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網(wǎng)絡(luò )防雷設備SPD簡(jiǎn)介
常用的SPD響應時(shí)間開(kāi)關(guān)型(SG)的為100nS，限壓型(MOV)為25nS.低壓系統的第一級SPD要保護的大多是電磁型設備，這些設備對浪涌不敏感，因此無(wú)論是SG、MOV的響應時(shí)間是可以達到保護的目的。
如貼近設備安裝的SPD，被保護的設備是電子設備或通信系統。例如設備的半導體組件對浪涌的響應時(shí)間為10nS或更小，對浪涌非常敏感，雖然SPD的Up滿(mǎn)足要求，而tA太長(cháng)，SPD還來(lái)不急放電，被保護的設備已被損壞。所以保護電子設備和通信線(xiàn)路SPD的響應時(shí)間tA要小于或等于被保護設備的響應時(shí)間。通常SG、MOV的SPD只用于低壓供電線(xiàn)路中。貼近電子設備在信號線(xiàn)路中的SPD應選取tA更小的TVS或其他半導體抑制器件(例如雪崩二極管SAS)。
SPD的響應時(shí)間在級間配合中也很重要，現有很多標準規定第一級開(kāi)關(guān)型SPD與第二級限壓型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tA的時(shí)間差75ns)來(lái)保證在浪涌傳到第二級之前第一級必須導通放電，否則第二級將承受全部的浪涌。
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響應浪涌而開(kāi)啟的1μS的時(shí)間內，浪涌已在線(xiàn)路中向下游傳了150m.150m之內的第二級SPD等和被保護設備就要承受這個(gè)浪涌。因此，tA是SPD選擇時(shí)的一個(gè)重要參數，特別是在信號線(xiàn)路中更為關(guān)鍵。
通信線(xiàn)路中SPD的選擇還應考慮工作電壓，最大持續工作電壓，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
為了保護被保護設備，不但要選擇適當的SPD還取決于合理的安裝。
1.1SPD的安裝位置
第一級SPD應安裝在外線(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能保護建筑物內的所有設備，會(huì )降低成本。
SPD貼近被保護設備安裝，這樣保護效果好，每個(gè)設備都裝SPD成本會(huì )提高。
在第一級SPD與貼近設備安裝的SPD之間是否安裝SPD取決于能量配合、線(xiàn)路長(cháng)度和電磁環(huán)境。
1.2振蕩保護距離lpo
當SPD與被保護設備間線(xiàn)路太長(cháng)，傳播中浪涌會(huì )產(chǎn)生振蕩。最嚴酷時(shí)設備終端過(guò)電壓為2Up.2Up可能會(huì )大于Uw.為了使設備終端過(guò)電壓仍小于Uw就要限制SPD到設備間線(xiàn)路最大的長(cháng)度，這個(gè)長(cháng)度就是振蕩保護距離lpo.
當Upf
當Upf>Uw/2時(shí)，lpo=〔Uw-Upf〕/K(m);其中K=25(V/m)
2.感應保護距離
在雷擊時(shí)LEMP的磁場(chǎng)會(huì )在SPD與被保護設備構成的回路內感應過(guò)電壓，感應的過(guò)電壓和Up之和可能會(huì )大于Uw.感應保護距離lpi是SPD與被保護設備間的最大長(cháng)度，保證其感應過(guò)電壓加上Up小于設備的Uw.
當建筑物的第一層屏蔽即做LPS的引下線(xiàn)又做LEMP防護的柵格時(shí)，建筑物電磁環(huán)境極為嚴酷，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。
從上式可知，雷擊建筑物附近時(shí)lpi要比雷擊建筑物長(cháng)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件(如鋼筋)在雷擊時(shí)建筑物內的電磁環(huán)境要好的多。當建筑物和線(xiàn)路有很好的屏蔽就可以不考慮感應保護距離lpi.
3.SPD的協(xié)調配合
在一條線(xiàn)路上級聯(lián)安裝兩個(gè)以上的SPD時(shí)，應根據各個(gè)SPD的能量吸收能力共同分擔施加在它們上面的能量。
通常每一級用的SPD都是單端口的，即SPD與被保護設備并聯(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系統便于維修。
級聯(lián)安裝時(shí)級間配合必須根據各個(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、軟件和實(shí)驗分析，目前缺乏明了的現場(chǎng)分析和量化估算公式。
采用兩端口多級集成的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。
多級集成的SPD是級聯(lián)的SPD與串聯(lián)阻抗在內部協(xié)調配合好的，可以保證輸出到被保護設備的能量最小并且響應速度快。多級集成的兩端口SPD緊貼被保護設備安裝特別適用于重要設備的保護和信號線(xiàn)路。使兩端口SPD因與負載串聯(lián)連接，所以SPD需要承受滿(mǎn)負荷電流……
4.SPD的自保護和后保護
為了保護設備，SPD與設備并聯(lián)組成一個(gè)系統，系統中增加了SPD就增加了一個(gè)單元。如SPD是開(kāi)路故障則對系統無(wú)影響，如SPD是短路故障，那么，從功能邏輯上SPD是系統中的一個(gè)串聯(lián)單元，在串連系統中SPD單元故障系統就故障。所以應盡量避免SPD發(fā)生短路故障。
SPD自保護：在低壓系統中為了防止SPD發(fā)生短路故障，SPD器件本身應具有熱脫扣裝置。當電壓波動(dòng)或SPD劣化時(shí)，SPD電流增大而發(fā)熱，當達到1200C時(shí)，熱脫扣裝置動(dòng)作，使SPD器件開(kāi)路保護系統正常運行，這就是自保護。
SPD后保護：在SPD通道串連后保護器件，后保護器件可用熔斷器或斷路器。這些后保護器件在低于SPD標稱(chēng)放電電流(In)時(shí)不動(dòng)作，只有當通過(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)，測得Upf為2674V;串聯(lián)DZ47-63熔斷器，在18.29KA(8/20μS)電流沖擊時(shí)，測得Upf為5014V.串聯(lián)斷路器之所以限制電壓高是因為斷路器的電感線(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，甚至會(huì )損壞被保護設備。
使用斷路器操作方便，斷路器適用于對瞬態(tài)過(guò)電壓不敏感被保護設備，否則應用熔斷器做后保護。
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：設引線(xiàn)長(cháng)度減少50cm，di/dt為1KA/μS，導線(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(cháng)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輸出端后的導線(xiàn)稱(chēng)為“凈”線(xiàn)。安裝時(shí)應盡量使“凈”線(xiàn)與“臟”線(xiàn)遠離，將“臟”線(xiàn)穿鐵管屏蔽也是很好的辦法。
在雷電防護中，SPD的應用是最受關(guān)注的，SPD的選擇和安裝應由被保護設備的使用技術(shù)人員綜合考慮，應把SPD當作被保護設備的一個(gè)組件。
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