在弱电进户管上如何安装SPD?请大家多指教!!!

kuaidi.ping-jia.net  作者:佚名   更新日期:2024-09-11
弱电中spd的作用?

电涌保护器(Surge protection Device)是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装置,过去常称为“避雷器”或“过电压保护器”英文简写为SPD。电涌保护器的作用是把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内,或将强大的雷电流泄流入地,保护被保护的设备或系统不受冲击而损坏。

电涌保护器的类型和结构按不同的用途有所不同,但它至少应包含一个非线性电压限制元件。用于电涌保护器的基本元器件有:放电间隙、充气放电管、压敏电阻、抑制二极管和扼流线圈等。

一、SPD的分类:

1、按工作原理分:

1.开关型:其工作原理是当没有瞬时过电压时呈现为高阻抗,但一旦响应雷电瞬时过电压时,其阻抗就突变为低值,允许雷电流通过。用作此类装置时器件有:放电间隙、气体放电管、闸流晶体管等。

2.限压型:其工作原理是当没有瞬时过电压时为高阻扰,但随电涌电流和电压的增加其阻抗会不断减小,其电流电压特性为强烈非线性。用作此类装置的器件有:氧化锌、压敏电阻、抑制二极管、雪崩二极管等。

3.分流型或扼流型

分流型:与被保护的设备并联,对雷电脉冲呈现为低阻抗,而对正常工作频率呈现为高阻抗。

扼流型:与被保护的设备串联,对雷电脉冲呈现为高阻抗,而对正常的工作频率呈现为低阻抗。

用作此类装置的器件有:扼流线圈、高通滤波器、低通滤波器、1/4波长短路器等。

按用途分:(1)电源保护器:交流电源保护器、直流电源保护器、开关电源保护器等。

(2)信号保护器:低频信号保护器、高频信号保护器、天馈保护器等。

二、SPD的基本元器件及其工作原理:

1.放电间隙(又称保护间隙):

它一般由暴露在空气中的两根相隔一定间隙的金属棒组成,其中一根金属棒与所需保护设备的电源相线L1或零线(N)相连,另一根金属棒与接地线(PE)相连接,当瞬时过电压袭来时,间隙被击穿,把一部分过电压的电荷引入大地,避免了被保护设备上的电压升高。这种放电间隙的两金属棒之间的距离可按需要调整,结构较简单,其缺点时灭弧性能差。改进型的放电间隙为角型间隙,它的灭弧功能较前者为好,它是靠回路的电动力F作用以及热气流的上升作用而使电弧熄灭的。

2.气体放电管:

它是由相互离开的一对冷阴板封装在充有一定的惰性气体(Ar)的玻璃管或陶瓷管内组成的。为了提高放电管的触发概率,在放电管内还有助触发剂。这种充气放电管有二极型的,也有三极型的,

气体放电管的技术参数主要有:直流放电电压Udc;冲击放电电压Up(一般情况下Up≈(2~3)Udc;工频而授电流In;冲击而授电流Ip;绝缘电阻R(>109Ω);极间电容(1-5PF)

气体放电管可在直流和交流条件下使用,其所选用的直流放电电压Udc分别如下:在直流条件下使用:Udc≥1.8U0(U0为线路正常工作的直流电压)

在交流条件下使用:U dc≥1.44Un(Un为线路正常工作的交流电压有效值)

3.压敏电阻:

它是以ZnO为主要成分的金属氧化物半导体非线性电阻,当作用在其两端的电压达到一定数值后,电阻对电压十分敏感。它的工作原理相当于多个半导体P-N的串并联。压敏电阻的特点是非线性特性好(I=CUα中的非线性系数α),通流容量大(~2KA/cm2),常态泄漏电流小(10-7~10-6A),残压低(取决于压敏电阻的工作电压和通流容量),对瞬时过电压响应时间快(~10-8s),无续流。

压敏电阻的技术参数主要有:压敏电压(即开关电压)UN,参考电压Ulma;残压Ures;残压比K(K=Ures/UN);最大通流容量Imax;泄漏电流;响应时间。

压敏电阻的使用条件有:压敏电压:UN≥[(√2×1.2)/0.7]U0(U0为工频电源额定电压)

最小参考电压:Ulma≥(1.8~2)Uac (直流条件下使用)

Ulma≥(2.2~2.5)Uac(在交流条件下使用,Uac为交流工作电压)

压敏电阻的最大参考电压应由被保护电子设备的耐受电压来确定,应使压敏电阻的残压低于被保护电子设备的而损电压水平,即(Ulma)max≤Ub/K,上式中K为残压比,Ub为被保护设备的而损电压。

4.抑制二极管:

抑制二极管具有箝位限压功能,它是工作在反向击穿区,由于它具有箝位电压低和动作响应快的优点,特别适合用作多级保护电路中的最末几级保护元件。抑制二极管在击穿区内的伏安特性可用下式表示:I=CUα,上式中α为非线性系数,对于齐纳二极管α=7~9,在雪崩二极管α=5~7。

抑制二极管的技术参数主要有

(1)额定击穿电压,它是指在指定反向击穿电流(常为lma)下的击穿电压,这于齐纳二极管额定击穿电压一般在2.9V~4.7V范围内,而雪崩二极管的额定击穿电压常在5.6V~200V范围内。

(2)最大箝位电压:它是指管子在通过规定波形的大电流时,其两端出现的最高电压。

(3)脉冲功率:它是指在规定的电流波形(如10/1000μs)下,管子两端的最大箝位电压与管子中电流等值之积。

(4)反向变位电压:它是指管子在反向泄漏区,其两端所能施加的最大电压,在此电压下管子不应击穿。此反向变位电压应明显高于被保护电子系统的最高运行电压峰值,也即不能在系统正常运行时处于弱导通状态。

(5)最大泄漏电流:它是指在反向变位电压作用下,管子中流过的最大反向电流。

(6)响应时间:10-11s

5.扼流线圈:扼流线圈是一个以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件,它由两个尺寸相同,匝数相同的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上,形成一个四端器件,要对于共模信号呈现出大电感具有抑制作用,而对于差模信号呈现出很小的漏电感几乎不起作用。扼流线圈使用在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号(如雷电干扰),而对线路正常传输的差模信号无影响。

这种扼流线圈在制作时应满足以下要求:

1)绕制在线圈磁芯上的导线要相互绝缘,以保证在瞬时过电压作用下线圈的匝间不发生击穿短路。

2)当线圈流过瞬时大电流时,磁芯不要出现饱和。

3)线圈中的磁芯应与线圈绝缘,以防止在瞬时过电压作用下两者之间发生击穿。

4)线圈应尽可能绕制单层,这样做可减小线圈的寄生电容,增强线圈对瞬时过电压的而授能力。

6. 1/4波长短路器

1/4波长短路器是根据雷电波的频谱分析和天馈线的驻波理论所制作的微波信号电涌保护器,这种保护器中的金属短路棒长度是根据工作信号频率(如900MHZ或1800MHZ)的1/4波长的大小来确定的。此并联的短路棒长度对于该工作信号频率来说,其阻抗无穷大,相当于开路,不影响该信号的传输,但对于雷电波来说,由于雷电能量主要分布在n+KHZ以下,此短路棒对于雷电波阻抗很小,相当于短路,雷电能量级被泄放入地。

由于1/4波长短路棒的直径一般为几毫米,因此耐冲击电流性能好,可达到30KA(8/20μs)以上,而且残压很小,此残压主要是由短路棒的自身电感所引起的,其不足之处是工频带较窄,带宽约为2%~20%左右,另一个缺点是不能对天馈设施加直流偏置,使某些应用受到限制。

三、SPD的基本电路

电涌保护器的电路根据不同需要,有不同的形式,其基本元器件就是上面介绍的几种,一个技术精通的防雷产品研究工作者,可设计出五花八门的电路,好似一盒积木可搭出不同的结构图案。研制出既有效又性能价格比好的产品,是防雷工作者的重任。

如果是家装的话,简单点找工人连工带料一平米25左右把,各地物价不同,最低17元。要是找装修公司的话得40吧,不过里面包含电路设计,技术交底,后期验收等一系列内容。自己比较懂就很便宜了,就是麻烦点。
稍微大点的施工,找工人价格得个最低35左右(纯工费),料钱看设计。这种强电是走桥架,开水钻打眼。接复杂的配电系统。

SPD在低压系统中的选择,安装位置及其所提供的保护

对于固定式SPD,常规安装应遵循下述步骤:

1)确定放电电流路径

2)标记在设备终端引起的额外电压降的导线,见图2.1和2.2。
说明:在图2中, Ures是Ⅰ、Ⅱ类SPD的残压或更一般地说是限制电压。

3)为避免不必要的感应回路,应标记每一设备的 PE导体,图2.3、2.4和3。
说明:如果不可能进行单一接地则需要两个SPD(如图2.4所示)。

4)设备与SPD之间建立等电位连接。

5)要进行多级SPD的能量协调

为了限制安装后的保护部分和不受保护的设备部分之间感应耦合,需进行一定测量。通过感应源与牺牲电路的分离、回路角度的选择和闭合回路区域的限制能降低互感,见图2。

当载流分量导线是闭合回路的一部分时,由于此导线接近电路而使回路和感应电压而减少。见图3。

一般来说,将被保护导线和没被保护的导线分开比较好,而且,应该与接地线分开。同时,为了避免动力电缆和通信电缆之间的瞬态正交耦合,应该进行必要的测量。

与防护距离有关的振荡效应

当 SPD1用来保护设备或安装在输入口配电盘上却不能对某些设备提供足够的保护时, SPD2的安装位置应该尽可能地靠近被保护的设备。如果距离太远,可能会在终端设备上产生2倍于 Up甚至更高的振荡电压,尽管对设备使用了 SPD保护,但这个振荡电压仍会使 设备发生损坏。合理的距离(又称防护距离)与 SPD类型、系统类型、进入的浪涌源的陡度和波形及相连的负载有关。特别是在设备相当于高阻负载或设备内部发生脱离可能出现电压倍增。为了解释此现象,图(四)给出了这类情况下出现电压倍增的一个例子。

一般认为距离小于10米时不会产生振荡,图4说明即使距离为10米,也有可能产生电压倍增,但只有负载为纯电容时才有可能发生。有时设备有内部保护元件(如压敏电阻),即使距离较远,振荡也会显著减少。此时应注意SPD与设备内部保护元件的协调。

说明:一般来说,仅在靠近被保护设备处安装一个 SPD是不够的。由于电磁兼容原因(为避免浪涌电压产生的电磁干扰,最好在入口处进行分流)和为了对设备进行保护(避免导线之间的闪络),最好在设备的入口处安装 SPD。如果设备不在入口处安装的 SPD的保护范围内,有必要在靠近设备处另行安装一个SPD,此时也应考虑其协调性。

说明:这种现象可以通过由与浪涌频率和导线长度相关的振荡和行波来解释。

连接线长度的影响

为获得最佳过压保护应使SPD的连接导线尽可能短。如导线太长将引起SPD电压降,为提供有效的保护有必要降低安装于此的 SPD的保护等级。转移至设备的残压为由 SPD上和导线上感应电压的总和。这两种电压不一定同时达到峰值。出于实用的目的,一般情况下,它们可以相加。图(五)说明连接线的感应如何导致SPD残压的增加。

一般假设导线感抗为1μH/m。当脉冲陡度为1kA/μs,导线上感应电压降接近1kV/m,而且,如果 di/dt陡度更大时,感应电压值将增加。在可能情况下,当这种感抗的影响被认为是由于环路的分离而显著减小时,图(六),最好选用方案c);当方案c)不能采用时,则采用方案d),尽可能避免采用方案a)。

注意:如果回流线与进线是通过紧凑接线方式磁耦合,感抗将减小。

当建筑物进线处浪涌电压较低时,在靠近进线处安装一个SPD便行。但在某些特殊情况下,例如安装了非常敏感的设备(电子设备,计算机)或这些需要保护的设备离安装在入口处的 SPD太远、在建筑物内由于雷电放电和内部干扰源而产生电磁场时,有必要在靠近被保护设备处或设备内部安装附加的SPD。

电源系统和信号网络线进入防护区时,应彼此靠近并连接在同一金属物上,实现等电位连接,这一点对由非屏蔽金属(如木材、砖混结构)建筑物尤为重要。

要考虑系统中多数被保护的电子敏感设备的耐压水平。对安装在设备最近处的 SPD,必须使其UP值至少低于设备耐压值的20%。假定安装在进线处的SPD在保护范围内,如果进线处的 SPD的 UPl乘以一个过压因子后低于UP2,那么,只能使用进线处的SPD。(见图7)

说明:用户应注意设备的抗扰性可按IEC6l000-4-5标准,用混合波发生器进行试验得出。在这种情况下,低阻抗设备的抗扰性不只是根据耐压UW来定义,且部分浪涌电流通过设备分流,需设计一合理的协调。

在建筑物内部当可能出现一些高能量的开关浪涌(投切过电压)时,此时需安装附加SPD。

SPD应具备的功能和附加要求

1.SPD的基本功能
对于正常工作状态下的低压系统,安装后的SPD不应对系统和系统装置内的设备工作特性有明显的影响。

对于出现浪涌等非正常工作状态的低压系统,SPD应及时对浪涌作出反应,通过SPD能限制瞬态过电压和分走电涌电流的特性,将过电压降到IEC60664-1规定的各类别位置设备耐冲击过电压额定值以下。

对于经历了非正常状态的低压系统,即经过浪涌后恢复正常状态的SPD,应恢复其高阻抗特性,并采取措施防止或抑制电力线上的续流。

2.使用SPD的附加要求

1)对直接接触进行保护。 SPD应以这种方式安装:安装在不可接触的范围内或对直接接触采取保护(如安置隔离设备)。

2)发生 SPD失效事件的安全性。当浪涌电压超过设计的最大承受能力和放电电流容量时, SPD可能会失效或被损坏。 SPD的失效模式大致分为开路和短路两种方式。

处于开路模式时,被保护设备将不再受保护。这时,因为对系统本身几乎不会产生影响,很难发现 SPD己失效。为了保证在下一浪涌到来之前,能将失效的SPD替换掉,必须要求SPD具备指示失效的功能。

处于短路模式时,系统出于 SPD的失效而受到严重影响。短路电流由配电系统流向失效的 SPD。因为失效的 SPD通常并未完全短路且有一定阻抗,在开路前将产生热能引起燃烧。在这种情况下,被保护系统没有合适的器件使其与失效的SPD发生脱离,此时,对处于短路失效模式的SPD要求安装一个合适的脱离装置。(断路器)

SPD的选择步骤

说明如下:

A:Uc、UT和Ic

关于Uc在不同供电系统中的取值已在本文中说明。UT是SPD能承受的短时过电压值,在理论上是一直线。但在实际中常因一些值(电源频率、直流过压)可能随时间变化,使得在一定的时间间隔内(一般在0.05秒到10秒间),会超过最大连续工作电压Uc,因此选用UT值应考虑大于UTOV。但事实上,要求一个SPD既要有较高的耐短时过电压能力同时又能提供低保护等级不可能的,只有比较而舍取,或采用多级保护。

当外加连续工作电压Uc时,通过SPD的最大连续工作电流值为Ic。为避免过电流保护设备或其它保护设备(如RCD)不必要动作,Ic值的选择非常有用。Ic的选择可参看"五分法"的利用分流来确定。

B.保护距离
主要指SPD的安装位置。一般SPD应安装在低压供电系统在建筑物的入口处多指在变压器的低压侧(特别说明:在公共配电系统中安装SPD必须取得公共配电系统管理部门如供电局的批准)的配电盘上。当配电盘与用电设备距离较远或用电设备需要多重保护时,SPD2、SPD3应尽可能的靠近被保护设备并在防雷区交界处做等电位连接。

一般来说,SPD的选择有六个步骤,见图(八)

选用和使用SPD时的注意事项

1. 应在不同使用范围内选用不同性能的SPD。在选用电源SPD时要考虑供电系统的形式、额定电压等因素。LPZ0与LPZ1区交界处的SPD必
须是经过10/350us波形冲击试验达标的产品。对于信号SPD在选型时应考虑SPD与电子设备的相容性。

2. SPD保护必须是多级的。例如对电子设备电源部分雷电保护而言,至少应采取泄流型SPD与限压型SPD前后两级进行保护。

3. 为各级SPD之间做到有效配合,当两级SPD之间电源线或通讯线距离未达规定要求时,应在两级SPD之间采用适当退耦措施。

4. 建在城市、郊区、山区不同环境下计算机机房,设计选用SPD时,必须考虑机房供电电源不稳定因素,选用合适工作电压的SPD。

5. 对于无人值守场合,可选用带有遥信触点的电源SPD;对于有人值守场合,可选用带有声光报警之电源SPD。所有电源防雷器都具有老
化显示。

6. 信号SPD应满足信号传输带率、工作电平、网络类型的需要,同时接口应与被保护设备兼容。

7. 信号SPD由于串接在线路中,在选用时应选用插入损耗较小的SPD。

8. 在选用SPD时,应让指定供应商提供相关SPD技术参数资料。

9. 正确的安装才能达到预期的效果。SPD的安装应严格依据厂方提供的安装要求进行安装。

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