防雷保护中低压电涌保护器SPD的后备保护

电涌保护器与后备保护开关电器极数的选择与配合王一平【摘要】以TN系统和Ir系统两种常见的配电系统形式为例,探讨了I类试验、Ⅱ类试验SPD极数的选择,并分析了通过SPD极数来选择后备保护开关电器的极数,使其之间的选择与配合满足系统对安全性、经济性的要求.【期刊名称】《现代建筑电气》【年(卷),期】2017(008)009【总页数】5页(P24-28)【关键词】电涌保护器(SPD);SPD后备保护;SPD专用后备保护器;短路保护【作者】王一平【作者单位】华南理工大学建筑设计研究院,广东广州510641【正文语种】中文【中图分类】TU856电涌保护器(SPD)作为限制防直击雷、防雷击电磁脉冲等引起的瞬时过电压的保护电器,已广泛用于通信、电力、工业与民用建筑等领域。

我国关于雷电防护中SPD的安装与使用的标准主要有GB 50057—2010《建筑物防雷设计规范》[1](简称《雷规》)、GB 50343—2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》[2](简称《电子信息雷规》),以及电力、石油、铁道、邮电通信、气象等行业规范中的有关条款。

其中涉及SPD 产品使用的条款很多,虽有提及应采用保护电器(熔断器、断路器)对SPD进行后备保护,但防雷标准中并未规定SPD上串联的熔断器、断路器的技术类别及参数,熔断器和断路器作为 SPD 后备保护存在保护盲区,导致实际工程中存在保护电器无法对SPD失效或故障进行保护的情况[3-5]。

近几年,一些SPD制造商生产与SPD协调配合的SPD专用后备保护器(SCB),已在一些工程中得到应用,其与熔断器、断路器相比,能在一定程度上解决两大关键问题:雷电流冲击下不误断,分断超过SPD热脱扣能力的工频电流(或直流),并阻止 SPD 起火。

SPD的后备保护电器可为熔断器、断路器、SCB,都需要正确选择SPD的极数,然后根据SPD极数选择后备保护开关电器的极数,实现有效的选择和配合。

本文针对SPD及SPD后备保护开关电器极数的选择与配合问题展开分析。

2019.1·今日自动化 81专题与综述 Topics and reviews的方法对主梁的畸变效应进行仿真计算[10-12]，充分保障设备运行的安全性，仿真结果如图3所示。

图3 目标500t级轮轨式提梁机主梁仿真结果如图3所示，目标500t级轮轨式提梁机主梁在额定载荷状态下，轨道横向偏移量约为10mm，在车轮和轨道的允许偏移范围内，主梁的畸变特性满足使用要求。

3　结束语针对国内某新建铁路标段对500t级轮轨式提梁机的需求，将原有450t级轮轨式提梁机进行了升级改造，详细介绍了改造方法，并对主梁的畸变效应进行了有限元仿真校核，对轮轨式提梁机及其它起重运输设备的改造具有指导意义，具有广阔的应用前景。

参考文献[1]　郑健.中国高速铁路桥梁建设关键技术[J].中国工程科学,2008,10(7):18-27.[2]　黄耀怡,余春红.纵论我国大吨位提梁机的世界首创和持续领先之路[J].铁道建筑技术,2015(6):1-17.[3]　吴耀辉,陈浩.900t轮轨式提梁机施工方案研究[J]铁道标准设计.2008(3): 34.0　引言根据南方电网“十三五”营销技改与电能计量规划，在十三五期间，全网实现对直供直管区域内所有用户的“全覆盖、全采集、全费控”。

低压用户集中抄表系统是将计算机系统、现代电子、通信网络技术综合运用的自动化系统，集中抄表系统通过对就地居民用户计量表计数据准确、可靠、完整、及时采集和进行统计分析，可以有效、全面地反映低压用户电量使用情况及分析配变的线损，为电力营销服务提供可靠技术保证。

1　故障现象及原因为实现这一目标，鹤山市供电局已将全市内25万低压用电户的电表更换为智能电子表，随着大量的电子表投入运行，减轻了抄表人员的工作量，但同时在雷雨季节，据供电局营销中心反映，在雷击多发区很多智能电子表出现下线，不能读数的现象，经查大部分电子表有烧毁现象。

经过现场查勘及分析，出现烧坏电子表的台区都没有安装低压避雷器或安装旧式的金属氧化物避雷器，不能很好的阻止电浪涌雷击。

雷电防护与SPD选择摘要：随着社会的发展，人们的生活水平及要求不断提高，人们对于家的概念，已经不单是仅仅是住这么简单了，家已逐渐成为娱乐，甚至办公的场所。

如今的智能小区由于具有电器多、现代化塑料材料多、布线密集等特点，一旦发生火灾后果不堪设想。

关键词：智能小区消防电气1 引言1.1随着社会的发展，人们的生活水平及要求不断提高，人们对于家的概念，已经不单是仅仅是住这么简单了，家已逐渐成为娱乐，甚至办公的场所。

如今的智能小区由于具有电器多、现代化塑料材料多、布线密集等特点，一旦发生火灾后果不堪设想。

1.2从市场的角度来看，目前房地产商推出的所谓智能小区在消防电气设计方面还是空白，消防器材也仅仅局限于消防水龙和灭火器，而大多数人并没有受过消防培训，甚至连消防水龙都不会使用，一旦发生火灾，损失巨大，这种状况对于出资动辄百万购房的住户而言，是极不公平的。

据问卷调查显示广州市区有87 8％的智能小区住户对所住单元的消防设计不满意，有76 5％的住户认为如果购房费用增加10％，但具有较完善的消防设计的小区他们仍会优先选择。

在这样的背景下，房地产商如果能适时地推出具有“安全”概念的智能小区一定会大受欢迎。

2 消防电气设计按照《高层民用建筑设计防火规范》的规定，一类防火建筑包括十九层及以上的普通住宅；建筑高度超过24m的高级住宅，高级宾馆等。

本文讨论的高级智能小区多属一类防火建筑。

2.1火灾自动报警系统火灾自动报警系统是为了早期发现并及时通报火灾，以便采取有效措施，使火灾得以控制和扑灭而设置在民用建筑内的一种自动消防设施，也是与火灾作斗争的有力工具。

根据建筑物防火等级的不同，其自动报警系统采用不同的结构形式，一般来说报警系统有如下三种类型。

a.控制中心报警系统，控制中心报警系统的组成如图一所示。

集中火灾报警控制器设在消防控制室内，其他消防设备及联动控制设备，可采用分散就长久地控制和集中遥控两种方式，各消防设备工作状态的反馈信号，必须集中显示在消防控制室的监视或总控制台上，以便对建筑物内的防火安全设施进行全面控制与管理。

低压配电系统电涌保护器（SPD）保护模式简介一、电涌保护器（SPD）用以限制瞬时过电压和泄放电涌电流的电器，它至少应包括一种非线性元件。

在一般平时的项目中也称“电涌保护器”、“浪涌保护器”、“浪涌防护器”、“防雷器”、“避雷器”等。

二、电涌保护器（SPD）保护模式的概念根据《低压配电设计规范》（GB50054-95）规定，低压配电供电系统的接地型式可分为：TN-S系统（三相五线）、TN-C系统（三相四线）、TN-C-S 系统（由三相四线改为三相五线）、IT系统（三相三线）和TT系统（三相四线，电源有一点与地直接连接，负荷侧电气装置外露可导电部分连接的接地极与电源接地极无电气联系）。

电涌保护器（SPD）可连接在L（相线/火线）、N（中性线/零线）、PE （保护线/地线）间，如L-L、L-N、L-PE、N-PE，这些连接方式称为保护模式。

SPD的保护模式与供电系统的接地型式有关，目前，低压配电供电系统通常有3种SPD保护模式：共模保护模式、“3+1”保护模式、全保护模式，其中前两种保护模式较为常用。

三相星形接地中的保护方式三、电涌保护器（SPD）共模保护模式（L-PE，N-PE）共模保护模式是将电源L（相线）、N（中性线）分别与PE（保护地）线之间安装相同型号的SPD模块，把雷电（或感应电）能量泄放到地，限制对地瞬态过电压的幅值，以防护设备对地的绝缘。

共模模式的电涌保护器（SPD）对共模（MC）过电压可进行有效防护，即带电导体（L或N）与保护接地（PE）之间的过电压。

对带电导体之间产生的差模过电压未进行防护，如L-L之间，L-N之间的过电压。

四、电涌保护器（SPD）“3+1” 保护模式（L-N，N-PE）在某些供电系统下，共模保护的电涌保护器（SPD）有可能使SPD的电压保护水平失真，即产品的实际保护水平比产品说明上的保护水平要差。

如在TT 接地系统：GB50057-94（2000版）标准规定，L-N接三片抑制模块，能有效的拦截相线浪涌电压，当雷电浪涌使SPD导通放电时，巨大的涌流瞬间流向N线，使N线电位上升，所以必须给N线提供一个放电电流通道。

1 对ＳＰＤ的主要要求（1）安装ＳＰＤ（电涌保护器）之后，在无电涌发生时，ＳＰＤ不应对电气（电子）系统正常运行产生影响；（2）在有电涌发生的情况下，ＳＰＤ能承受预期通过的雷电流而不损坏，并能箝制电涌电压和分走电涌电流；（3）在电涌电流通过后，ＳＰＤ应迅速恢复高阻状态，切断工频续流。

2 ＳＰＤ结构类型选择（1）建筑物内入口级宜选开关型ＳＰＤ；（2）入口级以后级宜选电压限压型ＳＰＤ；（3）也可选择内装单级或已配合好的多级ＳＰＤ模块及辅助机构的ＳＰＤ箱。

3 ＳＰＤ基本保护模式（1）三相ＳＰＤ基本保护模式共模保护（见图1）：ＳＰＤ接在（Ｌ－ＰＥ）间、（Ｎ－ＰＥ）间，线路与设备内电路和器件对地绝缘。

差模保护（见图2）：ＳＰＤ接在（Ｌ－Ｎ）间、（Ｌ－Ｌ）间，保护设备两个输入端之间的电路与器件。

差模保护很少单独用，一般用在“３＋１”或“２＋１”保护。

全模保护（见图3）：既有共模保护又有差模保护：（Ｌ－ＰＥ）间、（Ｎ－ＰＥ）间、（Ｌ－Ｌ）间、（Ｌ－Ｎ）间，既可以防止相对地、中对地的过电压，又可避免相对中的过电压。

共差模保护：对ＴＴ、ＴＮ配电系统所要求的相线、零线、零线对地及相线对零线的共模、差模进行全方位保护，用于Ｂ、Ｃ、Ｄ级电涌保护。

（2）单相ＳＰＤ基本保护模式多用在插座对路（如图４~图６所示）。

4 “３＋１”ＳＰＤ保护在３根Ｌ（相线）和Ｎ（中性线）之间（Ｌ－Ｎ）安装３个相同的限压型ＳＰＤ，同时Ｎ（中性线）与ＰＥ（保护线）之间（Ｎ－ＰＥ）安装１个开关型ＳＰＤ。

多用在ＴＴ系统，或在３根Ｌ（相线）和ＰＥ（中性线）之间安装３个相同的开关型ＳＰＤ，作电源线与中性线之间的差模保护。

同时Ｎ（中性线）与ＰＥ（保护线）之间安装１个限压型ＳＰＤ，多用在ＴＮ系统。

缺陷：电压抑制水平失真；响应时间不匹配；续流问题存在安全隐患。

应用范围：目前我国多用这种保护模式，特别适于ＴＴ系统。

有专家认为：ＴＮ和ＩＴ系统中也可安装选用“３＋１”ＳＰＤ保护模式（接线图见图7）。

图4电源SPD 后备保护装置失效模式分析Power SPD overcurrent protection device Failure analysis厦门大恒科技有限公司摘要：SPD 火灾事故与雷电防护失效是SPD 应用中的一个短板和难题，本文从理论与实验两方面分析了SPD 后备保护装置熔断器、断路器的失效模式，并介绍了一种新的能够最大限度确保SPD 安全的专用后备保护器。

关键词：SPD 、熔断器、断路器、边界条件、失效模式 1、概述：国内外用于SPD 后备过流保护使用的是熔断器或断路器，这两种器件为了保证雷电冲击电流到来时不开断取值往往较大。

当SPD 出现劣化或者电源出现异常导致流入工频电流（俗称续流），熔断器或断路器不能迅速切断电路致使SPD 起火燃烧（由于SPD 的导通电阻随着工频异常电压不同而变，工频续流是个不确定值）。

当两种保护装置速断值选择偏小时，雷电冲击电流又会造成速断致使防雷保护失效。

SPD 引发的火灾事故和防雷失效事故现场分析及实验室验结果表明：火灾事故基本是由SPD 工频续流引发（持续的电源能量使SPD 迅速燃烧），防雷失效事故大多数是防雷器脱离了保护线路造成的。

图1是一个SPD 起火烧毁机柜的现场图片。

SPD 失效或工频电源出现暂态过电压引起的SPD 起火是小概率事件，导致目前许多SPD 工程应用不安装后备过流保护装置。

这种观点认为在一次电源异常事故中，SPD 起火是几乎不可能发生的。

关于这一点我们要有以下两个方面的认识：一是这里的“几乎不可能发生”是针对“一次电源异常事故”来说的，因为电源异常事故是个不确定的事件，那就有可能发生；二是当我们运用“小概率事件几乎不可能发生的原理”进行推断时，我们也有5%犯错误的可能。

众多的SPD 火灾事故应该能说明这一点。

2、SPD 起火的边界条件 2.1、MOV氧化锌压敏电阻（MOV ）是一种以氧化锌为主体、添加多种金属氧化物的多晶体半导体陶瓷元件（图2）。

电涌保护器SPD后备保护器的选择背景随着科技的发展，人类使用电子设备的场景越来越多，但是电子设备面临着很多的风险。

其中之一就是来自电力系统的电涌，这是一种短时间内电压急剧上升并迅速降落的瞬间电压波动，它会给电子设备造成很大的损害。

为了保护电子设备，电涌保护器处于一定的重要位置不可替代。

SPD后备保护器SPD（Surge Protective Device）是电涌保护器的一种，在很多的应用场景都有使用。

虽然SPD可以为电子设备提供良好的保护，但是还存在着一些风险。

在SPD故障或是被电涌击穿后，需要及时更换，但是在SPD更换后，对于一些因为故障或者其他原因无法及时更换的设备，其电涌保护功能就无法获得保障。

为了解决这个问题，我们需要一种SPD后备保护器。

SPD后备保护器是在SPD故障后，仍然能够为设备提供一定的电涌保护，增加设备的可靠性和安全性。

选择SPD后备保护器需要考虑多种因素，下面将从以下三个方面进行分析。

电涌保护器的等级电涌保护器的等级根据其能够承受的电压等级来划分，从一级到四级，等级越高，所能承受的电压就越高。

一般情况下，我们会根据设备所需要的保护等级来选择电涌保护器的等级。

选择SPD后备保护器的时候，我们需要根据设备所需要的保护等级来选择对应的后备保护器等级。

例如，对于需要三级保护的设备，我们可以选择三级或以上的SPD后备保护器。

后备保护器的工作原理SPD后备保护器通常是由两个保护元件和一个检测电路组成。

两个保护元件一般选用小气体放电管（GDT）或者压敏电阻（MOV）。

当SPD被击穿后，待更换时，后备保护器通过检测电路会检测SPD 的状态，如果发现SPD故障，就会自动切换到后备保护器。

并且，后备保护器的保护元件会分别与电源和地相连，从而为设备提供电涌保护。

SPD后备保护器的选购建议在购买SPD后备保护器的时候，我们需要综合考虑设备所需的保护等级、后备保护器的等级和工作原理等因素。

1.首先，我们需要了解设备的保护等级，才能正确选择SPD后备保护器的等级。

低压配电系统中SPD保护配合探讨王莉芳摘要：对低压配电系统SPD保护配合优化设计相关技术规范进行阐述后，对SPD保护配合布局原则进行了分析。

最后，对工程中设置安装SPD应注意的问题进行了探讨。

关键词：低压配电系统SPD 保护配合1 引言雷电流的功率通常可以达到兆瓦级及以上，而随着电子设备箱微型化、紧凑化、集成化、精密化等方面快速发展，其对电涌的综合耐受能力也变得越来越差，只能达到毫瓦级及以下，两者差距非常大。

因此，结合低压配电系统的实际功能特性，有针对性的采取屏蔽、接地、等电位连接等技术措施，预防雷击电磁脉冲对低压配电系统中的电气电子设备的危害，使雷击电磁脉冲不能有效进入到电气电子信息设备系统内部，确保电气电子信息设备系统的运行安全，就显得非常有工程实践应用研究意义。

2 低压配电系统SPD保护配合优化设计相关技术规范在实际低压配电系统防雷设计过程中，应按照“预防为主、安全第一”的设计原则。

目前，在低压配电系统中采用SPD保护配合优化设计时，主要遵循以下几种国标、行标：（1）《建筑物防雷设计规范》(GB50057-1994)（2000、2010），习惯简称《防雷规》。

在防雷规中第6.4.11条明确规定“对于低压配电系统，在一般情况下，应在线路上多处设置安装SPD进行保护。

在无准确数据时，开关型SPD保护器与限压型SPD保护器间的线路长度宜在10m以上，而限压型SPD保护器间的线路长度宜在5m以上。

”（2 ）《建筑物电子信息系统防雷技术规范》(GB50343-2004)，习惯简称为《信息防雷规》。

在信息防雷规中第6章明确指出，SPD 保护器其保护对象主要是建筑低压配电系统中的“信息系统”，包括“计算机系统、通信设备系统、控制保护装置等”、。

（3）《低压配电系统的电涌保护器（SPD）第12部分：选择和使用》GB/T 18802.12—2006。

该国标中定义电涌保护器(SPD)，是在规定条件下用来保护低压配电系统中的电气系统、信息设备免受各种过电压(如：雷电过电压、操作过电压)以及冲击电流破坏的一种防浪涌保护设备。

低压配电系统电涌保护器的后备保护雷电灾害是一种人类目前还无法避免的自然灾害之一，电涌保护器(SPD)是抑制由雷电、电气系统操作或静电等所产生的冲击电压，电涌保护器是保护电子信息技术产品必不可少的器件。

随着各种电子信息技术产品越来越多地渗入到社会和家庭生活的各个领域，电涌保护器(SPD)的使用范围日益扩大，市场需求量日益增长。

电涌保护器是用于保护电气、电子设备免受雷电电磁脉冲破坏的器件，被作为众多高新科技产品的“保护神”，因此产品本身的安全性、可靠性显得尤其重要。

一、电涌保护器故障情况限压型电涌保护器(SPD)产品的核心元件为氧化锌压敏(MOV)元件，其失效后故障表现有短路和开路两类形式。

短路故障产生原因主要为电涌电流通过MOV 产生的热击穿或电涌电流在MOV表面产生的放电造成两极间金属性短路，其工频短路电流值因系统容量不同从几百至几千安培。

SPD产品短路故障的另一类表现即因为失效的MOV并未完全短路且有一定阻抗，流过MOV的故障电流使其发热燃烧，燃烧过程中在没有完全开路前故障电流在几百毫安至几安培间。

对于低压配电系统而言，系统故障主要表现是相线通过SPD对PE线或N线过流故障。

二、后备保护元件的作用脱离器失效后电涌保护器(SPD)有可能出现两类故障状况，一类热击穿造成L-N/PE线间接地短路，其电流值可使后备过电流保护元件动作；另一类由于接地故障电流小，过流保护元件不动作，元件(MOV)因发热起火，因此必须在位于电涌保护器(SPD)外部的前端，装设后备保护元件。

其作用当电涌保护器(SPD)不能切断工频短路电流时，过电流保护电器动作，把电涌保护器(SPD)从并联线路中断开，使电涌保护器(SPD)不会引起过热而导致火灾、爆炸等事故，同时可保证电源的持续供电。

图1分析了市场上多数SPD产品在MOV失效后，MOV通过故障电流与SPD脱离器、熔断器、微型断路器配合关系，从图中可以看到多数SPD 脱离器与熔断器、微型断路器等过流保护元件间存在一定盲区。