什么是防雷浪涌模块(浪涌保护器),它的使用原理是什么?

 时间:2018-04-08 17:21:41 贡献者:广州莱安智能化系统开发有限公司

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本图片来自乐清市雷霆电气有限公司提供的二级防雷设备 浪涌保护器
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前言: 在电路保护解决方案中, 雷击浪涌防护是电子工程师尤为关注的一个防护重点, 浪涌也 叫突波,顾名思义就是超出正常工作电压的瞬间过电压,浪涌保护器,也叫防雷器,是一种 为各种电子设备、仪器仪表、通讯线路提供安全防护的电子装置。

当电气回路或者通信线路 中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时,浪涌保护器能在极短的时间内导通分流, 从而避免浪涌对回路中其他设备的损害, 本质上讲, 浪涌是发生在仅仅几百万分之一秒时间 内的一种剧烈脉冲。

1 最原始的浪涌防雷保护器羊角形间隙,出现于 19 世纪末期,用于架空输电线路,防止 雷击损坏设备绝缘而造成停电,故称“浪涌保护器”,20 世纪 20 年代,出现了铝浪涌保护 器,氧化膜浪涌保护器和丸式浪涌保护器,30 年代出现了管式浪涌保护器,50 年代出现了 碳化硅防雷器,70 年代又出现了金属氧化物浪涌保护器,现代高压浪涌保护器,不仅用于 限制电力系统中因雷电引起的过电压,也用于限制因系统操作产生的过电压。

1、浪涌防雷保护器按工作原理分: 浪涌保护器中的元件(压敏电阻 MOV,硅雪崩二极管 SAD、空气导管、大放电电容)是 采用损耗自身的方式对冲击电流进行消解(发热,融化), 从而使导入地下的冲击电流在安全范

围之内,不会形成二次反击。

抑制元件的自身寿命会因为反复承受电流冲击而缩短, SineTamer 采用了 40 模块和热、电熔断双保险、热分担算法等,确保了 SineTamer 的使用寿 命。

SineTamer 约消解 90%的过电压和过电流,剩余的 10%则导入地下。

2 SPD 并联于线路(L/N)与大地之间,在正常工作电压情况下,MOV 处于高阻状态,相 当于线路对地开路,不影响线路正常工作,故障显示窗口呈绿色,当线路由于雷电或开关操 作出现瞬时脉冲过电压时,防雷模块在纳秒级时间内迅速导通,将过电压短路到大地泄放, 当该脉冲过电压消失后,防雷模块又自动恢复高阻状态,不影响用户供电。

当防雷模块长期工作在超负荷工作状态, 其性能劣化而发热到一定温度, 模块中的热感 断路器(K1)会自动断开避雷模块回路,保护电源电路工作不受影响,防止火灾发生,当线 路感应过大雷电流时,过流断路器(K2)迅速断开,防止 SPD 爆炸。

K1 或 K2 动作后,SPD 内脱扣装置动作,使故障显示窗口显示红色,提醒用户更换 SPD 模块,同时,脱扣装置带 动遥信告警开关(SK)动作,输出故障告警信号。

3 (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。

(4)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。

2、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。

4 3、根据所选择的浪涌保护器和预期的环境影响,保护系统的电源和设备所需的保护措施被 分为三级。

B 类浪涌保护器:标称放电电流 In,冲击电压 1.2/50 μ s 冲击电压和最大冲击电流 Iimp 的 试验,Iimp 的波形为 10/350 μ sUp 最大 4kv(IEC61643-1;IEC 60664-1)。

C 类浪涌保护器:标称放电电流 In,冲击电压 1.2/50 μ s 冲击电压和最大冲击电流 Iimp 的 试验,Iimp 的波形为 8/25ms。

D 类浪涌保护器:进行混合波合(开路电压 1.2/50 μ s 冲击电压,邓路电流 8/25 μ s)试验。

4、 浪涌保护器的好与否直接关系到设备的全安问题, 因此在选取浪涌保护器以几点可参考: 箝位电压——这表示将导致 MOV 接通地线的电压值。

箝位电压越低,表示保护性能越好。

此 UL 标称值有三个保护水平——330 伏、400 伏和 500 伏。

通常,箝位电压超过 400 伏就 太高了。

能量吸收/耗散能力——此标称值表示浪涌保护器在烧毁前能够吸收多少能量,单位为 焦耳。

其数值越高,保护性能就越好。

您购买的保护器的这一标称值至少要在 200 至 400 焦耳之间。

若要获得更好的保护性能,应该寻找此标称值在 600 焦耳以上的产品。

响应时间——浪涌保护器不会立刻断开; 它们对电涌做出响应会有略微的延迟, 响应时

间越长,表示计算机(或其他设备)将遭受浪涌的持续时间越长。

请购买响应时间低于一毫 微秒的浪涌保护器,此外,您还应该购买具有指示灯的保护器,以便判断保护元件是否在起 作用。

在遭受多次电涌之后,所有 MOV 都将会烧毁,但是保护器仍然会作为一个电源板而 工作。

没有电源指示灯,就无法得知保护器是否仍然在正常工作。

5 5、可能引起浪涌的原因有:重型设备、短路、电源切换或大型发动机,而含有浪涌阻绝装 置的产品可以有效地吸收突发的巨大能量,以保护连接设备免于受损。

6、开关型浪涌保护器和限压型浪涌保护器的区别? 答:开关型浪涌保护器为间隙放电型器件,其雷电能量泻放能力大,在线路上使用的主要作 用是泄放雷电能量;限压型浪涌保护器为氧化锌压敏电阻器件,其雷电能量泻放能力小,但 其过电压抑制能力好,在线路上使用的主要作是限制过电压。

因为此,一般在建筑物入口处 选用如 Asafe 系列的开关型浪涌保护来泄放雷电能量,然后,在后级电路使用如 AM 系列的 限压型浪涌保护器来限制因前级雷电能量泻放后, 在后级线路产生的高过电压。

两种浪涌保 护器需配合使用,方能保证配电线路中设备的安全。

7、与浪涌保护器相配合的微型断路器如何选型? 答:Asafe 开关型模块由于其损坏方式为开路,因此可以不用装微型断路器;第一级模块, 如 AMI-40,需要选用 63A 的分断电流能力为 10KA 的 D 型微型断路器;第二级模块,如 AM2-20,需要选用 32A 的分断电流能力为 6.5KA 的 C、D 型微型断路器,由于其工作曲线 IN 值的不同,因此推荐使用 D 型;第三级模块,如 AM3-10,需要选用 16A 的分断电流能力为 4.5KA 的 C、D 型微型断路器,由其工作曲线 IN 值的不同,因此推荐使用 D 型。

雷电压/电流的特性

1.2/50uS 雷电压脉冲波形(IEC61000-4-5)6 1.2/50uS 雷电压脉冲波形(IEC61000-4-5)7

 
 

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