看不見的浪涌“刺客”
深冬雨夜,工程師小陳獨自值班
只聽一陣電閃雷鳴,世界霎時陷入黑暗
小陳欲前往配電室一探究竟
寂靜的工廠只有他的腳步聲
突然,一臺設備悄然啟動了……
是誰在暗中操控?
電閃雷鳴過后,可能有設備突然誤動作,或伴隨異響發生損壞;當你操作開關去啟動某個設備,可能突然有器件被燒壞,甚至會看見火花……
這些現象,可能是因為線路中出現了浪涌。
Part 01浪涌
什么是浪涌
說到這個詞,人們很容易想到平靜的海面上有一波海浪涌過來。沒錯,它的確是以一個波浪的形式瞬間侵入我們的設備。只不過在電氣上,這個浪不是水,而是電,因此也叫電涌。它指的是在原本正常工作的線路中,瞬間疊加一個幅值遠高于額定值的電流或者電壓波。這個波的特點是時間很短(一般是μs級別),峰值非常高可以達到KA/KV。
浪涌是如何引起的
導致浪涌出現的原因各種各樣,但是我們把它歸類起來,大概有如下幾個:
1. 雷電電磁脈沖
在引起浪涌的原因中,雷電具有最大的破壞潛力。雷擊時,強雷電流會直接入侵或者耦合到用電設備,導致設備擊穿燒毀。高層建筑、機場、通訊基站等,更容易遭受雷擊。比如打雷時,如果防雷措施做得不到位,用戶現場可能會有設備燒壞,或者采集的數據出現異常。火遍全網的廣州小蠻腰接閃畫面便是一種直觀的雷電電磁脈沖。
2. 開關電磁脈沖
開關電磁脈沖是屬于一種操作過電壓。分合長空載線路、開斷感性或容性負載、投切大型設備等都可能會造成線路瞬態電壓波動,伴隨器件損壞、敏感設備誤動作、信號出現異常甚至丟失的現象。比如,控制電磁閥的繼電器觸點在啟動瞬間擊穿,也需要考慮開關電磁脈沖。
3. 靜電電磁脈沖
不同物體會積聚不同的電荷,即有了不同的靜電電位,這些不同電位的物體之間接觸距離達到一定值就會擊穿放電(瞬間電荷轉移)。比如天氣干燥的時候,我們摸到金屬、羊絨等物體或者和其他人觸碰,可能會被電擊,這就是靜電現象。靜電的電壓可能會達到上千甚至上萬伏,它產生的電磁場會耦合到器件內部。在精密的設備上通常有敏感的核心芯片,很容易被靜電擊穿,這個損失是無法估量的。
4. 核電磁脈沖
核爆時釋放的射線與周圍介質碰撞會形成高速康普頓電子流,產生強電磁輻射,從而導致周圍電磁場的瞬態變化。這種電磁感應耦合到電子設備,會破壞通訊系統導致信號傳輸中斷、通信網絡癱瘓,損壞計算機集成電路芯片,以及影響電力系統的安全運行。
Tips:對于工控現場,通常遇到的雷電電磁脈沖和開關電磁脈沖較多。
Part 02浪涌保護器(SPD)
浪涌保護器如何保護設備
既然浪涌的危害這么多,那么我們必須要進行防浪涌保護。從雷電電磁脈沖的防護角度,我們將防雷分外部防雷和內部防雷。外部如避雷針避雷線以及戶外用避雷器等,而浪涌保護器則是一種內部防雷裝置,同樣也能夠解決其他電磁脈沖引發的浪涌問題。
它的原理是泄放浪涌電流,限制浪涌電壓。常規的SPD有效器件是并聯在設備回路中,正常運行時呈高阻狀態,類似于斷開;在浪涌入侵導致器件端口電壓升高到動作閾值時,器件瞬間導通泄放浪涌電流,從而將電壓限制在一定的水平,保證設備的安全。整個過程非常迅速,不影響設備的正常運行(下圖以共模保護為例)。
Part 03常規低壓電源系統SPD選型
如何選擇合適的浪涌保護器
浪涌保護器的選擇屬于防雷設計的一個環節,需要根據建筑物雷電防護等級、雷電防護分區以及供電系統制式等,緊密結合應用場景。我們初步選型主要需要考慮以下幾個參數:
●浪涌保護器的類型(I類 II類 III類)
使用何種類型的SPD主要考慮雷電防護分區,我們也可以大體按照安裝位置來粗略判斷。
>I 類 SPD
用于泄放由直接或附近雷擊引起的高能電涌電流/電涌電壓。安裝位置:位于防雷保護區LPZ 0A與LPZ 1的交界處,通常安裝在主配電箱中。
>II 類 SPD
用于泄放由遠距離雷擊、電感或電容耦合及操作過電壓引起的高能電涌電流/電涌電壓。安裝位置:一般位于LPZ 1區與LPZ 2區的交界處,通常安裝在分配電箱中。
>III 類 SPD
用于保護敏感型終端設備的附加電涌保護器(設備保護)。安裝位置:位于防雷保護區LPZ 2與LPZ 3的交界處,通常緊鄰敏感型終端設備。
●供電系統制式(幾相幾線)
圖中是國內常見的幾種供電系統制式。選型時先看被保護對象所用的是哪種系統制式,再看需要接入保護的線路是哪幾相。
●持續運行電壓Uc
持續運行電壓Uc是浪涌保護器能夠長期承受的工頻電壓值,這個值不能低于供電系統可能出現的最高工作電壓。在不同行業標準中,都對浪涌保護器的最小Uc值做了規定(具體可以查閱相關標準),但是最終還是要結合實際的電網質量。
●沖擊電流、放電電流
這兩個參數反映浪涌保護器泄放浪涌電流的能力,同樣在各行業標準中根據不同的雷電防護等級和雷電防護分區也有各自的規定。I類SPD主要看Iimp(10/350μs波形)值;II類及III類SPD一般用In和Imax(8/20μs波形)表示,Imax大于In。值越大,SPD泄放電流的能力越強,選型時不低于要求的值就可以。
●電壓保護水平Up
電壓保護水平Up反映浪涌保護器限制浪涌電壓的能力,指的是浪涌保護器在規定的沖擊電流或者電壓下,端口出現的最大電壓。這個值一定不能高于被保護設備的耐沖擊電壓值,值越小對保護對象的保護效果越好,當然不能犧牲Uc值。對于敏感設備,應選擇Up值較小的浪涌保護器。
●浪涌保護器選型示例
舉個栗子
Q:安裝在入戶總配電箱,需要I類SPD,供電系統是TN-S,標稱電壓220/380V,Uc值(L-N)需要≥275V,保護L1\L2\L3+N,Iimp=25kA,電壓保護水平Up(L-N)≤2.2kV,應該選擇哪款浪涌保護器呢?
A:可以選擇菲尼克斯電氣如下產品——FLT-SEC-P-T1-3S-350/25-FM - 1+2類組合式電涌保護器。
(點擊圖片查看詳細參數)
如果您在選型過程中遇到困難
歡迎聯系我們的技術專家獲得支持
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