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电涌保护器件(SPD 选择,应用和理论(第四篇)
2018-11-16

我们现在生活在电子时代,LEMP是按照制造标准BS EN 62305-4用于保护电子和电气系统。 LEMP是指闪电的整体电磁效应,包括传导浪涌(瞬态过电压和电流)和辐射电磁场效应。BS EN 62305 - 4标准对损坏的来源,损坏类型和损失类型进行了分类。

4.1损害来源
可能由闪电引起的损坏细分为:
•结构损坏(包括所有进入的电气架空线和埋地线)连接到结构)
•服务损坏(在这种情况下服务是电信,数据的一部分,供电,供水,燃气和燃料分配网络)。

4.2损坏类型
每种伤害源都可能导致三种类型的伤害中的一种或多种。可能的类型损坏情况如下:
D1由于步进和触摸电压导致的人或牲畜的伤害
D2由于物理损坏(火灾,爆炸,机械破坏,化学品释放)闪电电流效应包括火花
D3雷电电磁脉冲(LEMP)引起的内部系统故障,这种更广泛的方法考虑到特定服务(电力,电信和其他线路)连接到结构的标识表明火灾和/或爆炸可能发生在对连接服务或其附近发生雷击的结果(这些是由火花引发的由于过电压和部分雷电流通过这些连接的服务传输)。
这反过来可能直接影响特定类型的损失。
4.3损失类型
闪电造成的损坏可能导致以下类型的损失;
L1人命丧失
L2对公众的服务损失
L3文化遗产的丧失
L4经济价值损失
注:L4涉及结构及其内容;由于损失,服务和活动的损失。通常情况下,丢失昂贵且关键的设备,这些设备可能因电源损耗而无法挽回地损坏数据/电信线同样,重要财务信息的丢失,例如,无法传递给客户的由闪电瞬变引起的内部IT硬件损坏,退化或中断的金融机构。
表1总结了所有上述参数的关系。

*仅适用于有爆炸危险的建筑物以及医院或其他失败的建筑物内部系统立即危及人的生命。
**仅适用于可能遗失动物的物业。

LEMP损伤是如此普遍,以至于它被确定为特定类型(D3)之一应提供保护,并且可以从所有打击点到结构或连接服务 - 直接或间接。这种扩展的方法也考虑到火灾或火灾的危险与连接到结构的服务相关的爆炸,例如电力,电信等金属线。
BS EN 62305-4是完整标准的组成部分。积分我们的意思是追随风险如BS EN 62305-2中详述的评估,所讨论的结构可能需要两者结构防雷保护系统(LPS)和一套完全协调的SPD,将风险降到最低接受标准中规定的可容忍水平。 BS EN 62305明确指出结构
不得将防雷保护器与瞬态过电压/浪涌隔离开来考虑保护,并给予来自所有罢工点的闪电,直接或间接,到结构或连通服务会产生瞬变风险,防雷保护器是一种至关重要的保护手段结构防雷是否存在。

4.4雷电保护和BS 7671接线规定
在过去的两年中,我们作为电子设备社会的依赖程度急剧增加几十年;因此,BS EN 62305已明确承认对此类设备的保护规范部分BS EN 62305-4,其中规定:“闪电作为伤害的来源是一种非常高能量的现象。闪电闪烁释放数百兆焦耳的能量。与毫焦耳的能量相比可能足以对电子电气中敏感的电子设备造成损害在一个结构内的系统中,很明显需要采取额外的保护措施保护一些这样的设备。“由于失败的成本增加,出现了对这一国际标准的需求电气和电子系统,由闪电的电磁效应引起。特别是重要的是用于数据处理和存储以及过程的电子系统控制和安全的计划有相当大的资本成本,规模和复杂性(为哪个工厂出于成本和安全原因,中断是非常不受欢迎的。)““布线规则”第443节以CENELEC协调文件为基础在BS EN 62305-4之前发布。这导致了对照明防护的误解根据第443条的“雷暴天”方法就足够了。使用“雷暴天”作为可容忍风险的唯一标准是显着偏离BS EN 62305在风险评估中使用了许多其他因素。 IEC目前正在审查IEC 60364的第443节将其与IEC 62305重新对准。建议全部风险在此过程正在进行时,遵循BS EN 62305的评估方法而不是第443节确保考虑所有风险因素的地方。
4.5表征瞬态电流和电压
4.5.1电流和电压波形
BS EN 62305考虑了金属服务线路上的保护措施(通常是电源,信号)和电信线路)使用瞬态过电压或浪涌保护器(SPD)对抗两者直接雷击以及更常见的间接雷击和切换瞬变。诸如BS EN 61643系列之类的标准定义了雷电流的特性和电压,以实现可靠和可重复的SPD测试(以及防雷保护组件)。虽然这些波形可能与实际瞬态不同,但标准化形式基于多年的观察和测量(在某些情况下模拟)。一般来说它们提供了现实世界瞬态的公平近似。瞬态波形具有快速上升沿和较长尾部。他们通过他们的巅峰描述值(或幅度),上升时间及其持续时间(或下降时间)。持续时间以时间衡量采取测试瞬态衰减到其峰值的一半。

下图显示了用于测试SPD的常见电流和电压波形用于主电源,信号线和电信线。

4.5.2损害来源
直接雷击导致的雷电流由模拟的10 /350μs表示具有快速上升时间和长衰减的波形,复制了直接的高能量含量闪电。
4.5.2.1直接打击
直接雷电可以将10 /350μs波形的部分雷电流注入系统具有结构防雷系统的结构接收直接打击(源S1)或闪电直接撞击架空服务线(源S3)。

4.5.2.2间接打击
结构附近(源S2)或连接服务附近的远程或间接闪电表示距离最远1km的结构(源S4)(因此更常见)通过8 /20μs波形。 直接闪电和开关源引起的浪涌也是如此由此波形表示。 与10 /350μs相比,具有更短的衰减或下降时间波形,8 /20μs波形显着减少能量(对于等效峰值电流)
但仍然具有毁灭性,足以损坏电气和电子设备。

BS EN 62305-1认识到由于闪电导致的内部系统故障(损坏类型D3)电磁脉冲(LEMP)可以从所有罢工点到结构或服务 - 直接或间接(所有来源:S1,S2,S3和S4)。
4.6浪涌保护措施(SPM)
注意:电涌保护措施(SPM)以前称为LEMP保护措施系统(LPMS)BS EN 62305有几种技术可用于最小化对电子的雷电威胁系统。与所有安全措施一样,它们应尽可能被视为累积而非累积作为替代品清单。 BS EN 62305将此定义为完整的保护措施系统针对LEMP的内部系统,使用术语浪涌保护措施(SPM)。
BS EN 62305-4描述了一些措施,以尽量减少瞬态过电压的严重程度由雷电和电气开关引起的。关键和基本保护措施是
•接地和粘接
•电磁屏蔽和线路布线
•协调电涌保护装置
进一步的保护措施包括:
•结构LPS的扩展
•设备位置
•使用光纤电缆(隔离保护)
注意:出于本指南及其范围的目的,仅考虑使用SPD的保护措施。有关所有保护措施的更多详细信息,请参见BS EN 62305。SPM还必须在其内部运行并承受它们所处的环境考虑温度,湿度,振动,电压和电流等因素。使用根据BS EN的风险评估来选择最合适的SPM62305-2考虑到技术和经济因素。例如,它可能不是在现有结构中实施电磁屏蔽措施的实用或成本效益所以使用协调的SPD可能更合适。理想情况下,SPD最好合并在项目设计阶段,虽然它们也可以很容易地安装在现有的安装中。为了确保即使在直接打击的情况下关键系统的连续运行,SPD也是如此
必要的,必须根据浪涌源和使用强度进行适当的部署BS EN 62305-4中的防雷区(LPZ)概念。
4.6.1防雷区(LPZ)概念
针对LEMP的防护基于分裂的防雷区(LPZ)的概念根据LEMP构成的威胁程度,将有关结构划分为若干区域。一般的想法是在结构中识别或创建较少暴露的区域闪电的部分或全部影响,并协调这些与免疫特性安装在该区域内的电气或电子设备。连续区域的特点由于粘接,屏蔽或使用SPD,LEMP严重程度显着降低。图22说明了详细说明针对LEMP的保护措施定义的基本LPZ概念在BS EN 62305-4中。这里的设备可以防止雷击,包括直接和间接打击结构和服务,带有SPM。这包括空间屏蔽,进入金属的结合水和天然气等服务以及协调的SPD的使用。

空间屏蔽是用于描述有效屏幕以防止穿透的术语LEMP。 结构或房间内的外部LPS或导电钢筋将构成空间捷光。

LPZ可以分为两类(见下图23) - 2个外部区域(LPZ 0A,LPZ0B)并且通常是2个内部区域(LPZ1,2),但是可以进一步引入其他区域如果需要,减少电磁场和雷电流。

LPZ OA直接闪光,全雷电流,全磁场
LPZ OB无直接闪光,但部分闪电或感应电流,全磁场
LPZ 1无直接闪光,但部分闪电或感应电流,阻尼磁场
LPZ 2无直接闪光或部分闪电,但感应电流,进一步阻尼磁场
LPZ 1和LPZ 2内的受保护卷必须遵守安全距离ds

外部区域:
•LPZ 0A是直接雷击的区域,因此可能需要携带达到完全雷电流。这通常是没有结构的屋顶区域结构防雷。这里发生完整的电磁场。
•LPZ 0B是不受直接雷击影响的区域,通常是a的侧壁结构或屋顶结构防雷。然而全电磁磁场仍然在这里发生,并进行部分或感应雷电流和切换这里可能会出现激增。
内部区域:
•LPZ 1是受部分雷电流影响的内部区域。进行了与外部区域相比,雷电流和/或开关浪涌减少如果采用合适的屏蔽措施,LPZ 0A,LPZ 0B和电磁场一样。这通常是服务进入结构或主要权力的区域交换机位于。
•LPZ 2是一个内部区域,位于结构的残余部分内与LPZ 1相比,雷电冲击电流和/或开关浪涌减少。类似地,如果合适的屏蔽措施,则电磁场进一步减小采用。这通常是一个屏蔽的房间,或者用于子配电的主电源板区。
分区的一般概念并不新鲜。它是BS 6651“保护的附件C”的一部分“闪电结构”由三种不同的位置类别定义,具有不同的浪涌暴露水平,(A类,B类和C类)。这3个位置类别仍然在IEEE中得到认可
C62.41.1标准系列。
注意:BS 6651已被BS EN 62305取代,随后撤回。
4.7 浪涌保护器测试参数,类型,位置和应用鉴于金属电力服务的活核心,如电源,数据和电信电缆因此,无论何时线穿过每个LPZ,都不能直接接地,因此需要合适的浪涌保护器浪涌保护器在每个给定区域或安装位置边界的特征需要考虑到它们可能受到的浪涌能量以及确保瞬态过电压仅限于相应区域内设备的安全水平。
下表详细列出了标准测试波形,其中峰值电流用于测试浪涌保护器



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