電源SPD后備保護器(SCB),應該滿足以下幾個基本要求:
1.在電涌沖擊時不動作;
2.在SPD出現“短路”故障時及時可靠地動作;
3.應保證系統的供電連續性(通常情況下的要求),要求SPD后備保護能與主回路保護裝置配合,即 SPD支路后備保護F2應先于主回路保護裝置F1動作(如果在特殊情況下,選擇保證SPD保護連續性的話,則對這一條不做要求)。
如下示意圖,當SPD出現續流或者短路故障時,我們希望F2動作,而F1不動作,避免電力供應中斷。
也就是說,理想狀態下,SPD支路熔斷器既要實現與上級熔斷器的匹配(不能太大),又要與SPD的放電能力匹配(不能太小)。實際應用中很難同時滿足以上2個要求,這就需要設計人員根據實際情況來決定了。如因工藝等原因,停機造成的損失很大,通常不允許斷電停機,那么就要選擇保證供電連續性。如果設備貴重、受雷擊風險高且斷電停機損失相對較小,如風力發電機,應選擇保證SPD保護連續性。
電源SPD常用的后備保護,有熔斷器和斷路器兩種,該如何選擇?
在此我們需要先來了解一下熔斷器和斷路器不同的工作原理,以及應用上的差別。
熔斷器,俗稱保險絲,是依靠能量的累積,熔絲到一定的溫度時實現熔斷,其熔斷不光與電流大小有關,也和時間有關。斷路器,則是靠電流流過線圈時產生的電磁力來吸附可動的觸頭實現動作,主要和電流(峰值)大小有關。
電涌沖擊的電流峰值很大,這使得采用斷路器時,沖擊電流峰值越大(波形持續時間越長),斷路器越容易動作,所以一般只是在沖擊電流較小時,采用斷路器(微型)。以下我們來詳細比較一下熔斷器和微型斷路器的優缺點。
后備保護器,SCB后備保護器
后備保護器,SCB后備保護器
熔斷器:
優點:
可實現主回路(F1)和支路(F2)匹配,滿足F1:F2≥1.6:1即可,如F1=100A,F2=63A;
限流性好,分斷能力強;
感抗小,經受電涌沖擊時,不會額外提升被保護設備兩端電壓;
成本低。
主要缺點:
不能在35mm導軌上安裝;
熔斷后需要更換熔芯;
熔斷后指示性較差。
微型斷路器:
優點:
安裝方便;
故障斷開后,如無特殊原因,手動復位即可;
斷開后指示性好。
缺點:
不能保證F1和F2的匹配,即使F1額定值大于F2,也不能保證F2先于F1動作;
在電涌沖擊時,容易跳閘,需要及時檢查復位;
內部有線圈,感抗大,電涌沖擊時,會在斷路器上產生較高的電壓,該電壓和SPD的殘壓一起施加到被保護設備上,對保護效果不利;成本相對較高。
后備保護器,SCB后備保護器
后備保護器,SCB后備保護器
所以,熔斷器更適合作為SPD的后備保護。
IEC61643.12-2008標準中,只對熔斷器的使用做了推薦。對于斷路器,有人進行過相關研究測試工作,但由于不同廠家、不同品牌、不同曲線的斷路器實驗結果上一致性差,無法給出推薦值。
地凱科技測試了國內幾個常用品牌的熔斷器(方形柱體),不同品牌之間測試的結果略有差異,但總體情況與標準推薦值比較吻合。
在F1≥1.6A的情況下,保證供電連續性和保證SPD保護連續性是可以同時滿足的。
另補充說明:當所選F2<A時,表示在極限情況的電涌沖擊下(沖擊電流接近或超過In值,或者系統承受過多次沖擊),允許熔斷器熔斷。但即使熔斷器熔斷,SPD仍然會起到保護作用的,這是因為熔斷器的熔斷響應時間比SPD響應時間大幾個數量級(熔斷器響應是ms級,SPD響應是ns級,雷電流波形是us級),在實驗室進行的測試中,導致熔斷器斷開的那一次電涌沖擊波形都是采集到了的。只不過是在熔斷器熔斷之后,如果未及時維護更換,下一次電涌沖擊時設備就可能因失去SPD的保護而損壞。
近幾年,市場上在大力宣傳推廣一種電源SPD專用的后備保護器(SSD),用來代替常規電源SPD后備保護熔斷器(F2)。其理論基礎是:普通的熔斷器在作為電源SPD的后備保護時,其保護范圍和電源SPD內部脫離器存在保護上的盲區。具體一點講,就是:
電源SPD內部脫離器一般針對小的故障電流(漏電流,mA級至A級),而電源SPD(外部)后備保護脫離器針對的是大的故障電流(短路電流,數百、千A級),兩個脫離器存在保護上的盲區,仍有起火隱患,而采用電源SPD專用后備保護器,就可以消除這樣的一個保護盲區。
3)哪些情況下,電源SPD會出現安培級故障電流?概率有多大?
如果是因為SPD在mA級故障電流下未能成功脫扣,導致漏電流增加至安培級,那么在這種情況下,在SSD動作之前,SPD大概率已經起火了。
所謂“解鈴還須系鈴人”,我們應首先從提高電源SPD自身的安全可靠性的角度(可靠的脫扣裝置和足夠大的短路耐受能力)來解決SPD在應用中存在的隱患。而SSD雖然能解決目前存在的部分問題,但也可能引入新的問題,并增加成本壓力。
審核編輯黃宇
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