《交流电涌保护》PPT课件.ppt

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1、1,电 涌 保 护交 流 电 涌 保 护,PART 3,2,1、IEC 及其他相关标准,3,IEC 及其他相关标准,过电压的防护设备 IEC 60364-5-534 过电压的防护 IEC 60364-4-443低压电涌保护器IEC 61643-1低压电涌保护器的选择应用IEC 61643-12相关标准雷电电磁脉冲的防护IEC 61312-1电涌保护器的选择IEC 61312-3雷电的风险评估IEC 61662交流网络的电涌IEC 62066,4,IEC 标准,IEC 61643-1低压 SPD性能要求及实验方法IEC 61643-12低压电涌保护器的选择应用交流配电系统的过电压SPD 技术SP

2、D 的安装SPD 选择辅助装置危险度分析SPD 的协调,5,IEC 60364-4-443由雷电或开关操作引起的过电压的保护给出了 SPD 应用的基本法则:“如果设备的供电来自架空线路，或供电系统包括架空线路，而且年雷电日Nk 25(或 Ng 2.24),则必须提供过电压保护”IEC 60364-5-534 过电压保护元件给出了选择、安装 SPD 的方法:In(8/20s)5 kA，每极(Class 2 test)Iimp(10/350s)12.5 kA，每极(Class 1 test)Up 2.5 kV，对 230/400 V 网络 Uc的选择与配电系统的接线方式有关推荐的接线总长度 0.5

3、 m.,IEC 标准,6,IEC 标准对参数的定义,标称放电电流：In(Class I and II)试验循环：8/20 s，15 次冲击典型参数：1.5 2.5-5-10-15-20 kA最大放电电流：Imax(Class II)试验循环：0.1 0.25 0.5 0.75，1 x Imax(8/20 s波形)典型参数：3-5-10-20-40 kA脉冲放电电流：Iimp(Class I)试验循环：0.1 0.25 0.5 0.75，1 x Imax(10/350 s波形)典型参数：1-2-5-10-20 kA保护电平（残压）：Up(Class I and II)In 时的残压典型参数：.0

4、.8 0.9-1 1.2 1.5-2 2.5.kV最高工作电压：Uc(Class I and II)SPD可以连续承受的交流电压短路容量：Icc(Class I and II)必须大于相应配电系统的短路容量典型参数：1.5 3.10 25 kA(50Hz),7,2、产品试验等级和 Iimp 的选择,8,产品试验等级,I 级试验:针对直击雷防护系统中使用的SPD,即雷电可能直接影响设备的场合.试验波形 10/350 sII 级试验:针对电气设备入端、或内部使用的 SPD试验波形 8/20sIII 级试验:具体循环与 II 试验略有区别试验波形 1.2/50s-8/20s 混合波形,9,标准比较,

5、产品 选择/安装国际 IEC 61643-1IEC 61643-12法国NFC 61740UTE C15-443德国 VDE 0675-6VDE 0110-1英国BS6651-App.C-美国UL1449-ed2IEEE C62.41,10,类型 增强型 主级 次级(LPS)国际I级II 级II/III 级法国增加 Imax标准产品降低 Imax德国B 级 C 级 D 级美国C 级 B 级A 级英国C 级 B 级A 级,标准比较,11,*future version 2002=Test 10/350 at 10 kA,各国试验标准比较,类型 增强型 主级 次级国际 Iimp(10/350)In

6、(8/20)Uoc(1.2/50-8/20)Iimp 12.5 kA In 5 kA Isc=10 kA max法国 In20 kAIn5 kA-德国 10/350 s In=5 kAIn=1.5 kA0.5-50 kA美国10 kA*3 kA500 A英国10 kA3 kA500 A,*新版 2002=10/350 s，10 kA测试,12,各国标准基本相同主要差别：I 级试验(10/350s)“开放的”标准，所以在 Iimp 选择上有些混淆或困难,各国试验标准比较结论,13,IEC 61643-1 Iimp的选择,Question：如何选择“Iimp”?1-根据 IEC 61643-11

7、附录 A(或图13 of IEC 61312-1)：建议SPD 应能承受部分直击雷电流(10/350s)：4.3%的直击雷电流可能流经每相的SPD；最严重的情况（200 kA），每相的SPD可能承受 Iimp=8.6 kA。2-根据：“如果无法（根据 IEC61312-1或 IEC 61643-1-Annex A）确定 Iimp，则 Iimp应不小于 12.5 kA,14,IEC 61643-1 Iimp的选择,15,IEC 61643-1 Iimp的选择,3-使用统计方法:统计显示，设备遭受 200 kA直击雷的概率是极其微小的。考虑下列参数，推导如下:根据(IEC 61024-1-1).，

8、在最严重的情况，大型高大建筑的接雷面积(Ae)=5000m 根据(IEC 61024-1-1)，200 kA直击雷的概率为 1%在欧洲，平均雷电密度(Ng)=1 次/年/km.则根据 IEC 61024-1-1，该建筑物遭受200 kA直击雷的概率=Ng x Ae x 1%=1 x 5000 x 10-6 x 0.01=50 10-6 次每年,换言之，20，000年一次“200 kA”的直击雷!,16,4-根据现场运行经验 法国标准只要求正常的放电电流能力(20 kA-8/20s)，多年运行，并未发生问题.在法国，户外线路的电涌保护(最恶劣的情况)整定值为 40 kA-8/20s；一项专门的研

9、究表明，故障率为每700,000只 0.025%,IEC 61643-1 Iimp的选择,结论 Iimp最小值应为12.5kA 每极 CITEL的首级SPD Iimp=15 kA Iimp选值过高，不但无实际意义，增加成本，且其技术存在缺陷,17,3、现有技术及其比较,18,技术对比交流电涌保护器,当今市场应用的技术:金属氧化物压敏电阻（MOV）（2级试验）放电间隙技术（1级试验）多片MOV并联（1级、2级试验）多片 MOVs+GDTs（1级、2级试验）,19,技术对比交流电涌保护器,20,比较的判据：保护效率：提供最好的保护水平 对网络的影响：应避免跟随电流失效模式：带失效指示，且失效安全,

10、技术对比“1级试验”交流电涌保护器,21,技术对比保护水平,22,产生跟随电流的后果造成熔断器或断路器的误脱扣需要采取特别措施，吸收释放的热气与SPD配套的熔断器必须精心选择，大于系统的短路容量Icc,技术比较 跟随电流,23,技术比较 失效模式,元件的老化:压敏电阻型内部有热脱扣装置空气间隙无指示短路时:两种技术都采用外部熔断器/断路器破坏性试验：冲击失效模式试验(IEC61643-1 建议稿)SPD通电，脉冲电流冲击试验：多次Iimp(或 Imax)冲击，直至SPD被破坏 要求破坏可控DS150VG：唯一能通过该试验的产品,24,技术比较,25,技术比较“Class 1”产品,结论：1-I

11、imp=15 kA 是合理的:-根据标准-根据实际风险分析-实际运行经验2-非间隙技术是较好的技术:-足够的放电电流水平-更好的保护水平-无跟随电流，不会对系统造成负面影响,26,4、设计要点、参数选择及多级保护,27,要点、程序,危险度分析SPD的选择SPD的安装位置 SPD的协调SPD的连结,28,危险度分析,IEC61662提供了计算、评估电涌危险度的方法分析的因素:环境雷电密度电源开关的频繁程度现存的直击雷防护系统(或等同系统)配电网的拓扑结构设备/设施电力网络布局(架空、地下、或两者兼有)设备对电涌的“脆弱”程度与其他接地系统的耦合经济因素及服务的重要程度设备成本系统中断带来损失的程

12、度安装电涌保护的成本,29,根据以下情况发生的可能性，电涌保护可以分成不同的雷电防护区(LPZ)直接雷击雷电流核暴电磁脉冲 LEMPSPD必须安装在不同防护区的交界处.LPZ0B 到 LPZ1间安装的SPD必须有承受10/350s雷电流的能力,LPZ 雷电防护区的概念 IEC 61312-1 标准,30,工作电压的选择,最大工作电压 Uc与以下条件有关:Un(网络标称电压)网络结构(TT,TN or IT)电网质量、电压稳定性TOVs(暂态过电压)发生的几率例如230/400V TN系统 高质量电网 Uc=250 Vac230/400V TN系统 电网质量差 Uc=320 Vac230/400

13、V IT系统-TOV(L/PE单相短路)Uc=440 Vac,31,放电电流的选择,Class1 SPD:有直击雷防护 LPS(或等效系统)Iimp=15 kA(10/350s)Class2 SPD:高危险度 Imax=70 kA(8/20s)危险度一般 Imax=40 kA(8/20s),32,保护水平（残压）的选择,保护水平（残压）应尽可能的低:对230/400 V系统，底于2.5 kV(IEC 60364-5-535)低于设备的冲击耐压水平4 kV(配电设备)-Categorie III2.5 kV(电器)-Categorie II1.5 kV(敏感电器)-Categorie I,33,

14、SPD的协调、多级保护,以下情况需考虑协调或多级保护方案:非常敏感设备 提高保护电平水平 远端设备 进一步降低残压,34,SPD的协调、多级保护提高保护电平水平,35,SPD的协调、多级保护提高保护电平水平,36,SPD的协调、多级保护减小震荡电压,37,SPD的协调、多级保护减小震荡电压,38,4、安装,50 cm 法则,39,交流电源电涌保护器的连接,40,为降低连线上的压降:必须减小接线长度 增加导线的面积几乎没有影响,通以10 kA-8/20s电流时，一根 2 m 的电线两端的压降可达:UR 20 VUL 2500 V,交流电源电涌保护器的连接,41,交流电源电涌保护器的连接,42,交

15、流电源电涌保护器的连接,43,交流电源电涌保护器的连接,结论:为提供有效的电涌保护，电涌保护器到相线和到地线的长度必须尽可能短.IEC 60364-5-553:SPD的接线总长度必须小于50 cm.,44,交流电源电涌保护器的连接示例,45,交流电源电涌保护器的连接示例,46,TT 系统,TN 系统,交流电源电涌保护器的连接示例-2种不同的系统结构形式,类型-2-差模保护（3+1）,类型-1-共模保护,47,DS150 在线接法,共模 适用各种系统 安装紧凑 接线优化,48,DS150 并联接法,共模 适用各种系统 与电流负荷无关,49,DS150+DS100EG3+1方式-在线接法,共模、差模 TT 系统 安装紧凑 接线优化,50,DS150+DS100EG3+1 方式-并联接法,共模、差模 TT系统 与电流负荷无关,51,