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什么是防雷浪涌模塊(浪涌保護(hù)器),它的使用原理是什么?

更新更新時(shí)間:2021-09-07      點(diǎn)擊次數(shù):2410
  前言:在電路保護(hù)解決方案中,雷擊浪涌防護(hù)是電子工程師尤為關(guān)注的一個(gè)防護(hù)重點(diǎn),浪涌也叫突波,顧名思義就是超出正常工作電壓的瞬間過(guò)電壓,浪涌保護(hù)器,也叫防雷器,是一種為各種電子設(shè)備、儀器儀表、通訊線路提供安全防護(hù)的電子裝置。當(dāng)電氣回路或者通信線路中因?yàn)橥饨绲母蓴_突然產(chǎn)生尖峰電流或者電壓時(shí),浪涌保護(hù)器能在極短的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通分流,從而避免浪涌對(duì)回路中其他設(shè)備的損害,本質(zhì)上講,浪涌是發(fā)生在僅僅幾百萬(wàn)分之一秒時(shí)間內(nèi)的一種劇烈脈沖。
  最原始的浪涌防雷保護(hù)器羊角形間隙,出現(xiàn)于19世紀(jì)末期,用于架空輸電線路,防止雷擊損壞設(shè)備絕緣而造成停電,故稱“浪涌保護(hù)器”,20世紀(jì)20年代,出現(xiàn)了鋁浪涌保護(hù)器,氧化膜浪涌保護(hù)器和丸式浪涌保護(hù)器,30年代出現(xiàn)了管式浪涌保護(hù)器,50年代出現(xiàn)了碳化硅防雷器,70年代又出現(xiàn)了金屬氧化物浪涌保護(hù)器,現(xiàn)代高壓浪涌保護(hù)器,不僅用于限制電力系統(tǒng)中因雷電引起的過(guò)電壓,也用于限制因系統(tǒng)操作產(chǎn)生的過(guò)電壓。
  1、浪涌防雷保護(hù)器按工作原理分:
  浪涌保護(hù)器中的元件(壓敏電阻MOV,硅雪崩二極管SAD、空氣導(dǎo)管、大放電電容)是采用損耗自身的方式對(duì)沖擊電流進(jìn)行消解(發(fā)熱,融化),從而使導(dǎo)入地下的沖擊電流在安全范圍之內(nèi),不會(huì)形成二次反擊。抑制元件的自身壽命會(huì)因?yàn)榉磸?fù)承受電流沖擊而縮短,SineTamer采用了40模塊和熱、電熔斷雙保險(xiǎn)、熱分擔(dān)算法等,確保了SineTamer的使用壽命。SineTamer約消解90%的過(guò)電壓和過(guò)電流,剩余的10%則導(dǎo)入地下。
  SPD并聯(lián)于線路(L/N)與大地之間,在正常工作電壓情況下,MOV處于高阻狀態(tài),相當(dāng)于線路對(duì)地開(kāi)路,不影響線路正常工作,故障顯示窗口呈綠色,當(dāng)線路由于雷電或開(kāi)關(guān)操作出現(xiàn)瞬時(shí)脈沖過(guò)電壓時(shí),防雷模塊在納秒級(jí)時(shí)間內(nèi)迅速導(dǎo)通,將過(guò)電壓短路到大地泄放,當(dāng)該脈沖過(guò)電壓消失后,防雷模塊又自動(dòng)恢復(fù)高阻狀態(tài),不影響用戶供電。
  當(dāng)防雷模塊長(zhǎng)期工作在超負(fù)荷工作狀態(tài),其性能劣化而發(fā)熱到一定溫度,模塊中的熱感斷路器(K1)會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)避雷模塊回路,保護(hù)電源電路工作不受影響,防止火災(zāi)發(fā)生,當(dāng)線路感應(yīng)過(guò)大雷電流時(shí),過(guò)流斷路器(K2)迅速斷開(kāi),防止SPD爆炸。K1或K2動(dòng)作后,SPD內(nèi)脫扣裝置動(dòng)作,使故障顯示窗口顯示紅色,提醒用戶更換SPD模塊,同時(shí),脫扣裝置帶動(dòng)遙信告警開(kāi)關(guān)(SK)動(dòng)作,輸出故障告警信號(hào)。
 ?。?)開(kāi)關(guān)型:其工作原理是當(dāng)沒(méi)有瞬時(shí)過(guò)電壓時(shí)呈現(xiàn)為高阻抗,但一旦響應(yīng)雷電瞬時(shí)過(guò)電壓時(shí),其阻抗就突變?yōu)榈椭担试S雷電流通過(guò)。用作此類裝置時(shí)器件有:放電間隙、氣體放電管、閘流晶體管等。
  (2)限壓型:其工作原理是當(dāng)沒(méi)有瞬時(shí)過(guò)電壓時(shí)為高阻擾,但隨電涌電流和電壓的增加其阻抗會(huì)不斷減小,其電流電壓特性為強(qiáng)烈非線性。用作此類裝置的器件有:氧化鋅、壓敏電阻、抑制二極管、雪崩二極管等。
  (3)分流型或扼流型
  分流型:與被保護(hù)的設(shè)備并聯(lián),對(duì)雷電脈沖呈現(xiàn)為低阻抗,而對(duì)正常工作頻率呈現(xiàn)為高阻抗。
  扼流型:與被保護(hù)的設(shè)備串聯(lián),對(duì)雷電脈沖呈現(xiàn)為高阻抗,而對(duì)正常的工作頻率呈現(xiàn)為低阻抗。
 ?。?)用作此類裝置的器件有:扼流線圈、高通濾波器、低通濾波器、1/4波長(zhǎng)短路器等。
  2、按用途分:
 ?。?)電源保護(hù)器:交流電源保護(hù)器、直流電源保護(hù)器、開(kāi)關(guān)電源保護(hù)器等。
 ?。?)信號(hào)保護(hù)器:低頻信號(hào)保護(hù)器、高頻信號(hào)保護(hù)器、天饋保護(hù)器等。
  3、根據(jù)所選擇的浪涌保護(hù)器和預(yù)期的環(huán)境影響,保護(hù)系統(tǒng)的電源和設(shè)備所需的保護(hù)措施被分為三級(jí)。
  B類浪涌保護(hù)器:標(biāo)稱放電電流In,沖擊電壓1.2/50μs沖擊電壓和最大沖擊電流Iimp的試驗(yàn),Iimp的波形為10/350μsUp最大4kv(IEC61643-1;IEC60664-1)。
  C類浪涌保護(hù)器:標(biāo)稱放電電流In,沖擊電壓1.2/50μs沖擊電壓和最大沖擊電流Iimp的試驗(yàn),Iimp的波形為8/25ms。
  D類浪涌保護(hù)器:進(jìn)行混合波合(開(kāi)路電壓1.2/50μs沖擊電壓,鄧路電流8/25μs)試驗(yàn)。
  4、浪涌保護(hù)器的好與否直接關(guān)系到設(shè)備的全安問(wèn)題,因此在選取浪涌保護(hù)器以幾點(diǎn)可參考:
  箝位電壓——這表示將導(dǎo)致MOV接通地線的電壓值。箝位電壓越低,表示保護(hù)性能越好。此UL標(biāo)稱值有三個(gè)保護(hù)水平——330伏、400伏和500伏。通常,箝位電壓超過(guò)400伏就太高了。
  能量吸收/耗散能力——此標(biāo)稱值表示浪涌保護(hù)器在燒毀前能夠吸收多少能量,單位為焦耳。其數(shù)值越高,保護(hù)性能就越好。您購(gòu)買的保護(hù)器的這一標(biāo)稱值至少要在200至400焦耳之間。若要獲得更好的保護(hù)性能,應(yīng)該尋找此標(biāo)稱值在600焦耳以上的產(chǎn)品。
  響應(yīng)時(shí)間——浪涌保護(hù)器不會(huì)立刻斷開(kāi);它們對(duì)電涌做出響應(yīng)會(huì)有略微的延遲,響應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng),表示計(jì)算機(jī)(或其他設(shè)備)將遭受浪涌的持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)。請(qǐng)購(gòu)買響應(yīng)時(shí)間低于一毫微秒的浪涌保護(hù)器,此外,您還應(yīng)該購(gòu)買具有指示燈的保護(hù)器,以便判斷保護(hù)元件是否在起作用。在遭受多次電涌之后,所有MOV都將會(huì)燒毀,但是保護(hù)器仍然會(huì)作為一個(gè)電源板而工作。沒(méi)有電源指示燈,就無(wú)法得知保護(hù)器是否仍然在正常工作。
  5、可能引起浪涌的原因有:重型設(shè)備、短路、電源切換或大型發(fā)動(dòng)機(jī),而含有浪涌阻絕裝置的產(chǎn)品可以有效地吸收突發(fā)的巨大能量,以保護(hù)連接設(shè)備免于受損。
  6、開(kāi)關(guān)型浪涌保護(hù)器和限壓型浪涌保護(hù)器的區(qū)別?
  答:開(kāi)關(guān)型浪涌保護(hù)器為間隙放電型器件,其雷電能量瀉放能力大,在線路上使用的主要作用是泄放雷電能量;限壓型浪涌保護(hù)器為氧化鋅壓敏電阻器件,其雷電能量瀉放能力小,但其過(guò)電壓抑制能力好,在線路上使用的主要作是限制過(guò)電壓。因?yàn)榇?,一般在建筑物入口處選用如Asafe系列的開(kāi)關(guān)型浪涌保護(hù)來(lái)泄放雷電能量,然后,在后級(jí)電路使用如AM系列的限壓型浪涌保護(hù)器來(lái)限制因前級(jí)雷電能量瀉放后,在后級(jí)線路產(chǎn)生的高過(guò)電壓。兩種浪涌保護(hù)器需配合使用,方能保證配電線路中設(shè)備的安全。
  7、與浪涌保護(hù)器相配合的微型斷路器如何選型?
  答:Asafe開(kāi)關(guān)型模塊由于其損壞方式為開(kāi)路,因此可以不用裝微型斷路器;第一級(jí)模塊,如AMI-40,需要選用63A的分?jǐn)嚯娏髂芰?0KA的D型微型斷路器;第二級(jí)模塊,如AM2-20,需要選用32A的分?jǐn)嚯娏髂芰?.5KA的C、D型微型斷路器,由于其工作曲線IN值的不同,因此推薦使用D型;第三級(jí)模塊,如AM3-10,需要選用16A的分?jǐn)嚯娏髂芰?.5KA的C、D型微型斷路器,由其工作曲線IN值的不同,因此推薦使用D型。
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