目 录 说 明 页 码 浪 涌 保 护 装 置 适 用 的 UL 及 IEEE 标 准 汇 总... 4 高 电 阻 接 地 与 Y 形 或 三 角 浪 涌 保 护 装 置... 9 每 相 浪 涌 电 流 ( 工 业 定 义 ) 设 施 范 围 浪 涌 抑 制 揭 穿 有

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1 伊 顿 浪 涌 抑 制 指 南 应 用 笔 记

2 目 录 说 明 页 码 浪 涌 保 护 装 置 适 用 的 UL 及 IEEE 标 准 汇 总... 4 高 电 阻 接 地 与 Y 形 或 三 角 浪 涌 保 护 装 置... 9 每 相 浪 涌 电 流 ( 工 业 定 义 ) 设 施 范 围 浪 涌 抑 制 揭 穿 有 关 浪 涌 电 流 的 谎 言, 为 什 么 不 需 要 过 大 的 浪 涌 电 流 额 定 值 浪 涌 避 雷 器 与 浪 涌 抑 制 器 浪 涌 保 护 装 置 混 合 滤 波 优 势 工 厂 自 动 化 (PLC) 及 其 对 浪 涌 抑 制 的 需 要 带 可 更 换 模 块 的 浪 涌 保 护 装 置 为 什 么 不 建 议 把 硅 雪 崩 二 极 管 用 于 交 流 电 力 线 抑 制 器 浪 涌 保 护 装 置 常 见 问 题 伊 顿 公 司 浪 涌 抑 制 指 南

3 为 什 么 选 择 伊 顿? 伊 顿 公 司 是 全 球 领 先 的 多 元 化 工 业 制 造 商, 能 够 应 对 各 种 电 气 挑 战, 为 您 提 供 先 进 的 电 气 控 制 和 配 电 产 品 工 业 自 动 化 一 流 制 造 以 及 全 球 工 程 服 务 与 支 持 我 们 的 客 户 导 向 型 解 决 方 案 均 源 自 业 界 首 选 产 品 品 牌, 例 如 Cutler- Hammer MEM Holec Powerware 以 及 Innovative Technology 伊 顿 的 浪 涌 保 护 装 置 ( SPD ) 家 族 种 类 繁 多, 适 用 于 各 种 设 施 或 应 用 使 用 我 们 的 Cutler-Hammer Powerware 和 Innovative Technology 品 牌 产 品 可 确 保 以 最 可 靠 最 安 全 最 具 成 本 效 益 的 方 式 提 供 所 需 的 电 源 质 量, 从 而 在 现 如 今 竞 争 激 烈 的 环 境 中 最 大 化 生 产 力 伊 顿 开 发 的 特 定 浪 涌 保 护 解 决 方 案 适 合 商 业 工 业 机 构 电 信 军 事 医 疗 以 及 住 宅 等 应 用, 其 业 务 范 围 不 单 覆 盖 北 美, 而 且 遍 及 全 球 Cutler-Hammer 伊 顿 的 Cutler-Hammer SPD 完 全 集 成 至 新 的 开 关 柜 和 配 电 板 中, 可 实 现 最 紧 密 的 电 气 连 接 为 使 电 气 设 备 和 抑 制 器 之 间 的 接 线 ( 引 线 长 度 ) 尽 可 能 短, 在 安 装 浪 涌 抑 制 器 时, 须 将 其 安 装 在 尽 可 能 靠 近 电 气 设 备 的 地 方 为 此, 伊 顿 率 先 引 入 直 接 母 线 连 接 SPD, 与 传 统 电 缆 连 接 浪 涌 保 护 器 相 比, 这 种 方 式 可 为 客 户 提 供 最 低 的 系 统 允 通 电 压 通 过 直 接 母 线 连 接,Cutler- Hammer SPD 可 获 得 业 界 最 低 的 允 通 电 压, 从 而 可 有 效 抑 制 高 低 能 量 瞬 变 事 件, 并 为 所 有 已 连 接 的 电 子 负 载 提 供 保 护 此 设 计 具 有 出 色 的 浪 涌 抑 制 额 定 值, 并 且 消 除 了 因 电 缆 连 接 不 良 和 引 线 过 长 导 致 的 性 能 不 佳 集 成 式 瞬 变 电 压 浪 涌 抑 制 器 (TVSS) 是 在 新 建 工 程 应 用 中 进 行 浪 涌 抑 制 的 最 佳 选 择 除 众 多 集 成 式 SPD 外,Cutler- Hammer SPD 的 产 品 系 列 还 有 各 种 不 同 的 浪 涌 电 流 额 定 值 监 控 功 能 以 及 外 壳 可 供 选 择 Cutler-Hammer 浪 涌 抑 制 器 可 从 经 过 授 权 的 Cutler-Hammer 电 气 产 品 批 发 商 处 购 买 有 关 伊 顿 Cutler-Hammer 浪 涌 抑 制 器 产 品 的 信 息, 请 访 问 Powerware 雷 电 和 其 他 产 生 瞬 变 电 压 或 电 流 的 现 象 对 大 多 数 UPS 设 备 和 连 接 至 UPS 的 电 气 负 载 设 备 有 害 例 如, 瞬 变 可 能 会 激 活 UPS 附 近 未 受 保 护 的 静 态 开 关 旁 路, 从 而 达 到 临 界 负 载 因 此, 建 议 按 照 IEEE 标 准 C 的 规 定, 为 流 经 UPS 的 输 入 电 路 以 及 相 关 UPS 旁 路 电 路 ( 包 括 手 动 维 护 旁 路 电 路 ) 配 备 有 效 的 B 类 浪 涌 保 护 装 置 此 类 保 护 应 使 用 低 感 应 系 数 连 接 1 伊 顿 Powerware 浪 涌 保 护 装 置 可 完 全 集 成 至 配 电 单 元 (PDU) 中, 旨 在 满 足 使 用 Powerware 不 间 断 电 源 系 统 (UPS) 的 相 同 关 键 任 务 应 用 及 设 施 的 苛 刻 要 求 Powerware 浪 涌 保 护 装 置 有 各 种 不 同 的 浪 涌 电 流 额 定 值 监 控 功 能 和 外 壳 可 供 选 择 1 来 源 :IEEE RDP 标 准 有 关 伊 顿 Powerware SPD 产 品 系 列 的 信 息, 请 访 问 w w w.powerware.com/tvss Innovative Technology Innovative Technology 产 品 自 1980 年 起 就 帮 助 商 业 工 业 政 府 和 国 防 部 门 解 决 了 最 困 难 的 电 气 瞬 变 问 题 Innovative Technology 产 品 及 技 术 可 保 护 电 气 数 据 通 信 电 路 和 电 子 设 备 免 受 雷 电 感 应 电 压 外 部 开 关 瞬 变 以 及 内 部 产 生 电 瞬 变 的 影 响 Innovative Technology SPD 产 品 自 2003 年 起 成 为 伊 顿 电 气 业 务 的 一 部 分, 致 力 于 提 供 最 先 进 的 客 户 解 决 方 案 Innovative Technology 产 品 是 市 场 上 最 坚 固 最 耐 用 的 SPD 基 于 经 过 反 复 验 证 的 现 场 性 能,Innovative Technology 率 先 提 供 了 20 年 的 完 全 更 换 保 修 期 限 Innovative Technology 已 被 世 界 各 地 的 电 气 工 程 师 公 认 为 SPD 行 业 的 领 导 者 一 家 领 先 的 研 究 公 司 在 对 10,000 名 用 户 进 行 调 研 后, 将 Innovative Technology 的 产 品 质 量 和 服 务 评 为 第 一 Innovative Technology SPD 产 品 还 有 各 种 不 同 的 电 压 ( 电 压 最 高 可 达 5 KV) 浪 涌 电 流 额 定 值 监 控 功 能 以 及 外 壳 可 供 选 择 有 关 伊 顿 Innovative Technology 产 品 的 信 息, 请 访 问 伊 顿 公 司 浪 涌 抑 制 指 南 3

4 浪 涌 保 护 装 置 适 用 的 UL 及 IEEE 标 准 汇 总 表 1. 标 准 说 明 标 准 ( 当 前 修 订 日 期 ) 标 准 / 注 释 的 目 的 UL 1449 (1987) 瞬 变 电 压 浪 涌 抑 制 器 (TVSS) 1. 安 全 测 试 ( 以 安 全 方 式 构 建 经 过 批 准 的 元 件 ) 2. 抑 制 电 压 额 定 值 ( 使 用 IEEE C62.41 C1 测 试 波 形 的 允 通 电 压 ) UL 未 对 其 他 诸 如 C3 和 B3 环 形 波 等 IEEE 建 议 的 波 形 进 行 测 试 1 UL 1449(1996 年 第 2 版 ) 1. 附 加 安 全 测 试 对 用 于 提 高 产 品 安 全 性 的 其 他 标 准 进 行 测 试 2. 浪 涌 测 试 测 试 允 通 电 压 时 采 用 的 电 流 比 第 1 版 低 10 ka(ieee C3 类 ) 用 于 第 一 次 测 试 ; 只 用 于 检 查 产 品 发 生 故 障 时 是 否 安 全 UL 1449(2007 年 第 2 版 ) 1. 更 严 格 的 安 全 要 求 将 TVSS 单 元 置 于 持 续 时 间 长 的 交 流 过 电 压 状 况 下 进 行 的 新 测 试, 旨 在 确 保 故 障 模 式 的 安 全 性 2. UL 标 签 更 改 为 词 语 短 路 电 流 额 定 值 3. 在 以 及 1000A 下 进 行 测 试, 并 增 加 系 统 电 压, 旨 在 确 保 单 元 以 安 全 的 方 式 发 生 故 障 UL 1449(2009 年 第 3 版 ) 1. TVSS 在 今 后 被 归 类 为 SPD( 浪 涌 保 护 装 置 ) 2. UL 1449 现 为 ANSI/UL 增 加 4 类 SPD, 覆 盖 浪 涌 避 雷 器 TVSS 浪 涌 断 路 器 以 及 组 合 型 SPD UL 1283 (1996) 电 磁 干 扰 滤 波 器 UL 497, 497A, 497B IEEE C (2002) 此 安 全 标 准 与 连 接 至 600V 以 下 电 路 的 电 磁 干 扰 滤 波 器 有 关 UL 1283 安 全 标 准 不 涉 及 诸 如 MIL-STD- 220A 插 入 损 耗 测 试 或 B3 类 环 形 波 允 通 电 压 测 试 等 性 能 测 试 适 用 于 在 通 信 / 数 据 线 路 上 使 用 的 主 要 电 话 线 保 护 装 置 隔 离 信 号 环 路 以 及 浪 涌 保 护 装 置 的 安 全 标 准 未 对 数 据 / 通 信 线 路 进 行 性 能 测 试 低 压 交 流 电 源 电 路 浪 涌 环 境 IEEE 指 南 此 指 南 对 低 压 ( 有 效 值 最 高 为 1000V) 交 流 电 源 电 路 下 的 浪 涌 电 压 浪 涌 电 流 以 及 暂 时 过 电 压 (TOV) 环 境 进 行 了 说 明 IEEE C (2002) 鉴 定 低 压 交 流 电 源 电 路 浪 涌 的 IEEE 建 议 做 法 此 文 件 详 细 说 明 了 SPD 的 测 试 波 形 IEEE C62.45 (2002) 低 压 环 境 浪 涌 测 试 指 南 (ANSI) 此 文 件 描 述 了 SPD 的 测 试 方 法 学 IEEE 绿 皮 书 电 子 负 载 运 行 参 考 手 册 ( 包 括 接 地 供 电 要 求 和 其 他 ) NEMAT LS-1 NEMA 技 术 委 员 会 浪 涌 保 护 装 置 规 格 指 南 ( 含 物 理 和 工 作 参 数 ) NECT 国 家 电 气 规 范 第 和 800 条 NFPAT 780 在 设 施 进 线 口 使 用 浪 涌 保 护 装 置 的 雷 电 防 护 规 范 建 议 1UL 1449 不 要 求 进 行 最 大 浪 涌 电 流 测 试 美 国 保 险 商 实 验 室 UL 1449 ( 版 次 ) UL 1449 标 准 适 用 于 安 装 在 交 流 电 气 服 务 负 载 侧 以 及 整 个 交 流 配 电 系 统 设 施 内 的 所 有 设 备 这 包 括 硬 接 线 和 插 入 式 产 品 为 获 得 UL 认 证, 抑 制 器 必 须 符 合 所 要 求 的 安 全 标 准, 并 且 通 过 负 载 循 环 测 试 此 外,UL 还 负 责 对 抑 制 器 进 行 允 通 电 压 测 试 和 指 定 抑 制 电 压 额 定 值 (SVR) UL 1449 额 定 值 代 表 部 件 的 额 定 值, 而 非 配 电 系 统 的 实 际 允 通 电 压 ( 也 就 是 说 UL 1449 不 包 括 安 装 引 线 长 度 和 过 电 流 保 护 的 影 响 ) 负 载 循 环 测 试 基 于 26 次 发 射 耐 受 测 试 UL 测 试 采 用 的 波 形 与 IEEE 中 建 议 的 波 形 类 似 要 通 过 UL 1449 认 证,TVSS 单 元 必 须 经 受 负 载 循 环 测 试, 且 不 能 从 初 始 允 通 电 压 值 下 降 10% 以 上 所 有 通 过 UL 认 证 的 TVSS 设 备 都 会 显 示 各 适 用 保 护 模 式 下 的 SVR 额 定 值 假 如 此 额 定 值 未 在 TVSS 上 标 出, 则 可 以 认 为 此 装 置 未 通 过 UL 1449 认 证 备 注 UL 1449 第 2 版 未 采 用 诸 如 IEEE C3 类 进 线 口 浪 涌 (20 kv,10 ka) 或 B3 环 形 波 (6 kv,100 khz) 等 重 要 测 试 波 形 对 抑 制 器 进 行 测 试, 其 中 B3 环 形 波 是 设 施 内 部 瞬 变 最 常 见 的 类 型 UL 未 对 TVSS 装 置 是 否 达 到 制 造 商 公 布 的 浪 涌 电 流 额 定 值 进 行 验 证 NEMA LS-1 提 供 了 产 品 规 格 指 定 的 指 导 方 针 插 入 式 产 品 的 测 试 方 法 有 所 差 异, 而 且 不 能 与 硬 接 线 装 置 进 行 对 比 4 伊 顿 公 司 浪 涌 抑 制 指 南

5 UL 1449(1996 年 和 2007 年 实 测 限 制 电 压 测 试 用 于 指 定 每 个 TVSS 的 抑 制 电 压 额 定 值 (SVR), 此 额 定 值 在 所 有 经 过 UL 认 证 的 单 元 上 均 有 显 示 此 额 定 值 采 用 三 种 6000V 500A 组 合 波 脉 冲 (IEEE C1 类 测 试 波 ) 下 允 通 电 压 的 平 均 值, 并 四 舍 五 入 为 UL 中 下 一 最 高 标 准 SVR 等 级 此 标 准 SVR 等 级 为 以 及 6000V 例 如, 将 401V 平 均 允 通 电 压 四 舍 五 入 为 500V SVR 测 试 采 用 的 引 线 长 度 (TVSS 至 测 试 设 备 连 接 点 之 间 的 接 线 长 度 ) 为 六 英 寸 引 线 长 度 对 允 通 电 压 有 显 著 影 响 因 此, 为 使 测 试 标 准 化, 引 线 长 度 通 常 为 六 英 寸 各 个 TVSS 之 间 的 SVR 值 可 以 进 行 对 比, 但 并 不 代 表 可 以 预 测 出 现 场 安 装 允 通 电 压, 这 是 因 为 每 次 安 装 的 实 际 引 线 长 度 会 有 所 不 同 除 成 功 通 过 所 有 适 用 测 试 外, 所 有 UL 认 证 TVSS 单 元 的 标 示 还 必 须 适 当 且 清 楚 这 些 标 示 包 括 制 造 商 的 名 称 独 有 目 录 号 电 气 额 定 值 短 路 电 流 额 定 值 (SCCR) SVR 以 及 制 造 日 期 和 制 造 周 期 所 有 TVSS 还 必 须 标 上 瞬 变 电 压 浪 涌 抑 制 器 或 TVSS 的 字 样, 并 且 能 够 在 之 后 另 外 加 上 ( 浪 涌 保 护 装 置 ) 或 (SPD) 的 字 样 UL 1449(2009 年 第 3 版 ) UL 1449 第 3 版 现 变 更 为 ANSI/UL 1449 此 名 称 变 更 使 此 标 准 在 北 美 获 得 认 可, 并 且 更 接 近 IEC 标 准 通 过 成 为 国 家 标 准 并 建 立 投 票 委 员 会, 此 标 准 还 确 保 了 与 北 美 自 由 贸 易 协 定 (NAFTA) 的 一 致 性 此 次 修 订 将 TVSS 装 置 的 名 称 从 TVSS 更 改 为 2 类 浪 涌 保 护 装 置 (SPD) SPD 被 用 作 总 称, 包 括 所 有 类 型 的 浪 涌 保 护 产 品 SPD 的 类 型 将 根 据 电 气 系 统 内 的 安 装 位 置 确 定 示 例 如 下 : 浪 涌 避 雷 器 (1 类 SPD) 线 缆 连 接 TVSS(3 类 SPD) 和 一 种 全 新 的 分 类 : 组 合 型 SPD(4 类 SPD) 最 后 的 命 名 修 改 就 是 将 SVR( 抑 制 电 压 额 定 值 ) 更 改 为 VPL( 电 压 保 护 水 平 ) 新 的 VPL 额 定 值 须 显 示 在 每 个 SPD 单 元 的 UL 标 签 上 第 2 版 ) 与 瞬 变 电 压 浪 涌 抑 制 器 安 全 相 关 的 美 国 保 险 商 实 验 室 标 准 (UL 1449) 是 适 用 于 瞬 变 电 压 浪 涌 抑 制 器 (TVSS) 的 主 要 安 全 标 准 此 标 准 涵 盖 所 有 在 50 或 60 HZ 600V 和 600V 以 下 电 压 工 作 的 TVSS 产 品 UL 1449 安 全 标 准 于 1985 年 8 月 第 一 次 发 布 随 着 TVSS 产 品 在 市 场 上 逐 渐 演 变, 此 标 准 也 会 相 应 更 新, 以 便 继 续 确 保 规 格 种 类 越 来 越 多 性 能 越 来 越 高 的 新 型 TVSS 产 品 的 安 全 UL 1449 第 2 版 于 1996 年 发 布 UL 1449 第 2 版 TVSS 标 准 于 2005 年 2 月 修 改, 并 自 2007 年 2 月 9 日 起 开 始 要 求 遵 循 所 有 在 2007 年 2 月 9 日 之 后 制 造 的 TVSS 产 品 必 须 符 合 2 月 份 对 此 标 准 进 行 的 修 改 UL 1449 第 3 版 于 2006 年 9 月 发 布, 自 2009 年 10 月 起 开 始 要 求 遵 守 此 版 本 与 UL 1449 第 2 版 的 最 新 修 订 有 关, 第 2 版 于 2009 年 10 月 失 效 为 取 得 UL 认 证, 抑 制 器 必 须 通 过 一 系 列 旨 在 确 保 其 在 使 用 寿 命 之 内 不 会 产 生 电 击 或 火 灾 危 害 的 测 试 每 个 TVSS 产 品 均 须 经 过 以 下 电 气 和 机 械 测 试 : 泄 漏 电 流 温 度 接 地 连 续 性 外 壳 碰 撞 安 装 适 当 性 以 及 许 多 其 他 测 试 测 试 可 评 估 TVSS 的 不 同 功 能 或 可 能 的 故 障 模 式 为 取 得 UL 认 证,TVSS 单 元 必 须 通 过 所 有 测 试 对 TVSS 进 行 的 测 试 中 两 种 最 重 要 的 测 试 为 实 测 限 制 电 压 测 试 和 一 系 列 异 常 过 电 压 测 试 第 二 种 重 要 测 试 就 是 异 常 过 电 压 测 试 此 类 测 试 的 目 的 是 确 保 即 使 在 单 元 使 用 不 当 或 遭 受 持 续 性 过 电 压 时,TVSS 也 不 会 产 生 电 击 或 火 灾 危 害 TVSS 可 防 止 能 量 高 持 续 时 间 短 ( 一 般 为 两 毫 秒 或 更 短 ) 的 瞬 变 电 压 损 害 电 气 装 置 TVSS 无 法 承 受 持 续 时 间 长 的 过 电 压 异 常 过 电 压 测 试 过 程 中,TVSS 单 元 承 受 的 电 压 比 其 正 常 工 作 电 压 要 高 得 多, 几 乎 是 设 计 电 压 的 两 倍 过 电 压 测 试 采 用 的 电 流 限 于 以 下 电 流 级 : 和 1000A TVSS 的 每 种 模 式 均 须 进 行 异 常 过 电 压 测 试 每 种 模 式 的 测 试 持 续 时 间 最 长 可 达 七 小 时 在 这 段 时 间 内,TVSS 不 能 产 生 电 击 或 火 灾 危 害 验 证 特 定 TVSS 单 元 是 否 通 过 UL 认 证 最 好 的 方 式 就 是 在 UL 网 站 上 进 行 搜 索 TVSS 的 认 证 类 别 为 UL 类 别 代 码 XUHT 还 有 一 种 验 证 供 应 商 是 否 通 过 UL 认 证 的 方 式 就 是 致 电 UL 服 务 热 线 通 过 UL 认 证 的 产 品 能 够 令 用 户 确 信 他 们 的 TVSS 单 元 在 使 用 期 间 不 会 产 生 电 击 或 火 灾 危 害 UL 1283 电 磁 干 扰 滤 波 器 浪 涌 抑 制 器 必 须 按 照 UL 1449 标 准 进 行 认 证 ( 或 认 可 ) 那 些 使 用 EMI 滤 波 器 的 装 置 也 可 按 照 UL 1283 标 准 进 行 认 证, 以 确 保 滤 波 器 元 件 设 计 恰 当, 能 够 承 受 住 所 要 求 的 负 载 周 期 和 压 力 UL 1283 适 用 于 安 装 在 或 连 接 至 600V 以 下 电 路 的 EMI 滤 波 器 这 些 滤 波 器 由 单 独 使 用 或 相 互 结 合 使 用 的 电 容 器 和 电 感 器 组 成 此 要 求 与 设 施 滤 波 器 硬 接 线 和 插 入 式 装 置 相 关 UL 1283 检 验 了 以 下 内 容 : 所 有 内 部 元 件 和 外 壳 隔 离 材 料 可 燃 性 特 征 布 线 和 间 隔 泄 漏 电 流 温 度 额 定 值 电 介 质 耐 压 和 过 载 特 征 UL 1283 不 包 括 MIL-STD-220A 插 入 损 耗 测 试, 该 测 试 用 于 确 定 理 想 频 率 ( 硬 接 线 交 流 电 源 系 统 为 100 KHz) 下 滤 波 器 的 db 额 定 值 ; 也 不 包 括 使 用 IEEE B3 类 环 形 波 的 允 通 电 压 测 试 经 修 订 的 标 准 还 包 含 一 些 测 试 修 改, 例 如 额 定 放 电 电 流 测 试 在 6 KV/3 KA 条 件 下 确 定 电 压 保 护 水 平 和 实 测 限 制 电 压 的 测 试 伊 顿 公 司 浪 涌 抑 制 指 南 5

6 数 据 / 通 信 线 路 保 护 器 (UL A 497B) UL 497 安 全 标 准 适 用 于 单 对 或 多 对 电 话 线 路 主 要 保 护 器 电 话 运 营 商 提 供 的 每 条 电 话 线 路 都 必 须 具 备 经 过 UL 批 准 且 符 合 国 家 电 气 规 范 (NEC) 第 800 条 规 定 的 T1 保 护 器 ( 气 管 或 碳 质 避 雷 器 ) 主 要 保 护 器 必 须 保 护 设 备 和 人 员 免 受 因 雷 电 接 触 电 源 导 线 和 地 电 位 升 高 造 成 的 电 话 线 路 电 位 或 电 流 过 高 的 损 害 UL 497A 适 用 于 通 信 电 路 次 级 保 护 器 次 级 保 护 器 用 在 与 地 面 间 的 工 作 电 压 有 效 值 小 于 150V 的 电 信 网 络 的 受 保 护 侧 ( 假 设 主 要 保 护 器 已 就 位 ) 这 些 保 护 器 一 般 用 于 设 施 的 进 线 口 或 其 他 需 要 进 行 通 信 电 路 保 护 的 区 域 UL 497B 适 用 于 数 据 通 信 和 火 警 信 号 电 路 保 护 器 ( 通 信 警 报 触 发 或 警 报 指 示 环 路 ) 这 包 括 电 气 行 业 大 部 分 数 据 线 路 保 护 器 10, ANSI/IEEE C62.41 (2002) 低 电 压 交 流 电 源 电 路 浪 涌 电 压 建 议 做 法 (ANSI) 本 文 件 描 述 了 设 施 内 部 的 典 型 浪 涌 环 境 电 力 线 浪 涌 阻 抗 以 及 接 线 总 长 其 他 参 数 包 括 邻 近 程 度 电 气 负 载 类 型 布 线 质 量 以 及 地 理 位 置 本 文 件 只 描 述 了 典 型 浪 涌 环 境, 并 未 对 性 能 测 试 进 行 详 细 说 明 本 文 件 涉 及 的 波 形 为 标 准 化 波 形, 可 用 于 测 试 保 护 设 备 制 造 商 宣 称 其 保 护 器 满 足 IEEE C62.41 要 求 或 经 过 IEEE C62.41 认 证 的 陈 述 均 为 不 适 当 或 误 导 性 陈 述 挑 选 出 来 的 两 种 电 压 / 电 流 波 形 ( 如 图 1 和 图 2 所 示 ) 被 认 为 是 典 型 电 气 环 境 的 代 表 1. 组 合 波 : 一 种 经 常 出 现 在 设 施 外 部 的 单 极 脉 冲 ( 例 如 雷 击 ) khz 环 形 波 : 一 种 经 常 出 现 在 设 施 内 部 的 振 荡 波 形 图 2. 环 形 波 标 准 波 形 的 振 幅 和 有 效 能 取 决 C 类 浪 涌 可 从 进 线 口 进 入 建 筑 于 设 施 内 部 的 位 置 物 SPD 规 格 必 须 合 理 设 定, 以 如 图 3 所 示, 位 置 被 分 类 为 三 种 : 便 在 将 其 安 装 至 开 关 柜 或 进 线 口 配 电 盘 时 能 够 承 受 住 此 类 浪 A 类 : 输 出 电 路 和 长 分 支 电 路 涌 第 二 个 变 量 用 于 将 受 到 电 所 有 输 出 电 路 在 远 离 B 类 10 力 干 扰 的 环 境 进 行 分 类 如 图 4 米 (30 英 尺 ) 的 位 置 所 示,IEEE 定 义 了 暴 露 水 平, 主 要 以 未 受 保 护 地 点 浪 涌 发 生 的 所 有 输 出 电 路 在 远 离 C 类 20 比 率 和 电 压 水 平 为 特 征 三 种 米 (60 英 尺 ) 的 位 置 暴 露 类 别 包 括 : B 类 : 馈 线 和 短 分 支 电 路 低 暴 露 : 雷 电 概 率 低 和 负 载 转 配 电 板 装 置 换 少 的 应 用 总 线 和 馈 线 分 配 中 等 暴 露 : 雷 电 概 率 中 等 或 偏 高, 或 者 具 有 重 大 瞬 变 的 系 统 与 进 线 口 具 有 短 连 接 的 重 和 地 理 区 域 型 电 器 插 座 大 型 建 筑 物 照 明 系 统 高 暴 露 : 浪 涌 暴 露 水 平 比 定 义 为 低 或 中 等 水 平 要 高 得 多 的 C 类 : 外 部 及 进 线 口 少 部 分 装 置 从 电 线 杆 到 建 筑 物 的 架 空 进 户 线 仪 表 和 配 电 板 之 间 的 路 程 与 独 立 建 筑 物 的 架 空 线 路 与 井 泵 的 地 下 线 路 图 1. 组 合 波 6 伊 顿 公 司 浪 涌 抑 制 指 南

7 A 类 长 分 支 电 路 室 内 插 座 B 类 主 要 馈 线 长 分 支 电 路 室 内 维 修 面 板 C 类 室 外 架 空 线 路 进 线 口 图 3. IEEE C62.41 位 置 分 类 等 雷 雨 地 图 为 评 估 区 域 内 的 雷 电 发 生 概 率 提 供 了 良 好 的 基 线 与 当 地 公 用 事 业 部 门 或 其 他 主 要 电 力 用 户 进 行 讨 论 并 结 合 电 源 质 量 调 查 对 测 量 负 载 转 换 和 功 率 因 素 修 正 电 容 器 处 的 浪 涌 发 生 率 非 常 有 用 对 于 每 个 类 别 和 暴 露 水 平,IEEE 已 经 对 在 确 定 性 能 要 求 时 规 格 阐 释 者 必 须 采 用 的 测 试 波 形 进 行 了 详 细 说 明 例 如, 安 装 在 仪 表 后 面 的 主 配 电 盘 处 的 SPD 大 部 分 处 于 C 类 环 境 下 表 2 详 细 说 明 了 适 用 于 A 类 B 类 C 类 的 C62.41 测 试 波 形 在 C62.41 (2002) 文 件 中, 已 经 针 对 大 量 开 关 电 容 或 长 电 缆 末 端 熔 断 器 的 运 行 确 认 了 一 些 特 殊 波 形 由 于 这 些 情 况 的 存 在, 不 得 不 考 虑 某 些 附 加 波 形, 因 为 其 能 量 比 A B 和 C 类 环 境 下 的 能 量 要 高 得 多 很 多 规 格 阐 释 者 对 C62.41 包 含 的 建 议 感 到 困 惑 此 文 件 经 常 被 误 用, 因 为 环 境 类 别 和 测 试 波 形 被 用 作 性 能 指 标 ( 例 如 C62.41) C62.41 建 议 应 被 用 于 选 择 符 合 给 定 设 计 师 或 最 终 用 户 需 要 的 规 格 kv kv 图 4. 组 合 波 EATON CORPORATION Eaton s guide 伊 顿 公 to to 司 surge 浪 涌 抑 suppression 制 指 南 7 7

8 IEEE C62.45 (2002) 连 接 至 低 压 交 流 电 源 电 路 设 备 的 浪 涌 测 试 指 南 该 文 件 为 浪 涌 测 试 提 供 了 指 导 方 针, 包 含 以 下 内 容 : 设 备 耐 久 性 测 试 连 接 方 法 浪 涌 耦 合 方 式 定 义 测 试 安 全 要 求 以 及 有 关 浪 涌 抑 制 技 术 的 各 种 理 论 文 件 旨 在 提 供 背 景 资 料, 帮 助 确 定 特 定 设 备 或 电 路 是 否 具 有 足 够 耐 受 能 力 该 文 件 的 一 个 重 要 目 的 就 是 呼 吁 人 们 关 注 浪 涌 测 试 的 安 全 问 题 不 涉 及 信 号 和 数 据 线 路 IEEE 1100 标 准 (2005) 绿 皮 书 敏 感 电 子 设 备 供 电 和 接 地 建 议 做 法 该 此 刊 物 介 绍 了 敏 感 电 子 设 备 供 电 和 接 地 的 建 议 工 程 原 则 和 做 法 此 标 准 是 设 施 范 围 电 源 质 量 解 决 方 案 的 推 荐 参 考 书 籍 此 刊 物 旨 在 对 用 于 商 业 及 工 业 应 用 中 的 敏 感 电 子 处 理 设 备 的 供 电 和 接 地 提 供 设 计 安 装 和 维 护 做 法 建 议 以 下 章 节 适 用 于 浪 涌 保 护 装 置 : 第 3 章 ( 特 别 是 和 3.4.3) 第 4 章 ( 特 别 是 4.2 和 4.4) 第 8 章 ( 特 别 是 7.2) 第 9 章 ( 特 别 是 8.6) 表 2. IEEE C62.41 适 用 于 各 种 暴 露 位 置 的 电 流 / 电 压 波 形 类 别 水 平 电 压 (KV) A1 低 2 A2 中 等 3 A3 高 6 B1 低 2 B2 中 等 4 B3 高 6 C1 低 6 C2 中 等 10 C3 高 μ S X 100 KHZ 环 形 波 电 流 (A) X 5μ S (V) 8 X 20μ S (A) 组 合 波 电 流 (KA) NEMA LS-1 此 文 件 是 低 压 交 流 电 源 ( 小 于 1000V) 中 浪 涌 保 护 装 置 的 规 格 指 南 此 文 件 确 定 了 产 品 规 格 中 的 主 要 参 数 和 评 估 程 序 NEMA 使 用 已 制 定 的 IEEE 和 UL 指 南 作 为 参 考 LS-1 文 件 包 含 以 下 参 数 : 最 大 连 续 工 作 电 压 (MCOV) 保 护 模 式 各 模 式 下 的 最 大 浪 涌 电 流 箝 位 电 压 (A3 B3 环 形 波 B3/C1 脉 冲 C3 脉 冲 ) EMI 噪 声 抑 制 ( 插 入 损 耗 ) 安 全 性 UL 认 证 ( 包 含 UL 1449 UL 1283) 应 用 环 境 NEMA LS-1( 及 其 他 组 织 机 构 ) 不 建 议 把 焦 耳 额 定 值 或 响 应 时 间 作 为 SPD 的 性 能 指 标 国 家 电 气 规 范 ( 美 国 ):NEC 第 和 800 条 浪 涌 避 雷 器 此 规 范 的 相 关 章 有 明 确 声 明, 符 合 本 规 范 并 不 能 保 证 产 品 具 有 优 秀 的 性 能 此 事 实 经 常 被 从 低 价 角 度 考 虑 电 气 设 计 的 最 终 用 户 / 客 户 所 忽 视 第 280 条 包 含 与 安 装 在 场 地 布 线 系 统 上 的 浪 涌 避 雷 器 有 关 的 一 般 要 求 安 装 要 求 以 及 连 接 要 求 第 285 条 包 含 与 安 装 在 场 地 布 线 系 统 上 的 瞬 变 电 压 浪 涌 抑 制 器 有 关 的 一 般 要 求 安 装 要 求 以 及 连 接 要 求 第 645 条 与 电 子 计 算 机 / 数 据 处 理 设 备 有 关, 并 参 考 了 关 于 电 子 计 算 机 / 数 据 处 理 设 备 的 美 国 国 家 防 火 协 会 (NFPA) 标 准 第 800 条 回 顾 了 保 护 要 求 (800-31) 次 级 保 护 器 要 求 (800-32) 以 及 通 信 电 路 的 电 缆 和 保 护 器 接 地 (800-40) 美 国 国 家 防 火 协 会 (NFPA) 780 防 雷 规 范 NFPA 780 是 有 关 防 雷 系 统 的 规 范, 规 定 了 有 关 普 通 建 筑 混 合 建 筑 特 殊 用 地 工 业 环 境 等 应 用 的 防 护 要 求 以 下 段 落 与 浪 涌 保 护 相 关 :3-21 浪 涌 保 护 适 合 保 护 建 筑 物 的 装 置 应 安 装 在 电 子 和 电 话 进 线 口 广 播 和 电 视 天 线 引 线 处 1 注 : 建 筑 物 内 的 电 气 系 统 和 用 电 设 备 可 能 需 要 进 一 步 的 浪 涌 抑 制 1 应 规 定 强 制 性 要 求 8 伊 顿 公 司 浪 涌 抑 制 指 南

9 高 电 阻 接 地 与 Y 形 或 三 角 浪 涌 保 护 装 置 由 于 如 今 的 电 气 系 统 具 有 许 多 不 同 的 接 地 系 统 和 各 种 各 样 的 A B 在 如 今 的 制 造 设 施 中, 接 地 故 障 可 能 对 生 产 及 工 艺 设 备 造 成 严 重 破 坏 这 些 制 造 设 施 可 能 电 压, 因 此 确 定 应 指 定 哪 种 SPD 电 压 配 置 令 人 困 惑 指 定 SPD 规 格 时 可 遵 循 以 下 指 导 方 针 : 具 有 高 电 阻 接 地 (HRG) 系 统 如 果 中 性 点 与 SPD 相 连, 或 在 高 电 阻 接 地 系 统 中, 电 阻 位 于 次 级 变 压 器 的 中 性 点 和 地 之 者 中 性 点 与 地 直 接 且 稳 定 相 连, 则 只 使 用 Y 形 ( 三 相 四 线 R 间, 发 生 接 地 故 障 时, 该 电 阻 可 式 ) 配 置 的 SPD 有 效 地 将 故 障 电 流 限 制 在 较 低 的 电 流 值 电 流 通 常 被 限 制 在 10A 或 10A 以 下 因 此, 即 使 发 生 接 地 故 障, 系 统 仍 将 正 常 工 作 图 5 描 述 了 一 个 具 有 电 阻 接 地 方 案 的 系 统 具 有 中 性 接 地 电 阻 (NGR) 的 三 相 四 线 式 Y 形 系 统 需 要 进 行 浪 涌 抑 制 时, 必 须 指 定 并 使 用 三 相 三 线 式 三 角 SPD 在 Y 形 系 统 中, 中 性 点 和 地 面 都 对 于 任 何 类 型 的 阻 抗 ( 电 阻 式 电 感 式 ) 接 地 系 统, 使 用 三 角 ( 三 相 三 线 式 ) 配 置 的 SPD 对 于 中 性 线 不 是 连 接 至 SPD 位 置 的 直 接 接 地 型 Y 形 系 统, 使 用 三 角 ( 三 相 三 线 式 ) 配 置 的 SPD 如 果 不 知 道 是 否 存 在 中 性 线, 使 用 三 角 ( 三 相 三 线 式 ) 配 置 的 SPD 图 5. 电 阻 接 地 方 案 A C B 位 于 中 心, 如 图 6 所 示 如 果 中 性 点 与 地 相 连, 发 生 故 障 时 系 统 将 保 持 稳 定 如 果 中 性 点 未 与 地 相 连, 发 生 故 障 时 地 电 位 将 移 向 出 现 故 障 的 相 位 图 7 显 示 C 相 位 发 生 故 障 其 结 C 图 6. Y 形 系 统 果 是 A 相 位 与 地 和 B 相 位 与 地 之 间 为 线 电 压, 而 非 相 电 压 假 A 如 三 相 四 线 式 Y 形 SPD 安 装 在 中 性 点 未 与 地 相 连 的 应 用, 某 一 B 相 发 生 故 障 将 导 致 SPD 故 障 C 图 7. C 相 故 障 状 况 伊 顿 公 司 浪 涌 抑 制 指 南 9 9

10 每 相 浪 涌 电 流 ( 工 业 定 义 ) 工 程 师 / 规 格 阐 释 者 一 般 将 TVSS 装 置 安 装 在 进 线 口 和 主 要 支 线 配 电 板 上, 以 保 护 计 算 机 或 工 业 控 制 装 置 等 敏 感 微 处 理 器 负 载 免 受 破 坏 性 浪 涌 和 噪 声 的 损 害 这 些 装 置 有 各 种 不 同 规 格 可 供 选 择, 能 够 满 足 不 同 的 应 用 要 求 位 于 设 施 进 线 口 的 抑 制 器 处 理 的 能 量 涌 动 必 须 比 安 装 在 支 线 配 电 板 处 的 抑 制 器 要 高 TVSS 装 置 根 据 在 每 相 上 测 得 的 单 元 最 大 浪 涌 电 流 进 行 分 类 每 相 浪 涌 电 流 ( 表 示 为 ka/ 相 ) 是 能 够 进 行 无 故 障 分 流 ( 通 过 装 置 的 所 有 相 位 ) 的 浪 涌 电 流 的 最 大 值, 基 于 IEEE 标 准 8 x 20 微 秒 测 试 波 形 按 照 NEMA LS-1,TVSS 制 造 商 须 公 布 每 种 模 式 下 的 浪 涌 保 护 水 平 三 角 系 统 能 够 以 两 种 模 式 使 用 抑 制 组 件 (L-L 或 L-G) 对 于 Y 形 系 统, 分 流 组 件 的 连 接 模 式 为 L-G L-N 和 / 或 N-G 如 何 计 算 每 相 浪 涌 电 流 每 相 额 定 值 是 连 接 至 给 定 相 导 体 的 总 浪 涌 电 流 容 量 例 如 在 Y 形 系 统 中, 须 同 时 增 加 L1-N 和 L1-G, 因 为 浪 涌 电 流 可 能 在 两 条 平 行 支 路 中 的 其 中 一 条 上 流 动 如 果 装 置 只 有 一 种 模 式 ( 例 如 L1-G), 则 每 相 额 定 值 等 于 每 种 模 式 的 额 定 值, 因 为 在 L1-N 模 式 下 无 保 护 注 :N-G 模 式 不 包 含 在 每 相 浪 涌 电 流 的 计 算 当 中 几 乎 所 有 抑 制 器 制 造 商 都 遵 循 此 惯 例 然 而, 还 有 一 些 意 图 通 过 加 大 浪 涌 电 流 额 定 值 的 方 式 造 成 混 淆 的 公 司 在 使 用 非 标 准 方 法 计 算 每 相 浪 涌 电 流 各 模 式 下 的 每 相 额 定 值 如 下 所 示 总 结 每 相 浪 涌 电 流 (KA/ 相 ) 已 经 成 为 比 较 抑 制 装 置 的 标 准 参 数 许 多 著 名 制 造 商 会 公 布 每 种 模 式 下 的 每 相 浪 涌 电 流 额 定 值 一 些 抑 制 器 制 造 商 可 能 会 将 浪 涌 电 流 额 定 值 隐 藏, 或 者 擅 自 编 造 其 他 方 法 来 计 算 浪 涌 额 定 值 请 避 开 不 明 确 公 布 每 种 模 式 下 的 每 相 浪 涌 耐 受 能 力 等 工 业 标 准 的 制 造 商 设 施 范 围 浪 涌 抑 制 IEEE(1992 年 绿 皮 书 ) 建 议, TVSS 单 元 需 要 以 分 级 或 级 联 的 方 式 进 行 协 调 IEEE 给 出 的 建 议 如 下 : 对 于 较 大 的 浪 涌 电 流,( 瞬 变 ) 分 流 最 好 分 两 级 完 成 : 第 一 级 分 流 应 在 建 筑 物 进 线 口 进 行 然 后, 抑 制 器 动 作 产 生 的 所 有 剩 余 电 压 可 由 机 房 ( 或 其 他 主 要 负 载 ) 配 电 盘 处 的 第 二 保 护 装 置 进 行 处 理 在 此 种 方 式 下, 建 筑 物 内 部 的 电 线 就 无 需 运 输 流 入 分 流 电 路 末 端 分 流 器 或 从 其 流 出 的 大 浪 涌 电 流 必 须 对 级 联 式 浪 涌 保 护 装 置 之 间 的 协 调 配 合 给 予 适 当 关 注 图 8 演 示 了 以 二 级 ( 级 联 ) 方 式 使 用 抑 制 系 统 的 有 效 性 SPD 1 480V 120V/ 208V 如 图 所 示, 二 级 方 式 可 确 保 两 种 类 型 的 干 扰 在 支 线 配 电 板 处 被 抑 制 至 微 不 足 道 的 水 平 (<150V 允 通 ) 从 而 防 止 高 能 瞬 变 破 坏 组 件, 并 确 保 低 级 快 速 环 形 波 不 会 妨 碍 或 中 断 下 游 微 处 理 器 的 运 行 这 可 确 保 系 统 性 能 达 到 IEEE (1992 年 绿 皮 书 ) 建 议 的 下 述 性 能 : 短 时 间 内 机 电 装 置 一 般 能 够 承 受 住 超 过 其 额 定 值 几 倍 的 电 压, 但 固 态 装 置 却 很 难 承 受 比 常 规 额 定 值 大 一 倍 的 电 压 此 外, 数 据 处 理 设 备 受 电 压 迅 速 变 化 影 响 时 产 生 的 振 幅 相 比 于 对 硬 件 具 有 破 坏 性 的 过 电 压 而 言 非 常 小 SPD 2 表 3. Y 形 系 统 示 例 每 相 保 护 模 式 (KA/Ø) 型 号 L-N L-G NG (L-N + L-G) 120 ka 每 相 TVSS 系 统 测 试 参 数 : 主 配 电 板 处 采 用 C3 脉 冲 480V 的 IEEE C62.41 和 C62.45 测 试 程 序 ; 接 入 线 长 度 为 100 英 尺 ; 配 电 变 压 器 为 480/208V; 支 线 为 120/208V 20,000V IEEE C3 20,000V TVSS 1 800V 2 100V 25 us 50 图 8. 设 施 范 围 保 护 解 决 方 案 IEEE 绿 皮 书 建 议 采 用 级 联 ( 或 二 级 ) 方 式 伊 顿 公 司 浪 涌 抑 制 指 南

11 揭 穿 有 关 浪 涌 电 流 的 谎 言, 为 什 么 不 需 要 过 大 的 浪 涌 电 流 额 定 值 此 谎 言 何 时 会 停 止? 浪 涌 抑 制 器 制 造 商 似 乎 每 一 年 都 在 提 高 其 装 置 的 浪 涌 电 流 额 定 值 举 例 来 说, 一 家 著 名 的 TVSS 制 造 商 已 经 向 就 主 配 电 板 浪 涌 保 护 进 行 咨 询 的 团 体 提 供 了 以 下 建 议 : 表 4. 制 造 商 建 议 建 议 浪 涌 电 流 额 定 值 年 份 (KA/ 相 ) ka/ 相 ka/ 相 ka/ 相 ,000 ka/ 相 同 一 型 号 产 品 的 浪 涌 额 定 值 已 经 在 过 去 的 几 年 中 变 更 了 三 次! 事 实 上 在 1998 年, 公 司 还 引 进 了 一 种 理 论 额 定 值 为 每 相 650,000A 的 单 元 上 述 例 子 说 明 了 某 些 制 造 商 如 何 利 用 不 相 关 的 事 实 来 推 销 高 价 抑 制 器 我 们 认 为 到 了 揭 穿 这 个 游 戏 的 真 相, 并 告 诉 人 们 究 竟 怎 样 的 浪 涌 电 流 水 平 对 进 线 口 而 言 才 合 适 的 时 候 了 为 什 么 冲 击 电 流 与 TVSS 浪 涌 电 流 无 关 雷 电 引 起 的 冲 击 电 流 与 抑 制 器 的 浪 涌 电 流 额 定 值 无 关 在 物 理 上 不 可 能 使 雷 击 引 起 的 能 量 沿 交 流 电 源 导 体 传 导 图 9 由 IEEE 1100 标 准 ( 绿 皮 书 ) 和 负 责 浪 涌 保 护 装 置 的 ANSI/ IEEE C62.42 委 员 会 发 布 IEEE 雷 电 研 究 提 供 了 以 下 结 论 : 冲 击 电 流 与 雷 击 有 关 ( 在 云 层 和 地 面 之 间 或 在 云 层 间 传 导 ) 已 记 录 雷 击 中 有 50% 的 电 流 要 小 于 18,000A 只 有 0.02% 雷 击 的 浪 涌 电 流 能 够 达 到 220 ka 有 一 超 乎 寻 常 的 雷 击 事 件 的 电 流 被 记 录 为 约 450 ka, 但 是 此 测 量 值 还 存 在 争 议 TVSS 谎 言 TVSS 制 造 商 可 能 暗 示 雷 击 有 百 万 分 之 一 的 几 率 在 交 流 配 电 系 统 中 传 导, 并 进 入 设 施 的 进 线 口 为 使 设 施 免 受 此 冲 击 电 流 损 害, 就 必 须 要 求 浪 涌 抑 制 器 的 浪 涌 电 流 额 定 值 为 400 ka/ 相 事 实 冲 击 电 流 与 在 交 流 配 电 系 统 中 传 导 的 浪 涌 电 流 没 有 任 何 关 系 在 技 术 上 没 有 理 由 将 浪 涌 抑 制 器 的 浪 涌 电 流 额 定 值 规 定 为 400/ 相 讨 论 在 佛 罗 里 达 ( 美 国 雷 击 状 况 最 严 重 的 地 方 ), 每 平 方 千 米 每 年 会 有 6 次 落 雷 (IEEE C62.41) 占 地 一 英 亩 的 设 施 每 40 年 将 经 历 一 次 直 接 雷 击 按 照 图 9 中 的 百 分 比, 设 施 每 800 年 将 经 历 一 次 电 流 超 过 200 ka 的 雷 击 实 际 雷 击 的 峰 值 电 流 大 小 会 相 差 很 大 由 于 备 用 路 径 可 用, 所 以 引 入 电 线 设 施 的 浪 涌 一 般 相 当 小 因 此, 这 些 设 施 末 端 的 保 护 器 通 常 不 需 要 完 全 承 受 直 接 雷 击 的 峰 值 电 流 雷 电 击 中 地 面 时, 电 力 线 或 设 施 为 什 么 250 ka/ 相 是 可 接 受 的 额 中 大 部 分 电 能 进 入 了 地 面, 或 者 定 值? 通 过 公 用 事 业 浪 涌 避 雷 器 被 分 上 述 讨 论 表 明 500 ka 雷 击 电 流 剩 下 的 在 交 流 电 源 系 统 上 流 不 能 存 在 于 交 流 电 力 线 既 传 导 的 电 能 就 被 称 为 浪 涌 电 流 然 IEEE 建 议 以 10 ka 测 试 进 ( 衡 量 单 位 为 ka) 被 抑 制 器 分 线 口 的 TVSS 单 元, 为 什 么 许 多 流 的 浪 涌 电 流 只 是 雷 击 电 流 中 供 应 商, 包 括 我 们, 还 是 建 议 安 的 一 小 部 分 装 250 ka/ 相 的 装 置 呢? 答 案 就 根 据 现 有 的 研 究 资 料,IEEE 建 是 可 靠 性, 或 者 更 恰 当 的 说, 预 议 使 用 20 kv 10 ka 组 合 波 对 期 寿 命 进 线 口 的 感 应 雷 电 浪 涌 进 行 测 进 线 口 抑 制 器 将 承 受 数 千 次 不 试 超 过 此 数 值 时, 电 压 将 超 过 同 大 小 的 浪 涌 以 统 计 数 据 为 基 BIL 额 定 值, 从 而 使 导 体 或 配 电 础, 我 们 可 以 确 定 抑 制 器 的 预 期 系 统 产 生 电 弧 放 电 寿 命 浪 涌 电 流 额 定 值 为 250 ka/ 总 而 言 之, 低 压 电 线 (<600V) 不 相 且 架 构 合 理 的 抑 制 器 在 高 暴 能 够 传 导 如 图 9 所 示 的 雷 击 电 露 位 置 的 预 期 寿 命 大 于 25 年 流 工 程 师 们 不 应 该 把 雷 击 电 流 注 :400 ka/ 相 的 装 置 预 期 寿 命 用 作 借 口, 将 抑 制 器 的 浪 涌 电 流 超 过 100 年 远 远 超 出 合 理 设 额 定 值 规 定 为 400 ka/ 相 计 参 数 假 如 抑 制 器 发 生 故 障, 最 有 可 能 是 由 公 用 事 业 电 力 线 上 的 暂 时 过 电 压 (TOV) 引 起 ; 例 如, 电 路 电 压 从 120V 上 升 至 200Vac 或 更 高 较 大 规 格 的 抑 制 器 并 不 能 避 免 TOV (ka) 250 (0.02;220) (%) 图 9. 雷 击 电 流 分 布 1 1 IEEE 标 准 C62.42, 1992 PAR 伊 顿 公 司 浪 涌 抑 制 指 南 11 11

12 浪 涌 避 雷 器 与 浪 涌 抑 制 器 浪 涌 保 护 装 置 ( 也 称 为 TVSS) 的 演 变 这 对 变 压 器 配 电 盘 和 电 线 的 绝 缘 保 护 而 言 已 经 符 合 要 求 对 于 变 频 驱 动 器 (VFD) 计 算 机 可 编 程 逻 辑 控 制 器 (PLC) 以 及 其 他 敏 感 设 备, 其 固 态 元 件 将 被 这 些 浪 涌 损 坏 或 干 扰 在 进 线 口 和 主 要 支 线 配 电 板 处, 浪 涌 将 被 有 效 地 降 低 至 100V 以 下 选 择 抑 制 器 时, 注 意 寻 找 具 有 以 下 特 性 的 优 质 装 置 : 浪 涌 保 护 装 置 ( 浪 涌 抑 制 器 ) 的 使 用 率 每 年 增 长 20% 以 上 现 在 一 般 将 抑 制 器 安 装 在 进 线 口 和 主 要 的 下 游 配 电 盘 或 马 达 控 制 中 心 (MCC) 位 置 处, 用 于 向 固 态 负 载 提 供 清 洁 电 力 现 在, 浪 涌 避 雷 器 和 浪 涌 抑 制 器 之 间 的 应 用 有 些 混 淆 特 别 是 在 工 业 设 施 水 处 理 厂 以 及 其 他 主 要 使 用 避 雷 器 的 地 方 此 部 分 解 释 说 明 了 两 种 技 术 之 间 的 性 能 和 应 用 差 异 在 如 今 的 计 算 机 时 代, 固 态 ( 非 线 性 ) 负 载 的 使 用 正 大 幅 增 加 公 用 事 业 公 司 和 其 他 团 体 的 研 究 估 计,70% 的 公 用 事 业 负 载 都 由 诸 如 驱 动 器 可 编 程 逻 辑 控 制 器 计 算 机 电 子 镇 流 器 电 信 设 备 等 电 子 设 备 消 耗 当 今 的 电 子 设 备 正 变 得 更 快 更 小 更 有 效 并 且 更 加 复 杂 多 年 以 来, 此 类 改 进 已 经 发 生 在 所 有 基 于 微 处 理 器 的 设 备 上, 并 且 还 将 继 续 向 前 发 展 注 : 如 果 在 进 线 口 配 电 盘 处 同 时 使 用 TVSS 和 避 雷 器, 则 TVSS 将 起 主 导 作 用 它 将 首 先 开 启, 并 分 流 大 部 分 浪 涌 电 流 许 多 水 处 理 厂 电 信 机 构 医 院 学 校 以 及 重 型 工 业 厂 房 用 TVSS 代 替 浪 涌 避 雷 器, 以 防 止 受 到 雷 电 公 用 事 业 配 电 电 动 机 转 换 等 影 响 新 的 抑 制 器 设 计 现 在 可 整 合 进 电 机 控 制 桶 配 电 盘 以 及 其 他 配 电 设 备 中, 在 使 性 能 更 有 效 的 同 时 还 能 消 除 安 装 问 题 在 IEEE B3 C1 和 C3 类 测 试 波 形 下 为 低 允 通 电 压 已 对 公 布 的 浪 涌 电 流 额 定 值 ( 每 相 ) 分 别 进 行 测 试 包 含 内 部 熔 断 器 具 有 内 部 监 控 功 能 ( 适 用 于 开 式 和 短 路 型 MOV 故 障 ) 具 有 电 气 噪 声 滤 波 功 能 ( 每 100 KHZ 55 db) 占 地 面 积 小, 安 装 更 有 效 避 雷 器 的 演 变 在 过 去 诸 如 计 算 机 可 编 程 逻 辑 控 制 器 (PLC) 以 及 驱 动 器 等 非 线 性 器 件 或 固 态 器 件 还 未 被 使 用 时, 通 常 以 继 电 器 线 圈 步 进 式 开 关 电 机 电 阻 器 以 及 其 他 线 性 负 载 作 为 标 准 公 用 事 业 公 司 和 最 终 用 户 关 心 的 是 如 何 使 配 电 系 统 免 受 雷 电 浪 涌 的 损 害 他 们 的 目 标 是 确 保 电 压 浪 涌 不 超 过 导 电 线 变 压 器 和 其 他 设 备 的 基 本 绝 缘 水 平 (BIL) 因 此, 避 雷 器 主 要 被 用 于 输 配 电 系 统 各 点 的 低 压 中 压 和 高 压 应 用 这 些 装 置 会 在 相 导 体 和 地 之 间 产 生 暂 态 开 路, 如 果 暂 态 开 路 能 够 在 几 个 周 期 内 消 除 的 话, 就 不 会 影 响 这 些 负 载 速 度 更 快 成 本 更 低 的 代 价 就 是 微 处 理 器 负 载 越 来 越 容 易 受 瞬 变 和 浪 涌 的 影 响 在 设 计 时,IEEE 绿 皮 书 ( 和 CBEMA 曲 线 ) 建 议 把 20,000V 感 应 雷 电 浪 涌 干 扰 降 低 至 标 称 电 压 的 两 倍 (< 330V 峰 值 ) 为 达 到 这 一 性 能 水 平, 人 们 开 发 出 了 浪 涌 抑 制 器 自 二 十 世 纪 八 十 年 代 中 期 开 始, 这 些 装 置 就 已 经 成 为 保 护 设 施 内 所 有 负 载 的 首 选 避 雷 器 旨 在 保 护 配 电 系 统 ( 而 非 敏 感 的 固 态 设 备 ) 免 受 雷 电 的 影 响 依 据 UL 1449 UL 1283 进 行 认 证, 并 且 通 过 CSA 批 准 如 表 5 所 示, 避 雷 器 具 有 较 高 的 允 通 电 压, 这 是 保 护 电 子 负 载 的 关 键 性 能 因 素 在 IEEE C3 类 测 试 波 形 (20 kv, 10 ka) 下, 允 通 电 压 一 般 超 过 1,200V( 在 120 Vac 系 统 上 ) 避 雷 器 在 电 气 行 业 依 然 使 用 广 泛, 主 要 被 用 于 设 施 进 线 口 的 传 输 线 和 上 游 根 据 耐 受 能 力, 避 雷 器 有 多 种 级 别 可 供 选 择 ( 例 如 驻 地 级 和 配 送 级 ) 在 低 压 系 统 (600V 以 下 ) 的 进 线 口, 浪 涌 抑 制 器 正 逐 渐 取 代 避 雷 器 12 伊 顿 公 司 浪 涌 抑 制 指 南

13 表 5. 避 雷 器 与 抑 制 器 之 间 的 差 异 浪 涌 避 雷 器 浪 涌 抑 制 器 说 明 480V (277V L-N) 208V (120V L-N) 480V (277V L-N) 208V (120V L-N) 允 通 电 压 ( 基 于 IEEE 测 试 波 形 ): C3 类 (20 kv, 10 ka) >1,500V >1,000V 900V 470V C1 类 (6 kv, 3 ka) >1,200V >1,000V 800V 400V B3 类 (6 kv, 500A, 100 khz) >1,500V >1,000V 200V <150V 内 部 监 控 能 力 ( 识 别 内 部 故 障 并 启 动 远 程 报 警 或 亮 灯 ) 否 否 是 ( 大 部 分 优 质 装 置 ) 是 ( 大 部 分 优 质 装 置 ) 电 磁 干 扰 / 射 频 干 扰 滤 波 否 否 是 ( 大 部 分 优 质 装 置 ) 是 ( 大 部 分 优 质 装 置 ) 内 部 熔 断 保 护 ( 过 电 流 保 护 ) 否 否 是 ( 大 部 分 优 质 装 置 ) 是 ( 大 部 分 优 质 装 置 ) 设 计 有 间 隙 的 MOV 有 间 隙 的 MOV MOV/ 滤 波 器 ( 混 合 ) MOV/ 滤 波 器 ( 混 合 ) 中 断 电 力 ( 暂 态 开 路 ) 是 ( 一 般 为 1/2 周 期 ) 是 ( 一 般 为 1/2 周 期 ) 否 否 故 障 爆 炸 爆 炸 跳 闸 断 路 器 / 熔 断 器 跳 闸 断 路 器 / 熔 断 器 保 修 期 限 : 有 限 有 限 5 年 以 上 ( 适 用 于 所 有 优 质 装 置 ) 5 年 以 上 ( 适 用 于 所 有 优 质 装 置 ) 预 期 寿 命 有 限 ( 一 次 性 装 置 ) 有 限 ( 一 次 性 装 置 ) >25 年 ( 规 格 适 当 的 话 ) >25 年 ( 规 格 适 当 的 话 ) 伊 顿 公 司 浪 涌 抑 制 指 南 13

14 浪 涌 保 护 装 置 混 合 滤 波 优 势 浪 涌 抑 制 器 (TVSS 装 置 ) 可 防 止 有 害 浪 涌 电 压 破 坏 或 中 断 敏 感 电 子 设 备 有 两 种 类 型 的 抑 制 装 置 : 基 础 抑 制 器 装 置 只 使 用 诸 如 金 属 氧 化 物 压 敏 电 阻 (MOV) 和 硅 雪 崩 二 极 管 (SAD) 等 压 敏 组 件 的 瞬 变 电 压 抑 制 器 混 合 滤 波 器 装 置 除 MOV 外 还 可 使 用 并 联 电 容 性 滤 波 器 电 路 的 混 合 装 置 由 于 这 些 产 品 能 够 消 除 低 振 幅 瞬 变 和 高 频 电 磁 干 扰 / 射 频 干 扰 噪 声, 因 此 被 广 泛 用 于 商 业 医 院 以 及 工 业 设 施 施 工 项 目 中 ( 参 见 图 10 ) 审 核 制 造 商 对 每 种 装 置 型 号 提 供 的 性 能 规 格 时, 往 往 很 难 区 分 混 合 滤 波 器 和 基 础 抑 制 器 而 且, 指 定 顾 问 也 常 常 不 熟 悉 滤 波 元 件 的 实 际 优 势 此 部 分 描 述 了 两 种 技 术 在 安 装 至 配 电 系 统 时 的 差 异 混 合 滤 波 器 可 保 护 敏 感 电 子 设 备 免 受 高 振 幅 雷 电 冲 击 低 水 平 振 铃 瞬 变 和 EMI/RFI 噪 声 干 扰 的 损 害 相 比 之 下, 基 础 抑 制 器 不 具 备 滤 波 元 件, 并 且 只 能 抑 制 高 压 干 扰 表 6 汇 总 了 两 种 技 术 之 间 的 关 键 差 异 a) 振 铃 瞬 变 抑 制 ANSI/IEEE 和 其 他 组 织 机 构 进 行 的 研 究 表 明, 振 荡 性 环 形 波 是 设 施 配 电 系 统 内 最 可 能 产 生 的 瞬 变 波 形 由 于 低 压 配 电 系 统 的 标 准 阻 抗 特 性, 系 统 会 在 频 率 介 于 50 khz 和 250 khz 之 间 时 产 生 振 铃 型 振 荡 波 在 此 类 频 率 之 间 的 内 部 瞬 变 较 为 常 见, 并 且 会 引 起 集 成 电 路 破 坏 系 统 锁 定 重 启 或 其 他 运 行 问 题 为 模 拟 此 振 铃 效 应,ANSI/ IEEE C62.41 (2002) 建 议 采 用 100 khz 环 形 波 (B3 类 ;6000V 500A 波 形 ) 对 所 有 抑 制 装 置 进 行 测 试 ( 参 见 图 11 ) 公 布 的 允 通 电 压 值 可 用 于 比 较 抑 制 性 能 L N L N 图 10. 基 础 抑 制 器 和 混 合 滤 波 器 MOV B3 6000V 100 khz 图 11. 环 形 波 表 6. 各 抑 制 器 技 术 对 比 TVSS 性 能 指 标 混 合 滤 波 器 基 础 抑 制 器 重 复 浪 涌 耐 受 能 力 预 期 寿 命 更 长 使 用 年 限 有 限 振 铃 瞬 变 抑 制 <300V 允 通 >900V 允 通 电 气 噪 声 衰 减 khz 衰 减 不 良 设 施 范 围 噪 声 过 滤 从 进 线 口 至 支 线 配 电 板 都 可 以 调 整 不 可 实 现 1414 伊 顿 公 司 浪 涌 抑 制 指 南

15 图 12 描 述 了 按 标 准 IEEE B3 环 b) EMI/RFI 噪 声 衰 减 为 获 得 高 性 能,100 khz 下 滤 波 总 结 形 波 进 行 测 试 的 混 合 滤 波 抑 制 器 的 优 秀 性 能 在 沿 着 60 Hz 交 流 正 弦 波 的 任 一 相 位 角, 滤 波 器 元 件 可 提 供 一 条 较 高 频 率 ( 如 100 khz) 的 低 阻 抗 路 径, 从 而 允 许 对 敏 感 负 载 的 脉 冲 进 行 分 流 此 正 弦 波 跟 踪 特 性 对 干 扰 的 抑 制 水 平 比 使 用 基 础 抑 制 器 ( 无 滤 波 装 置 ) 要 强 得 多 由 于 没 有 滤 波 器,MOV 只 能 在 电 压 超 过 MOV 的 启 动 点 时, 箝 位 一 次 瞬 变 如 图 12 所 示, 由 于 阻 抗 与 引 线 长 度 的 相 关 性 以 及 MOV 的 各 种 运 行 特 性,MOV 允 通 电 压 会 显 著 提 高 该 值 是 TVSS 滤 波 器 允 通 电 压 的 三 倍 多 因 此, 提 供 的 保 护 水 平 有 限 滤 波 器 可 消 除 与 以 下 负 载 相 关 的 高 频 EMI/RFI 噪 声 : 变 速 驱 动 器 复 印 机 大 型 UPS 弧 焊 机 受 SCR 控 制 的 负 载 灯 光 调 节 器 此 类 产 生 噪 声 的 负 载 几 乎 可 在 所 有 设 施 中 找 到 IEEE 将 噪 声 定 义 为 小 于 两 倍 峰 值 电 压 的 干 扰 ( 例 如 120V 系 统 下 小 于 340V 峰 值 ) 关 键 性 能 滤 波 器 测 试 标 准 是 MILSTD- 220A, 50 Ohm 插 入 损 耗 测 试 制 造 商 应 公 布 在 100 khz 下 获 得 的 以 分 贝 (db) 计 量 器 的 衰 减 量 应 超 过 50 db( 基 于 MIL-STD-220) 注 : 请 让 抑 制 器 供 应 商 提 供 实 际 的 测 试 结 果, 以 确 保 其 产 品 达 到 了 此 滤 波 水 平 c) 系 统 噪 声 / 抑 制 能 力 安 装 在 进 线 口 和 支 线 配 电 板 处 的 TVSS 滤 波 器 符 合 IEEE 建 议 设 施 保 护 方 法 的 要 求 有 关 其 他 附 加 信 息, 请 参 见 第 9 页 的 设 施 范 围 浪 涌 抑 制 此 外, 全 系 统 抑 制 设 计 可 提 供 增 强 的 标 准 模 式 和 普 通 模 式 噪 声 衰 减 功 能 衰 减 量 比 独 立 式 装 置 要 大 得 多 TVSS 滤 波 器 拥 有 众 多 可 以 提 高 设 施 内 部 电 源 质 量 的 显 著 优 势 此 部 分 阐 述 了 为 什 么 TVSS 滤 波 器 是 现 在 使 用 最 普 遍 的 抑 制 技 术 制 造 商 可 能 提 供 误 导 性 的 说 明, 并 隐 瞒 准 确 的 性 能 指 标 工 程 师 应 确 保 选 择 的 抑 制 装 置 提 供 了 足 够 的 环 形 波 抑 制 噪 声 衰 减 以 及 可 协 调 的 设 施 保 护 声 称 提 供 正 弦 波 跟 踪 或 滤 波 器 元 件 的 TVSS 制 造 商 必 须 提 交 相 关 测 试 结 果 和 光 谱 分 析 结 果 倘 若 未 提 交 此 类 结 果, 则 很 有 可 能 供 应 商 提 供 的 是 低 档 抑 制 器, 而 非 符 合 要 求 的 混 合 滤 波 器 的 噪 声 衰 减 水 平 根 据 SPICE 程 序 等 计 算 机 模 拟 得 出 的 测 试 数 据 并 不 能 真 实 地 反 映 出 实 际 的 环 境 情 况, 因 而 也 不 能 用 于 比 较 滤 波 器 性 能 还 要 注 意, 公 布 的 在 频 率 超 过 1 MHz 时 获 得 的 db 额 定 值 对 配 电 盘 的 混 合 滤 波 器 产 品 而 言 没 有 意 义 超 过 1 MHz 时,EMI/RFI 噪 声 就 不 会 在 导 体 上 传 播 ( 而 是 辐 射 并 在 大 气 中 传 播 ) IEEE B3 (6000V, 500A, 100 khz) khz 55 db 图 12. 环 形 波 抑 制 能 力 伊 顿 公 司 浪 涌 抑 制 指 南 15

16 工 厂 自 动 化 (PLC) 及 其 对 浪 涌 抑 制 的 需 求 1. Allen-Bradley SLC500 操 作 手 册 ,A 系 列 2. 西 门 子 自 动 化 集 团 EWA 4NEB Allen-Bradley 出 版 物 最 终 用 户 经 常 会 问 我 们, 为 什 么 我 们 的 浪 涌 保 护 产 品 是 保 护 过 程 控 制 系 统 的 必 需 品 大 部 分 人 认 为 可 编 程 的 控 制 组 件 和 自 动 化 设 备 应 完 全 避 免 电 力 干 扰 以 下 内 容 解 释 说 明 了 为 什 么 PLC 制 造 商 和 维 修 技 术 员 建 议 使 用 浪 涌 抑 制 器 和 滤 波 器 来 避 免 因 浪 涌 和 电 线 噪 声 造 成 的 停 机 和 设 备 损 坏 大 多 数 工 业 环 境 易 受 功 率 瞬 变 或 尖 峰 影 响 为 确 保 无 故 障 运 行 并 保 护 设 备, 我 们 建 议 除 隔 离 设 备 外, 还 应 在 电 路 中 使 用 浪 涌 抑 制 器 抑 制 干 扰 的 措 施 通 常 只 在 控 制 器 已 经 运 行 并 且 已 接 收 被 影 响 的 信 号 时 采 取 安 装 控 制 器 时 遵 守 以 下 要 点 可 使 此 类 措 施 ( 例 如 专 用 接 触 器 ) 的 日 常 开 支 大 大 减 少 这 些 要 点 包 括 : 只 要 继 电 器 螺 线 管 电 机 启 动 器 或 电 机 等 电 感 负 载 是 由 按 钮 或 选 择 开 关 控 制 运 行, 电 磁 干 扰 (EMI) 就 会 产 生 遵 守 正 确 的 布 线 和 接 地 做 法 可 保 护 处 理 器 系 统 免 受 EMI 影 响 但 在 某 些 情 况 下, 你 可 以 使 用 抑 制 网 络 将 EMI 从 源 头 抑 制 一 项 有 关 电 力 干 扰 是 如 何 影 响 过 程 控 制 系 统 的 重 大 研 究 已 经 由 Dranetz 科 技 和 PowerCet 公 司 着 手 进 行 研 究 结 果 表 明, 脉 冲 浪 涌 和 电 气 噪 声 会 引 起 以 下 设 备 问 题 : 内 存 混 乱 电 感 负 载 上 缺 少 浪 涌 抑 制 可 能 导 致 处 理 器 故 障 或 运 行 断 断 续 续 RAM 可 能 被 损 坏 ( 丢 失 ), I/O 模 块 可 能 出 现 错 误 或 自 动 重 置 装 置 和 电 缆 的 物 理 配 置 将 所 有 不 活 动 金 属 部 件 接 地 电 源 和 信 号 电 缆 过 滤 装 置 和 电 缆 屏 蔽 抑 制 干 扰 的 特 殊 措 施 不 管 制 造 商 是 谁, 电 子 设 备 都 易 受 电 力 干 扰 影 响 这 由 以 下 两 个 影 响 因 素 造 成 : 1. 处 理 器 自 身 越 来 越 复 杂, 而 且 芯 片 密 度 越 来 越 高 工 作 电 压 越 来 越 低 2. 诸 如 变 频 驱 动 器 电 容 器 组 电 感 负 载 和 各 种 机 器 人 设 备 等 会 产 生 干 扰 的 负 载 的 使 用 日 益 增 多 过 程 中 断 电 路 板 故 障 伊 顿 的 TVSS 滤 波 器 系 列 专 为 保 护 用 于 工 业 环 境 中 的 自 动 化 设 备 而 设 计 这 些 产 品 的 噪 声 衰 减 量 可 达 85 db, 而 且 瞬 变 抑 制 性 能 杰 出, 非 常 适 合 用 于 保 护 精 细 复 杂 的 微 处 理 器 负 载 A 系 列 电 力 线 滤 波 器 极 具 性 价 比, 其 成 本 还 不 到 标 准 业 务 电 话 成 本 的 三 分 之 一 交 流 检 测 电 流 引 起 错 误 关 机 设 定 校 准 偏 差 供 电 故 障 锁 定 SCR 故 障 程 序 丢 失 数 字 / 模 拟 控 制 失 灵 不 同 系 统 对 电 力 干 扰 的 敏 感 性 会 有 很 大 不 同, 这 取 决 于 接 地 情 况 设 备 敏 感 性 系 统 设 计 以 及 区 域 内 电 子 设 备 的 数 量 1 请 考 虑 改 善 你 的 控 制 系 统 并 提 高 底 部 线 路 的 可 靠 性 设 施 停 机 和 维 修 时 间 以 及 与 电 源 质 量 相 关 的 维 修 成 本 是 工 程 师 和 维 修 人 员 日 益 关 注 的 问 题 电 源 保 护 现 已 被 公 认 为 设 计 过 程 控 制 系 统 的 一 个 重 要 因 素 诸 如 Allen-Bradley 和 Siemens 等 主 要 PLC 制 造 商 提 供 了 以 下 建 议 : 年 Dranetz 电 源 质 量 分 析 现 场 手 册 16 伊 顿 公 司 浪 涌 抑 制 指 南

17 带 可 更 换 模 块 的 浪 涌 保 护 装 置 不 平 均 大 多 数 制 造 商 会 将 MOV 的 性 能 与 规 定 的 浪 涌 抑 制 性 能 进 行 匹 配 一 个 新 模 块 将 无 法 与 产 品 中 已 经 存 在 的 模 块 相 匹 配 2. 每 个 MOV 分 担 的 电 流 均 等 由 于 所 有 连 接 至 平 面 上 的 MOV 的 电 位 相 同, 并 且 所 有 MOV 的 电 性 能 互 相 匹 配, 因 此 浪 涌 电 流 被 均 等 分 担 MOV 上 的 压 力 减 小 是 因 为 每 个 MOV 都 等 量 携 带 了 一 小 部 分 总 浪 涌, 因 此 其 预 期 寿 命 大 大 延 长 ( 与 电 流 分 担 不 均 等 的 装 置 相 比 ) 由 多 家 制 造 商 提 供 的 浪 涌 保 护 装 置 (SPD) 称 为 模 块 化 设 计 模 块 化 设 计 包 括 可 在 现 场 更 换 的 零 件 可 更 换 模 块 最 常 见 的 一 个 版 本 就 是 带 有 可 更 换 浪 涌 元 件 的 金 属 盒, 这 些 浪 涌 元 件 被 封 装 在 一 个 更 小 的 插 入 式 塑 料 盒 中 SPD 中 最 常 使 用 的 浪 涌 抑 制 元 件 就 是 MOV( 金 属 氧 化 物 压 敏 电 阻 ) 当 电 压 超 过 一 定 水 平 ( 即 最 大 连 续 工 作 电 压 MCOV) 时,MOV 就 转 变 为 导 电 性 元 件 一 旦 电 压 超 过 MCOV, 电 路 就 可 以 从 MOV 处 流 过, 然 后 将 浪 涌 传 递 至 地 面 在 模 块 化 SPD 中,MOV 内 置 于 塑 料 盒 中, 如 果 盒 中 MOV 被 损 坏, 可 以 现 场 更 换 塑 料 盒 一 些 SPD 制 造 商 为 了 最 小 化 生 产 成 本, 极 力 宣 传 模 块 化 设 计 更 何 况, 使 用 模 块 还 为 SPD 制 造 商 构 建 了 一 个 零 件 市 场 然 而, 模 块 化 设 计 还 是 存 在 一 些 潜 在 技 术 缺 陷 许 多 模 块 化 设 计 制 造 商 采 用 香 蕉 插 头 连 接 代 替 低 阻 抗 螺 栓 紧 固 连 接 或 引 线 在 高 浪 涌 电 流 下, 机 械 力 可 能 将 这 些 连 接 器 从 其 插 座 中 扯 出 由 于 这 些 连 接 器 只 能 依 靠 弹 簧 力 保 持 连 接, 因 此 很 多 环 境 条 件 会 降 低 其 性 能 一 些 性 能 参 数 可 能 具 有 误 导 性 公 布 的 抑 制 额 定 值 通 常 是 针 对 个 别 模 块, 而 非 整 个 SPD 单 元 一 些 制 造 商 就 是 因 为 此 原 因 设 计 了 模 块 化 产 品 取 得 单 个 模 块 和 完 整 产 品 的 SVR(UL 的 浪 涌 电 压 额 定 值, 所 有 通 过 UL 认 证 的 产 品 上 必 须 具 备 的 标 记 ) 和 浪 涌 电 流 额 定 值 另 外 一 个 需 要 特 别 关 注 的 地 方 就 是 理 论 浪 涌 电 流 额 定 值 为 获 得 精 确 的 理 论 浪 涌 电 流 额 定 值, 必 须 考 虑 两 个 设 计 标 准 SPD 的 内 部 线 路 必 须 确 保 每 个 组 件 在 电 力 上 达 到 平 衡 也 就 是 说, 抑 制 器 制 造 商 必 须 确 保 以 下 性 能 指 标 得 到 遵 守 : 额 定 浪 涌 性 能 完 整 性 所 有 浪 涌 路 径 均 达 到 额 定 浪 涌 电 流 预 期 寿 命 整 套 装 置 必 须 达 到 其 使 用 期 性 能 额 定 值 SPD 未 均 等 地 分 担 浪 涌 电 流 可 能 导 致 过 早 失 效 过 早 失 效 是 模 块 化 设 计 中 的 常 见 问 题, 这 是 因 为 新 旧 模 块 的 MOV 电 压 不 一 样, 因 此 浪 涌 电 流 抑 制 能 力 也 相 应 降 低 限 幅 器 电 源 系 统 Visor 系 列 (CPS) 和 伊 顿 TVSS 单 元 的 设 计 目 的 是 充 分 利 用 好 架 设 抑 制 器 时 采 用 的 接 地 层 技 术 的 优 势 所 有 我 们 的 Visor SPD 的 电 气 学 依 据 是 使 用 一 个 多 层 次 低 阻 抗 SurgePlane 电 路 系 统 SurgePlane( 浪 涌 台 ) 的 特 性 包 括 : 由 于 表 面 面 积 大, 自 感 的 可 能 性 很 小 由 于 电 路 系 统 的 几 何 特 性, 互 感 有 所 减 少 允 通 电 压 减 小 可 靠 性 提 高 因 为 不 同 浪 涌 保 护 装 置 (SPD) 之 间 的 质 量 有 显 著 差 异, 我 们 建 议 工 程 师 检 查 SPD 的 电 气 基 础 资 料 顾 问 工 程 师 在 验 收 产 品 前 应 核 实 其 各 组 件 间 的 浪 涌 电 流 是 否 均 等 分 担, 以 及 其 他 可 能 需 要 应 对 的 问 题 如 果 一 个 模 块 受 损, 则 剩 下 的 未 受 损 模 块 要 弥 补 该 模 块 的 功 能, 从 而 加 大 未 受 损 模 块 的 压 力 这 可 能 导 致 在 第 一 个 模 块 被 更 换 前 再 次 出 现 故 障 许 多 故 障 对 金 属 盒 内 部 造 成 的 损 坏 难 以 估 量 更 换 模 块 已 经 不 足 以 使 单 元 恢 复 正 常 工 作 状 态 这 类 故 障 就 要 求 更 换 全 套 单 元 受 损 模 块 可 能 导 致 保 护 不 平 衡, 使 MOV 承 担 的 浪 涌 电 流 1. 内 部 线 路 完 整 性 低 档 浪 涌 抑 制 器 可 能 采 用 直 径 较 小 的 电 路 走 线 或 电 线, 因 而 不 能 应 对 额 定 浪 涌 电 流 暴 露 于 大 型 瞬 变 时, 模 块 能 够 幸 存, 但 整 个 产 品 会 被 破 坏, 使 下 游 负 载 失 去 保 护 很 多 时 候, 这 些 潜 在 的 接 线 缺 陷 存 在 于 SPD 内 部, 不 容 易 被 客 户 或 指 定 工 程 师 发 现 由 于 电 涌 和 电 力 线 路 噪 声 为 高 频 干 扰, 电 流 会 因 趋 肤 效 应 而 在 浪 涌 台 的 表 面 传 导 浪 涌 台 设 计 不 仅 最 大 化 了 传 导 面 积, 而 且 没 有 粗 导 线 的 各 种 缺 陷 在 这 些 频 率 下, 硬 铜 线 平 面 的 阻 抗 ( 自 感 和 互 感 ) 要 远 远 低 于 大 直 径 电 线 或 母 线 的 阻 抗 伊 顿 公 司 浪 涌 抑 制 指 南 17

18 为 什 么 不 建 议 把 硅 雪 崩 二 极 管 用 于 交 流 电 力 线 抑 制 器 浪 涌 保 护 装 置 也 被 称 为 TVSS 装 置, 用 于 保 护 半 导 体 负 载 免 受 电 力 线 瞬 变 影 响 SPD 一 般 安 装 在 进 线 口 和 配 电 盘 处 的 交 流 电 源 系 统 中, 有 时 安 装 在 负 载 处 数 据 通 信 线 路 上 也 要 求 配 备 SPD, 以 避 免 出 现 可 能 损 坏 设 备 的 接 地 环 路 和 感 应 浪 涌 在 交 流 电 源 应 用 中, 超 过 95% 的 SPD 使 用 金 属 氧 化 物 压 敏 电 阻, 这 是 因 为 它 们 的 能 量 耐 受 能 力 高 箝 位 性 能 可 靠 为 了 获 得 更 多 性 能, 通 常 会 将 其 规 定 为 混 合 设 计 (MOV 和 电 容 性 滤 波 器 ) 一 小 部 分 SPD 制 造 商 仍 然 宣 传 在 交 流 应 用 中 使 用 硅 雪 崩 二 极 管 这 些 制 造 商 试 图 通 过 公 布 一 些 关 于 MOV 浪 涌 元 件 的 误 导 性 信 息 来 吓 唬 客 户, 诱 导 其 购 买 高 价 设 备 下 面 的 部 分 总 结 了 与 SAD 抑 制 器 有 关 的 市 场 要 求 和 技 术 观 点 三 个 有 关 SAD 的 谎 言 和 事 实 谎 言 一 :SAD 的 响 应 时 间 更 短 ( 例 如 其 响 应 时 间 为 5 皮 秒, 而 MOV 则 为 1 纳 秒 ) SAD 响 应 时 间 越 短,SPD 的 性 能 就 越 高 1. NEMA LS-1 和 IEEE 委 员 会 未 将 响 应 时 间 视 为 SPD 的 质 量 指 标 之 一 所 有 SPD 均 有 足 够 的 响 应 时 间 来 启 动 并 分 流 浪 涌 MOV 的 响 应 时 间 是 浪 涌 达 到 全 电 流 的 时 间 ( 即 8 微 秒 ) 的 千 分 之 一 指 定 SPD 的 规 格 时, 响 应 时 间 并 非 一 个 合 适 的 指 标 2. SAD 装 置 的 响 应 时 间 与 MOV 装 置 的 响 应 时 间 相 等 与 SAD ( 或 MOV) 的 速 度 相 比, 此 装 置 的 响 应 时 间 更 易 被 内 部 线 路 或 连 接 影 响 例 如,SAD 可 在 一 皮 秒 内 做 出 反 应, 但 是 SPD 的 内 部 线 路 和 连 接 导 线 会 增 加 电 感 ( 约 为 每 英 寸 1 至 10 毫 微 亨 利 ) 此 电 感 效 应 才 是 总 响 应 时 间 的 主 导 因 素, 而 不 是 SAD 反 应 时 间 3. 混 合 滤 波 器 (MOV 与 电 容 滤 波 结 合 ) 的 反 应 速 度 最 快, 这 是 因 为 电 容 器 在 接 触 高 频 浪 涌 时 会 立 即 启 动 谎 言 二 :MOV 老 化 会 导 致 SPD 的 预 期 寿 命 缩 短, 并 引 起 不 安 全 的 故 障 SAD 不 会 老 化, 使 用 更 安 全 SAD 的 预 期 寿 命 比 MOV 的 寿 命 要 短 得 多 ( 参 见 图 13) 一 个 单 独 的 SAD 在 电 流 不 到 1000A 的 浪 涌 下 会 受 损 鉴 于 IEEE C62.41 要 求 SPD 承 受 10,000A 的 浪 涌, 因 此 SAD 不 具 备 足 够 的 能 量 耐 受 能 力 在 进 线 口 或 支 线 配 电 板 处 进 行 浪 涌 保 护 为 隐 瞒 此 劣 势,SAD 装 置 往 往 会 公 布 焦 耳 额 定 值, 而 非 每 相 浪 涌 电 流 容 量 ( 此 值 更 能 反 映 产 品 的 性 能 ) 注 :IEEE 和 NEMA 不 建 议 用 焦 耳 额 定 值 来 比 较 SPD (V) MOV (20 mm) SAD (5 kw) 10 SAD 52 SAD 1 MOV SAD 图 13. 硅 雪 崩 二 极 管 的 能 量 耐 受 能 力 有 限 MOV 的 额 定 值 介 于 6,500A 到 40,000A 之 间, 这 一 点 使 其 在 交 流 电 源 系 统 中 更 为 可 靠 优 质 SPD 并 联 MOV 往 往 可 实 现 超 过 每 相 250,000A 的 浪 涌 电 流 额 定 值 这 些 结 果 可 通 过 在 雷 电 实 验 室 进 行 单 独 测 试 进 行 验 证 凭 借 这 样 的 额 定 值,SPD 可 在 IEEE 分 类 为 高 暴 露 水 平 的 环 境 下 有 效 工 作 25 年 以 上 并 联 SAD 比 并 联 MOV 要 困 难 得 多 使 用 并 联 SAD 的 抑 制 器 需 要 大 量 组 件, 这 会 降 低 整 套 装 置 的 可 靠 性 鉴 于 SAD 的 能 量 额 定 值 有 限, 不 建 议 将 此 类 装 置 用 于 控 制 板 或 配 电 盘 应 用 中 同 样 地, 使 用 MOV 和 SAD 的 混 合 设 计 也 不 能 实 现 组 件 协 同 作 用 举 例 来 说, 在 高 能 应 用 中,SAD 就 是 薄 弱 环 节, 因 为 SAD 和 MOV 不 能 够 协 同 工 作 100 (A) 1000 MOV 故 障 模 式 SAD 制 造 商 声 称 他 们 的 装 置 不 会 老 化 与 其 说 老 化, 不 如 说 导 致 SAD 在 短 路 模 式 下 发 生 故 障 的 能 量 水 平 与 MOV 相 比 要 低 得 多 即 使 暴 露 在 数 千 次 高 能 雷 击 下, 正 确 安 装 的 MOV 抑 制 器 也 不 会 老 化 请 你 的 供 应 商 进 行 独 立 测 试, 确 保 装 置 可 以 达 到 公 布 的 浪 涌 电 流 额 定 值 ( 以 及 要 求 的 预 期 寿 命 ) 老 化 问 题 确 实 存 在 于 非 常 便 宜 的 浪 涌 条 中 此 类 装 置 通 常 在 海 外 制 造, 结 构 不 良, 同 时 还 使 用 劣 质 的 MOV 我 们 不 应 该 将 这 些 低 质 量 装 置 与 一 般 用 于 进 线 口 或 配 电 盘 处 的 SPD 进 行 比 较 18 伊 顿 公 司 浪 涌 抑 制 指 南 18

19 谎 言 三 :SAD 的 箝 位 功 能 比 MOV 更 好 采 用 IEEE 定 义 的 测 试 波 形 和 UL 1449 测 试 结 果 时,MOV 和 SAD 装 置 的 抑 制 电 压 额 定 值 相 同 相 应 地,UL 也 不 会 认 为 SAD 装 置 的 箝 位 能 力 比 基 于 MOV 的 SPD 要 好 总 结 SPD 行 业 存 在 一 些 谎 言 评 估 SPD 时, 重 要 的 是 评 估 抑 制 器 单 元 的 性 能, 而 不 是 比 较 个 别 内 部 元 件 换 句 话 说,SPD 架 构 方 式 和 内 部 线 路 / 熔 断 保 护 局 限 性 对 整 体 性 能 而 言 至 关 重 要 对 比 这 些 单 元 的 性 能 时, 必 须 进 行 独 立 测 试 根 据 经 过 验 证 的 性 能 跟 踪 记 录, 基 于 MOV 的 抑 制 器 非 常 可 靠 这 就 是 为 什 么 所 有 抑 制 器 依 然 在 使 用 MOV 元 件 鉴 于 SAD 的 能 量 耐 受 能 力 有 限, 不 建 议 将 其 用 于 进 线 口 或 配 电 盘 处 SAD 主 要 用 于 保 护 数 据 线 路 和 通 信 电 线 表 7. 浪 涌 保 护 装 置 元 件 对 比 SPD 元 件 金 属 氧 化 物 压 敏 电 阻 (MOV) 优 势 与 劣 势 能 量 耐 受 能 力 最 高 可 靠 性 优 秀 一 致 性 优 秀 并 联 多 个 元 件 的 机 械 连 接 性 更 好 非 线 性 箝 位 曲 线 随 着 使 用 次 数 增 多 而 逐 渐 下 降 ( 只 在 高 浪 涌 水 平 ), 电 流 容 量 适 中 硅 雪 崩 二 极 管 (SAD) 箝 位 曲 线 更 平 可 靠 性 优 秀 性 能 稳 定 能 量 耐 受 能 力 非 常 低 昂 贵 硒 光 电 管 能 量 耐 受 能 力 中 等 或 偏 高 泄 漏 电 流 非 常 大 箝 位 电 压 高 元 件 体 积 大 昂 贵 且 过 时 气 管 混 合 SPD 能 量 耐 受 能 力 高 电 容 性 非 常 低 ( 数 据 线 路 应 用 的 要 求 ) 暂 态 开 路 至 地 面 重 复 行 为 不 可 预 测 且 不 稳 定 ( 不 适 合 交 流 系 统 ), 费 用 昂 贵 MOV/ 滤 波 器 是 最 常 见 的 混 合 方 式 ; 不 仅 克 服 了 与 个 别 元 件 相 关 的 各 种 问 题, 而 且 还 吸 收 了 其 他 元 件 的 优 势, 从 而 使 预 期 寿 命 更 长 响 应 更 快 箝 位 性 能 更 好 使 用 MOV SAD 或 硒 光 电 管 装 置 的 混 合 SPD 存 在 固 有 问 题 ( 不 能 使 各 种 元 件 共 同 工 作 ) 伊 顿 公 司 浪 涌 抑 制 指 南 19

20 浪 涌 保 护 装 置 常 见 问 题 1. 什 么 是 浪 涌 ( 也 被 称 为 瞬 变 冲 击 尖 峰 )? 电 涌 ( 瞬 变 电 压 ) 就 是 一 种 随 机 高 能 持 续 时 间 短 的 电 气 干 扰 如 图 14 所 示, 浪 涌 的 上 升 时 间 非 常 短 (1-10 微 秒 ) 根 据 定 义, 浪 涌 是 不 足 一 个 周 期 的 事 件, 不 应 与 电 压 骤 升 或 暂 时 过 电 压 等 持 续 时 间 更 长 的 事 件 混 淆 高 能 浪 涌 可 中 断 损 坏 或 摧 毁 基 于 微 处 理 器 的 敏 感 设 备 电 子 设 备 的 绝 缘 能 力 或 介 电 性 能 被 破 坏 会 导 致 微 处 理 器 故 障 已 记 录 的 浪 涌 中 有 近 80% 是 由 于 开 关 电 机 变 压 器 复 印 机 或 其 他 负 载 时 引 起 的 内 部 开 关 瞬 变 造 成 IEEE C62.41 浪 涌 标 准 创 造 了 B3 类 环 形 波 和 B3/C1 组 合 波, 用 来 代 表 能 量 更 高 的 内 部 浪 涌 已 记 录 的 浪 涌 中 剩 下 的 一 部 分 就 是 由 感 应 雷 电 输 电 网 配 电 或 邻 近 建 筑 物 引 起 且 在 外 部 产 生 的 浪 涌 C3 类 组 合 波 (20 kv, 10 ka) 代 表 的 是 由 雷 电 引 起 的 高 能 浪 涌 有 关 IEEE 浪 涌 标 准 的 信 息, 请 参 考 CPS 技 术 说 明 #1 2. 为 什 么 需 要 使 用 浪 涌 保 护 装 置? 未 来 几 年, 电 子 装 置 将 占 美 国 电 气 产 品 需 求 的 半 壁 江 山 电 子 装 置 由 微 处 理 器 组 成, 而 微 处 理 器 依 赖 于 数 字 信 号 : 快 速 开 / 关 编 码 序 列 电 力 或 信 号 线 失 真 会 破 坏 敏 感 的 信 号 序 列 电 子 元 件 变 得 越 来 越 小 越 来 越 强 大, 同 时 也 变 得 越 来 越 敏 感 敏 感 电 子 设 备 因 电 路 密 度 而 敏 感 ( 微 芯 片 中 仅 一 块 芯 片 就 具 有 数 千 个 晶 体 管 ), 而 现 在 几 乎 所 有 的 新 电 气 装 置 都 会 用 到 敏 感 电 子 设 备 因 此, 浪 涌 保 护 已 经 成 为 提 高 微 处 理 器 可 靠 性 和 正 常 运 行 时 间 的 标 准 技 术 微 处 理 器 会 受 浪 涌 影 响, 导 致 混 乱 老 化 或 损 坏 其 受 影 响 的 程 度 取 决 于 浪 涌 幅 度 系 统 配 置 以 及 负 载 的 敏 感 性 表 8 对 Dranetz 就 浪 涌 对 不 同 微 处 理 器 设 备 的 影 响 进 行 的 一 项 大 型 调 查 的 结 果 进 行 了 总 结 表 8. 就 浪 涌 对 不 同 微 处 理 器 设 备 的 影 响 进 行 的 一 项 大 型 调 查 的 结 果 汇 总 1 脉 冲 4X 脉 冲 2X 重 复 干 扰 ( 噪 声 ) 对 电 子 负 载 的 影 响 电 路 板 故 障 是 是 数 据 传 输 错 误 是 是 是 内 存 混 乱 是 是 是 硬 盘 损 坏 是 SCR 故 障 是 过 程 中 断 是 是 是 供 电 故 障 是 程 序 锁 定 是 是 是 1 来 源 :Dranetz 电 源 质 量 手 册 其 他 有 关 浪 涌 保 护 装 置 建 议 的 参 考 文 件 包 括 : IEEE 绿 皮 书 (1100 标 准 ) FIPS 94 IEEE C62.41 制 造 商 (Allan-Bradley Motorola 以 及 其 他 供 应 商 ) NEMA LS-1 NFPA 780 在 设 计 时,IEEE 绿 皮 书 ( 和 CBEMA 曲 线 ) 建 议 将 20,000V 感 应 雷 电 浪 涌 干 扰 降 低 至 标 称 电 压 的 两 倍 (< 330V 峰 值 ) 为 达 到 这 一 性 能 水 平, 人 们 开 发 出 了 浪 涌 抑 制 器 自 二 十 世 纪 八 十 年 代 中 期 开 始, 安 装 在 配 电 板 配 电 盘 和 MCC 上 的 浪 涌 保 护 装 置 就 已 经 成 为 保 护 设 施 内 所 有 负 载 的 首 选 图 14. 感 应 雷 电 引 起 的 外 部 电 涌 伊 顿 公 司 浪 涌 抑 制 指 南

21 3. 什 么 地 方 需 要 SPD? 为 什 么 需 要 实 施 二 级 方 式? IEEE(2005 年 绿 皮 书 ) 建 议,SPD 需 要 以 分 级 或 级 联 方 式 进 行 协 调 SPD 的 起 始 点 就 是 进 线 口 (NFPA 780 也 要 求 进 行 进 线 口 保 护 ) 浪 涌 首 先 在 进 线 口 被 转 移, 然 后 在 机 房 配 电 盘 或 其 他 关 键 负 载 处 的 二 级 SPD 就 会 处 理 剩 余 的 电 压 ( 参 见 图 15) 此 二 级 方 式 将 把 20,000V 感 应 雷 电 浪 涌 降 低 至 IEEE 和 CBEMA 建 议 的 330V 峰 值 以 下 4. TVSS 与 SPD 之 间 存 在 差 异 吗? 不 存 在, 美 国 保 险 商 实 验 室 (UL) 使 用 瞬 变 电 压 浪 涌 抑 制 器 这 个 术 语, 而 NEMA IEC 和 IEEE 则 使 用 浪 涌 保 护 装 置 (SPD) 这 个 术 语 SPD/TVSS 就 是 减 弱 ( 减 弱 幅 度 ) 瞬 变 电 压 的 装 置 5. SPD 是 如 何 工 作 的? SPD 的 设 计 目 的 是 尽 可 能 把 瞬 变 干 扰 从 负 载 转 移 这 一 目 的 通 过 借 助 低 阻 抗 路 径 ( 即 浪 涌 抑 制 器 ) 将 能 量 分 流 至 地 面 实 现 金 属 氧 化 物 压 敏 电 阻 是 降 低 瞬 变 电 压 最 可 靠 且 久 经 考 验 的 技 术 正 常 条 件 下 MOV 是 一 种 高 阻 抗 元 件 承 受 电 压 浪 涌 时 ( 即 电 压 超 过 标 称 系 统 电 压 的 125% 时 ),MOV 将 迅 速 转 变 为 低 阻 抗 路 径, 从 而 把 浪 涌 从 负 载 转 移 MOV 的 反 应 时 间 以 纳 秒 计 算 反 应 速 度 比 侵 入 浪 涌 快 1000 倍 在 交 流 电 源 应 用 中, 超 过 95% 的 SPD 使 用 金 属 氧 化 物 压 敏 电 阻, 这 是 因 为 它 们 的 能 量 耐 受 能 力 高 箝 位 性 能 可 靠 为 提 高 性 能 和 SPD 的 预 期 寿 命, 通 常 会 将 滤 波 器 元 件 与 MOV 一 同 使 用 而 硅 雪 崩 二 极 管 (SAD) 则 广 泛 应 用 于 数 据 线 路 或 通 信 线 路 浪 涌 保 护 器 由 于 其 能 量 耐 受 能 力 有 限, 不 建 议 将 其 用 于 高 暴 露 水 平 的 交 流 应 用 中 硒 光 电 管 曾 用 于 浪 涌 应 用 中, 但 现 在 已 经 过 时 它 们 曾 应 用 于 二 十 世 纪 二 十 年 代, 但 在 二 十 世 纪 六 十 年 代 就 已 被 效 率 更 高 的 SAD 和 MOV 取 代 一 家 T VSS 公 司 却 仍 继 续 使 用 经 过 改 善 的 硒 进 行 浪 涌 保 护, 并 把 其 当 作 一 种 营 销 策 略, 从 而 误 导 工 程 师 硒 光 电 管 就 是 金 属 整 流 器 ( 二 极 管 ), 其 最 高 反 向 电 压 为 25 Vdc 在 交 流 电 源 电 流 中, 需 要 堆 叠 许 多 硒 板 才 足 以 中 断 电 压 以 并 联 方 式 安 装 在 MOV 元 件 中 时, 硒 不 能 带 来 任 何 性 能 成 本 或 应 用 上 的 优 势 事 实 上, 它 们 还 较 为 昂 贵, 而 且 还 占 用 了 相 当 大 的 空 间 ( 使 安 装 更 为 困 难 ) 硒 光 电 管 方 面 也 没 有 任 何 专 利 6. 指 定 抑 制 器 的 规 格 时 什 么 指 标 最 重 要? 抑 制 器 的 规 格 指 定 应 重 点 关 注 基 本 性 能 安 装 和 安 全 要 求 许 多 浪 涌 抑 制 器 的 参 数 包 含 一 些 不 符 合 NEMA LS-1 或 其 他 建 议 性 能 标 准 的 误 导 性 指 标 进 行 规 格 指 定 时 应 考 虑 的 基 本 性 能 安 全 和 安 装 标 准 如 下 : 20,000V SPD 1 480V 120V/ 208V A. 每 相 浪 涌 电 流 用 于 进 线 口 时 为 250 ka/ 相, 用 于 配 电 盘 或 其 他 位 置 时 为 120 ka/ 相 B. 允 通 电 压 规 定 基 于 三 种 标 准 IEEE 测 试 波 形 (IEEE C62.41 C3 类 B3 组 合 波 以 及 BE 环 形 波 ) 的 性 能 电 压 额 定 值 规 定 适 用 标 称 电 压 的 额 定 值 ( 即 208 和 480) 项 目 提 交 时 须 提 供 此 数 据 IEEE C3 20,000V TVSS 1 800V 25 us 50 SPD 2 C3 480V IEEE C62.41 C /208V 120/208V 2 100V 图 15. 设 施 范 围 保 护 解 决 方 案 IEEE 绿 皮 书 建 议 使 用 级 联 ( 或 二 级 ) 方 式 伊 顿 公 司 浪 涌 抑 制 指 南 21 21

22 C. 有 效 滤 波 器 在 100 khz 下 按 模 式 列 出, 因 为 SPD 的 元 件 编 号 和 类 型 因 模 式 而 不 同 根 据 现 有 的 研 究 资 料, 设 施 进 线 口 雷 电 浪 涌 的 最 大 幅 度 为 20 kv 10 ka 组 合 波 ( 参 见 IEEE C62.41) 超 过 此 数 值 时, 电 压 将 超 过 BIL 额 定 值, 从 而 使 导 体 或 配 电 系 统 产 生 电 弧 放 电 注 意 : 一 些 制 造 商 建 议 安 装 浪 涌 电 流 额 定 值 超 过 每 相 250 ka 的 SPD 事 实 上, 还 有 一 些 制 造 商 在 宣 传 高 达 每 相 600 甚 至 700 ka 的 浪 涌 电 流 额 定 值 这 样 的 耐 受 水 平 简 直 荒 谬, 对 客 户 没 有 任 何 益 处 每 相 400 ka 的 装 置 在 中 等 暴 露 位 置 下 的 预 期 寿 命 可 达 500 年 远 远 超 出 正 常 的 设 计 参 数 ( 为 达 到 竞 争 者 提 供 的 规 格, 伊 顿 不 得 不 打 造 更 高 额 定 值 的 装 置, 但 是 我 们 强 烈 建 议 顾 问 们 警 惕 出 于 商 业 目 的 宣 扬 过 高 额 定 值 的 供 应 商 ) 进 行 噪 声 衰 减 ( 基 于 MIL-STD- 220 插 入 损 耗 测 试 ) 衰 减 量 应 超 过 45 db(l-n 模 式 ) 须 将 插 入 损 耗 波 特 图 规 定 为 提 交 件 D. 集 成 式 安 装 工 厂 安 装 应 视 为 配 电 设 备 的 一 部 分 进 行 检 查, 确 保 安 装 工 作 最 大 限 度 地 缩 短 了 引 线 长 度 E. 内 部 熔 断 保 护 安 全 和 过 电 流 保 护 200 kaic 内 部 熔 断 系 统 F. 可 靠 的 监 控 和 诊 断 系 统 十 分 安 全 的 状 态 指 示 ( 所 有 相 位 ) 最 好 涵 盖 C 式 接 触 器, 以 便 进 行 远 程 监 控 G. 独 立 测 试 确 保 结 构 和 设 计 可 靠, 规 定 所 有 制 造 商 须 提 供 独 立 测 试 的 结 果, 独 立 测 试 旨 在 验 证 装 置 是 否 达 到 公 布 的 浪 涌 电 流 额 定 值 ( 每 种 模 式 每 个 相 位 都 要 进 行 ) 有 关 规 格 建 议 的 更 多 信 息 或 样 品 规 格 的 副 本, 请 联 系 伊 顿 7. 什 么 是 浪 涌 电 流 容 量? NEMA LS-1 将 其 定 义 为 :SPD 装 置 在 单 一 脉 冲 下 不 影 响 性 能 或 者 与 箝 位 电 压 偏 差 不 超 过 10% 的 最 大 8/20 US 浪 涌 电 流 脉 冲 行 业 标 准 是 公 布 模 式 L-N + L-G(Y 形 系 统 ) 和 模 式 L-L + L-G( 三 角 系 统 ) 下 的 每 相 浪 涌 电 流 浪 涌 电 流 容 量 用 于 表 明 特 殊 SPD 设 计 的 保 护 能 力, 在 针 对 具 体 应 用 指 定 SPD 的 规 格 时 必 须 以 每 种 模 式 每 个 相 位 的 形 式 提 供 注 意 : 不 要 求 制 造 商 对 其 所 有 装 置 的 浪 涌 电 流 容 量 额 定 值 进 行 独 立 测 试 大 部 分 公 布 的 额 定 值 为 理 论 值, 通 过 将 各 个 MOV 能 力 相 加 计 算 出 A 制 造 商 可 能 声 称 额 定 值 为 100 ka, 但 由 于 架 构 完 整 性 不 佳, 装 置 可 能 无 法 使 每 个 MOV 分 担 均 等 电 流 不 能 分 担 均 等 电 流, 公 布 的 浪 涌 电 流 额 定 值 就 无 法 达 到 规 格 阐 释 者 应 要 求 制 造 商 提 交 雷 电 实 验 室 确 认 装 置 已 达 到 公 布 的 浪 涌 额 定 值 的 独 立 测 试 报 告 所 有 限 幅 器 单 元 已 经 过 独 立 测 试 并 达 到 或 超 过 其 公 布 的 浪 涌 电 流 容 量 8. 需 要 多 大 的 浪 涌 电 流 容 量? 浪 涌 电 流 容 量 取 决 于 保 护 装 置 的 用 法 和 数 量 设 施 地 理 位 置 和 遭 受 瞬 变 的 程 度 如 何? 设 备 对 机 构 的 重 要 性 如 何 ( 对 停 机 时 间 的 影 响 维 修 成 本 )? 伊 顿 建 议 值 如 下 : 进 线 口 应 用 ( 即 高 暴 露 位 置 的 大 型 设 施 ) 为 每 相 250 ka; 支 线 配 电 板 位 置 不 超 过 每 相 120 ka 如 果 IEEE 和 其 他 研 究 规 定 最 大 浪 涌 为 10 ka, 为 什 么 很 多 供 应 商 ( 包 括 伊 顿 ) 还 是 建 议 安 装 最 高 为 每 相 250 ka 的 装 置 呢? 答 案 就 是 可 靠 性, 或 者 更 恰 当 的 说, 预 期 寿 命 通 过 提 高 抑 制 器 的 ka 额 定 值, 不 但 性 能 得 到 提 升, 而 且 抑 制 器 的 预 期 寿 命 也 有 所 延 长 进 线 口 抑 制 器 将 承 受 数 千 次 不 同 大 小 的 浪 涌 以 统 计 数 据 为 基 础, 我 们 可 以 确 定 抑 制 器 的 预 期 寿 命 浪 涌 电 流 额 定 值 为 250 ka 且 架 构 合 理 的 抑 制 器 在 高 暴 露 位 置 的 预 期 寿 命 大 于 25 年 现 在 的 SPD 已 经 不 会 因 雷 电 浪 涌 而 出 现 故 障 根 据 二 十 多 年 的 经 验,SPD 的 故 障 率 非 常 低 (<0.1%) 公 用 事 业 电 力 线 发 生 故 障, 造 成 暂 时 过 电 压 (TOV) 过 大 时 ( 例 如 经 过 多 个 周 期, 额 定 120 Vac 线 路 超 过 180V 时 ), 抑 制 器 才 有 可 能 发 生 故 障 TOV 会 损 坏 浪 涌 保 护 器 和 其 他 电 子 负 载 如 果 此 稀 有 事 件 发 生, 请 致 电 你 的 公 用 事 业 公 司 来 调 查 此 问 题 ( 有 关 国 际 环 境 下 TOV 问 题 的 更 多 信 息, 请 参 考 伊 顿 为 澳 大 利 亚 1997 年 INTELEC 大 会 编 写 的 IEEE 条 款 ) 22 伊 顿 公 司 浪 涌 抑 制 指 南

23 1. IEEE C 什 么 是 允 通 电 压 ( 箝 位 电 压 )? 允 通 电 压 指 SPD 能 够 抑 制 的 最 大 电 压 值, 超 过 此 值 时 浪 涌 就 会 传 递 至 负 载 图 16 是 允 通 电 压 的 示 例 允 通 电 压 是 一 个 性 能 指 标, 代 表 浪 涌 抑 制 器 减 弱 指 定 浪 涌 的 能 力 IEEE C62.41 对 进 线 口 和 支 线 配 电 板 处 的 测 试 波 形 做 出 了 规 定 浪 涌 抑 制 器 制 造 商 必 须 具 备 在 几 个 关 键 波 形 ( 即 C3 类 和 C1 类 组 合 波 形 ;B3 类 环 形 波 ) 下 进 行 允 通 电 压 测 试 的 能 力 注 意 :UL 1449(1988 年 第 2 版 ) 指 导 了 如 何 进 行 500A 允 通 电 压 测 试 此 测 试 未 提 供 任 何 性 能 数 据, 不 是 一 个 关 键 规 格 指 标 箝 位 电 压 和 允 通 电 压 经 常 会 被 混 淆 箝 位 电 压 与 金 属 氧 化 物 压 敏 电 阻 元 件 的 工 作 特 性 有 关, 不 能 用 于 比 较 SPD 的 性 能 箝 位 电 压 是 1 ma 电 流 传 递 至 MOV 时 的 电 压 箝 位 电 压 不 涵 盖 内 部 布 线 熔 断 保 护 防 震 垫 圈 或 安 装 引 线 长 度 的 影 响 允 通 电 压 更 适 用 于 SPD, 是 指 在 IEEE 指 定 的 浪 涌 波 形 和 设 定 下 进 行 测 试 时,SPD 能 够 抑 制 的 最 大 电 压 值 C3 (20 kv, 10 ka) 1. IEEE C (A) (A) C3 (20 kv, 10 ka) C1 (6 kv, 3 ka) C1 (6 kv, 3 (us) ka) (us) 图 16. IEEE 指 定 的 不 同 浪 涌 波 形 下 的 允 通 电 压 示 例 10. 为 什 么 安 装 工 作 很 重 要? 安 装 工 作 对 SPD 的 性 能 有 何 影 响? 安 装 引 线 长 度 ( 电 线 ) 会 影 响 浪 涌 抑 制 器 的 性 能 根 据 经 验, 每 英 寸 安 装 引 线 将 使 每 英 寸 电 线 的 电 压 增 加 15 到 25V 因 为 浪 涌 在 高 频 率 ( 约 100 khz) 下 发 生, 所 以 母 线 到 浪 涌 抑 制 元 件 间 的 引 线 会 在 浪 涌 流 经 路 径 形 成 阻 抗 SPD UL V (23%) 1, V (75%) V (23%) V (75%) 图 17. 采 用 IEEE C1(6000V,3000A) 3 波 形 (UL1449 测 试 1 波 形 ) 时 的 附 加 允 通 电 压 (V) (V) SPD 15 25V UL , V B3 (6 kv, 500 A, 100 khz) B3 (6 kv, 500 A, 100 khz) 正 如 一 位 规 格 阐 释 者 所 说, 不 管 你 购 买 哪 种 TVSS 装 置, 安 装 要 求 和 检 查 才 是 浪 涌 规 格 的 最 重 要 因 素 公 布 的 允 通 电 压 额 定 值 只 适 用 于 装 置 / 模 块 这 些 额 定 值 不 包 括 安 装 引 线 长 度 ( 取 决 于 电 工 安 装 单 元 的 方 式 ) 系 统 的 实 际 允 通 电 压 在 母 线 处 测 量, 取 决 于 两 个 因 素 : 14 AWG 10 AWG 14 AWG 4 AWG 10 AWG 4 AWG 1. ó 75% 2. ó 23% 3. ó 1. ó 75% 2. ó 23% 3. ó 1. 装 置 额 定 值 ( 抑 制 器 的 质 量 ) 2. 安 装 质 量 以 一 个 额 定 值 为 400V 的 SPD 为 例 ( 基 于 IEEE C1 类 测 试 波 形 ) 将 其 用 14 英 寸 的 #14 电 线 连 接 至 配 电 盘, 就 会 使 允 通 电 压 增 加 约 300V 因 此, 母 线 处 的 实 际 允 通 电 压 为 700V 23 伊 顿 公 司 浪 涌 抑 制 指 南 2323

24 11. 为 什 么 应 将 抑 制 器 集 成 至 配 电 设 备 ( 配 电 板 配 电 盘 ) 中? 大 部 分 规 格 阐 释 者 现 在 都 要 求 装 置 制 造 商 将 抑 制 器 集 成 至 配 电 板 配 电 盘 或 MCC 中 与 外 部 安 装 应 用 相 比, 集 成 式 抑 制 具 有 很 多 关 键 优 势 : 1. 性 能 将 SPD 集 成 至 配 电 设 备 可 消 除 安 装 引 线, 使 性 能 显 著 提 升 ( 允 通 电 压 值 更 低 ) 2. 控 制 现 场 安 装 不 可 能 出 错 在 工 厂 安 装 并 测 试 好 抑 制 器 后, 规 格 阐 释 者 无 需 检 查 安 装 情 况, 无 需 要 求 承 建 商 重 新 安 装 装 置 ( 此 过 程 代 价 高 且 耗 时 ) 而 且 还 为 工 程 师 和 最 终 用 户 解 决 了 一 些 不 必 要 的 麻 烦 3. 减 少 墙 面 空 间 集 成 抑 制 器 消 除 了 原 先 由 安 装 在 外 部 的 抑 制 器 占 用 的 空 间 ( 两 到 三 英 尺 之 间 ) 4. 保 修 申 请 只 需 向 一 个 供 应 商 提 出 出 现 问 题 时, 客 户 避 免 了 与 制 造 商 之 间 可 能 发 生 的 保 修 争 议 5. 降 低 安 装 成 本 安 装 SPD 时 不 会 有 承 建 商 费 用 Cutler-Hammer 限 幅 器 电 源 系 统 已 集 成 到 我 们 的 所 有 低 压 配 电 设 备 中 凭 借 创 新 的 直 接 母 线 连 接, 我 们 限 制 了 SPD 和 电 气 设 备 之 间 的 引 线 长 度 例 如, 限 幅 器 电 源 系 统 的 UL 1449 允 通 电 压 额 定 值 为 400V 凭 借 我 们 的 零 引 线 长 度 直 接 母 线 连 接, 在 配 电 板 母 线 处 的 允 通 电 压 仅 为 420V 与 传 统 电 缆 连 接 设 计 相 比, 这 是 一 个 巨 大 性 能 优 势 SPD G N SPD 208Y/120 SPD MCC SPD CPS SPD ( 14" SPD N G = 图 18. 集 成 式 SPD 的 性 能 一 些 SPD 制 造 商 已 经 获 批 将 SPD 安 装 至 其 他 制 造 商 的 配 电 板 的 UL 程 序 出 现 这 种 情 况 时, 原 始 配 电 板 制 造 商 的 UL 标 签 (UL67) 就 将 失 效, 制 造 商 提 供 的 保 修 权 也 将 同 样 失 效 SPD 制 造 商 则 修 改 并 将 SPD 集 成 至 配 电 板, 并 且 必 须 承 担 所 有 与 配 电 板 和 SPD 相 关 的 保 修 责 任 和 其 他 义 务 责 任 在 大 多 数 情 况 下, 原 始 配 电 板 制 造 商 的 铭 牌 资 料 不 会 被 移 除 或 被 SPD 制 造 商 的 铭 牌 资 料 取 代 这 会 为 最 终 客 户 带 来 问 题, 因 为 设 施 内 不 同 的 配 电 板 均 带 有 原 始 配 电 板 制 造 商 的 铭 牌 资 料, 但 保 修 责 任 却 由 两 个 不 同 的 公 司 承 担 2424 伊 顿 公 司 浪 涌 抑 制 指 南

25 伊 顿 公 司 浪 涌 抑 制 指 南 为 什 么 焦 耳 额 定 值 和 响 应 时 间 是 不 相 关 规 格? 焦 耳 额 定 值 对 浪 涌 保 护 装 置 而 言 并 不 是 一 个 被 认 可 的 规 格 鉴 于 焦 耳 额 定 值 可 能 提 供 误 导 性 和 相 互 矛 盾 的 信 息,IEEE IEC 和 NEMA 不 建 议 在 比 较 浪 涌 抑 制 器 或 指 定 其 规 格 时 使 用 焦 耳 额 定 值 作 为 参 数 例 如,150V 或 175V MOV 可 以 使 用 在 120 V 系 统 上 即 使 175V MOV 的 焦 耳 额 定 值 更 高, 但 150V MOV 的 允 通 电 压 却 要 低 得 多, 而 且 浪 涌 保 护 性 能 更 好 焦 耳 额 定 值 会 根 据 允 通 电 压 浪 涌 电 流 和 浪 涌 持 续 时 间 而 变 化 公 布 焦 耳 额 定 值 时 所 有 制 造 商 都 可 能 使 用 不 同 的 标 准 浪 涌 波 形 考 虑 到 焦 耳 额 定 值 的 迷 惑 性, 在 电 源 质 量 行 业 我 们 不 建 议 使 用 焦 耳 额 定 值 作 为 性 能 指 标 响 应 时 间 所 有 抑 制 器 均 具 有 充 足 的 响 应 时 间 来 对 浪 涌 作 出 反 应 事 实 上,MOV 的 反 应 速 度 要 比 浪 涌 快 1000 倍 NEMA 和 IEEE 不 建 议 使 用 响 应 时 间 作 为 比 较 SPD 的 一 个 性 能 指 标 14. 带 可 更 换 模 块 的 SPD 是 否 优 于 不 带 可 更 换 设 计 的 SPD? 否 为 了 最 小 化 生 产 成 本 并 创 建 模 块 的 零 件 市 场 业 务, 一 些 制 造 商 大 力 宣 扬 模 块 化 设 计 然 而, 很 多 模 块 化 设 计 还 是 存 在 一 些 潜 在 技 术 缺 陷 1. 如 果 一 个 模 块 损 坏, 所 有 模 块 都 要 更 换 ( 未 损 坏 的 模 块 不 仅 会 增 加 系 统 压 力, 而 且 会 使 保 护 不 平 衡 ) 伊 顿 和 其 他 几 家 供 应 商 建 议 进 行 完 全 更 换, 或 者 更 换 所 有 模 块, 确 保 系 统 的 安 全 性 和 可 靠 性 2. 易 于 在 性 能 规 格 上 有 所 欺 诈 ( 抑 制 额 定 值 往 往 只 针 对 个 别 模 块 ; 未 公 布 整 个 单 元 额 定 值 ) 3. 模 块 化 设 计 采 用 香 蕉 插 头 连 接, 而 非 低 阻 抗 螺 栓 固 定 连 接 12. 滤 波 的 优 势 是 什 么 ( 正 弦 波 跟 踪 )? 把 电 容 器 加 入 抑 制 装 置 后, 滤 波 可 消 除 电 力 线 路 噪 声 和 振 铃 瞬 变 ( 参 见 图 19 和 图 20 ) 图 21. B3 类 100 KHZ 6,000V 时 的 滤 波 器 性 能 图 20. EMI/RFI 电 力 线 路 噪 声 注 : 噪 声 就 是 任 何 会 造 成 不 良 影 响 的 有 害 电 信 号 噪 声 通 常 小 于 两 倍 的 峰 值 电 压 图 19. 从 内 部 产 生 的 环 形 波 注 : 频 率 介 于 50 khz 至 250 khz 之 间 时, 环 形 波 通 常 会 在 设 施 内 部 产 生 共 振 混 合 SPD 将 MOV 优 势 和 滤 波 优 势 相 结 合 的 装 置 设 计 合 理 的 混 合 SPD 远 远 优 于 只 使 用 MOV 的 SPD 注 意 : 滤 波 常 常 指 正 弦 波 跟 踪 或 主 动 跟 踪 这 些 是 营 销 用 语, 与 滤 波 器 性 能 并 不 相 关 不 是 所 有 的 SPD 都 能 进 行 滤 波, 许 多 SPD 可 能 具 有 正 弦 波 跟 踪 显 示 正 弦 波 或 EMI/RFI 噪 声 衰 减 功 能, 但 却 不 具 备 优 质 滤 波 器 滤 波 性 能 关 键 指 标 : 100 khz 时 发 生 MIL-STD-220A 衰 减, 并 以 db 计 量 db 额 定 值 越 高 ( 即 >40 db), 性 能 越 好 允 通 电 压 :IEEE C62.41 B3 类 环 形 波 在 120V 系 统 的 L-N 模 式 下 应 小 于 <200V 噪 声 滤 波 性 能 符 合 UL 1283 标 准

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