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电涌保护器的设计选型

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2008/3/21 15:55:45   

 关键词:  电涌保护器 设计 保护


随着国际微电子科技的发展和通讯、计算机及自动控制技术的日新月异,建筑开始走向高品质、多功能,并形成了一种新的建筑形式——智能建筑。由于在智能建筑中存在众多信息系统,《建筑物防雷设计规范》gb50057-94提出了安装电涌保护器的相关要求,以保证信息系统的安全稳定运行。

电涌保护器从本质上看就是一种等电位联结用的材料,其选型就是指在不同的防雷区内,按照不同雷击电磁脉冲的严重程度和等电位联结点的位置,决定位于该区域内的电子设备采用何种电涌保护器,实现与共用接地体的等电位联结。笔者将从电涌保护器的最大放电电流imax、持续工作电压uc、保护电压up、漏电流ip、告警方式等方面进行论述。

按照gb50057-94《建筑物防雷设计规范》第6.4.4条规定,“电涌保护器必须能承受预期通过它们的雷电流,并应符合以下两个附加要求:通过电涌时的最大钳位电压,有能力熄灭在雷电流通过后产生的工频续流
。”即电涌保护器的最大钳位电压加上其两端的感应电压应与所属系统的基本绝缘水平和设备允许的最大电涌电压协调一致。

1最大放电电流

按照gb50057-94《建筑物防雷设计规范》第6.4.6条规定,在lpz0a、lpz0b与lpz1区的交界处安装电涌保护器其最大放电电流计算如下。

根据gb50057-94《建筑物防雷设计规范》的规定,“全部雷电流的50%流入建筑物的防雷装置,另外50%流入引入建筑物的各种外来导电物、电力线缆、通信线缆等设施”,有关数据如表1所示。

雷电波经建筑物引入的电力线缆、信息线缆、金属管道等分解,总配电间的低配供电线缆雷电流的分流值计算表如表2所示。线路屏蔽时,通过的雷电流降低到原来的30%,根据《通信局(站)雷电过电压保护工程设计规范》yd/t5098-2001中的规定,脉冲为10/350μs波形的电荷量约为8/20μs模拟雷电波波形电荷量的20倍,具体计算如下。

一级电涌保护器的最大放电电流如表2所示。

按照gb50057-94《建筑物防雷设计规范》第6.4.8条、第6.4.9条规定,在lpz1区与lpz2区安装的电涌保护器,其标称放电电流(额定放电电流)大于5ka,采用pu40 400或pu15 400等作为二级保护器。

2保护电压

选择保护器合适的残压固然很重要,但当电涌保护器安装在低压电网中时,我们更应该考虑系统的残压,即在考虑保护器残压的同时也要考虑到电涌保护器的安装方式对系统残压的影响。保护器的安装方式见右图。因雷电波在系统中的电流最大平均梯度不是在首次雷击,而是在后续雷击中,如按照《通信局(站)雷电过电压保护工程设计规范》yd/t5098-2001中规定的模块式保护器的接线端子与相线和零线之间的连接线长度应小于0.5m,其接地线的长度应小于1m的要求,在低压柜中选择合适位置,使总连接线长度小于1m是有可能的,因此,其最大平均梯度、系统残压、保护器保护电压等的计算如表3所示。

由表3可以看出,选择保护电压为2kv左右是合适的。

电源供电到各个机房配电箱、重要用电设备、楼层配电箱时,已经经过了线缆的多次延时、解耦作用,其波头时间将远大于10μs,雷电流能量也经过多次分流衰减,能量将小于5ka。因此,每根线路的电流最大平均梯度=5ka/2×30%/10us=0.075ka/μs,当电涌保护器采用如上图方式安装时:a、b的最大电涌电压=ul1+ur+ul2=1.5×0.075+ur=0.1kv+ur,(设l1+l2=1.5m),因机房设备如服务器、计算机、交换矩阵等属于特殊保护设备,其耐冲击电压额定值为1.5kv,此时所选的电涌保护器的保护电压应小于1.4kv,因此,二级电涌保护器的保护电压(在3~5ka下)小于1.2kv是合适的。

3最大连续工作电压uc

根据gb50057-94《建筑物防雷设计规范》第6.4.5条规定,在tn供电系统中其uc最大大于1.15×220v=253v。同时,在第6.4.6条规定,“在供电电压偏差超过10%以及谐波使电压幅值加大的场所,应根据具体情况对spd提高持续耐压”,有些配电箱制造厂家只选择275v。笔者认为,tn供电系统持续工作电压选择275v是不合适的,因为ga173-98《计算机信息系统防雷保安器》产品标准规定:电涌保护器的标称导通电压应大于2.2倍的系统工作电压,即在220v工作系统中应大于484v。我们知道,限压型spd的主要元器件是压敏电阻,根据压敏电阻的分类标准中持续耐压与压敏电压(标称导通电压)的关系表可以看出:压敏电压不是某一固定值,而是个范围,相对484v电压而言,可以得出持续耐压应大于350v的结论(见表4)。

持续耐压与残压是一对矛盾体,持续耐压高,保护器的寿命高,而残压也高;持续耐压低,保护器的寿命低,而残压也低。但在5~10ka雷电流冲击下,持续耐压为350v的保护器与持续耐压为440v的保护器比较,其残压低到少于100v,不会大幅度提高系统残压,因此,选择持续耐压(如440v)相对较高的保护器以提高保护器使用寿命是合理的。

4漏电流

根据ga173-98《计算机信息系统防雷保护器》中第6.1.1条规定,并联型电源避雷器的漏电流应小于20μa,漏电流i0越大,电涌保护器将聚集能量而发热的可能性增大,而漏电流又是随着压敏电阻的温度升高而增大的。因此,此时该压敏电阻就处于恶性循环状态,这也表明了漏电流随时间的变化率(增加率)越大,电涌保护器聚集能量将越快,从而性能会越差,保护器使用寿命也将随之缩短。一般情况下,保护器的漏电流小于10μa为宜。

5报警方式

目前能提供的报警方式共有三类,一类是遥信、遥测报警,适用于无人值守的工作场合;另一类是可视告警,通过机械设计实现报警功能,该报警方式应在雷雨过后对设施进行检查或定期检查,适用于所有的场合,也是目前使用最多的报警方式。另外,还有声光报警,此报警方式需增加一个报警模块,建议谨慎使用。因为雷击发生时声光报警模块有可能首先被击坏而失去声光报警功能,如此时产品也正好被击坏,人们因依赖声光报警而未察觉。当第二次雷击时,雷电将会乘虚而入击坏后续保护设备

来源:电气商情网
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