cuò)誤的。
第三,對(duì)于限壓型SPD,根據(jù)GB 50057 - 2010第 6.4.6條,戶(hù)外線路進(jìn)入建筑物處ΔU按1 kV / m計(jì)算,在其后可按ΔU = 0.2UP計(jì)算。GB 50343 - 2012第5.4.3條第8款要求,SPD兩端引線“總長(zhǎng)度不宜大于0.5 m”,即戶(hù)外線路進(jìn)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(hù)器的電壓保護(hù)水平值應(yīng)小于或等于2.5 kV”,后續(xù)SPD的ΔU = 0.2UP≤ 0.5 kV計(jì)算。“ΔU = L ×(di/dt)= 1.8 + 0.5 × 20/8 = 1.8 + 1.25”的計(jì)算方法并非規(guī)范本意。
第四,模塊導(dǎo)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(lián)數(shù)量;為了提高壽命,還會(huì)增加壓敏電阻片的厚度,以應(yīng)對(duì)不同等級(jí),不同場(chǎng)所的被保護(hù)設(shè)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。