SPD后备保护用新型断路系统的设计

李阳斌, 杨伟民, 潘叶镜(清远市防雷设施检测所, 广东 清远 511510)

SPD后备保护用新型断路系统的设计

*李阳斌, 杨伟民, 潘叶镜
(清远市防雷设施检测所, 广东 清远 511510)

基于电流-时间积分电路,设计了一种用于电涌保护器后备保护的断路系统,通过检测流经电涌保护器的电流值,对电流和电流通过的时间进行积分,来判定电涌保护器的运行状态,并在电涌保护器失效时及时形成断路,以提高低压配电线路及系统的安全性。

电涌保护器; 过载保护; 断路保护; 积分电路

0 引 言

GB/T 21431—2008《建筑物防雷装置检测技术规范》第5.8.1.3.5条规定:安装在电路上的电涌保护器(Surge Protective Device,SPD),其前端应有后备保护装置过电流保护器,如使用熔断器,其值应与主电路上的熔断电流值相配合,即应当根据SPD产品手册中推荐的过电流保护器的最大额定值选择。目前使用的过电流保护器一般为万能式断路器和熔断器,其同时存在两方面缺点:① 在大电流冲击下,万能式断路器会在SPD响应后跳闸,SPD不能持续工作;② 当SPD损坏后,通过的持续电流小于万能式断路器和熔断器动作保护电流时,断路器没有起到断路保护的作用。这些都使SPD的保护功能存在缺陷,突出问题是没有主动检测SPD的运行状态,并进行有效判断。

本文基于剩余电流开关的动作驱动电路的思想,设计了具有检测和判定功能的电流采样和计时断路保护系统,形成主动检测的电源SPD后备保护断路器。

1 数学模型

电流-时间积分的电源SPD断路保护电路如图1所示。

图1 电流-时间积分的电源SPD断路保护电路

令Ispd为SPD的失效电流,T0为SPD可允许持续失效时间,I0为SPD 运行最大许可剩余电流,I=f(Ispd)为SPD失效逻辑电流,T为SPD失效逻辑时间,Δspd=IT为SPD动作判别式。当Δspd≥1时,启动断路器。

(1) 电源SPD在正常使用时,流经电源SPD的电流为微安级。启动电路采样电流未达到启动电流值,Ispd

(2) 当启动电路检测到流经电源SPD的电流Ispd>Io,I=f(Ispd)=1,且持续时间大于设定时间T0时,启动断路系统。

(3) 基于电流-时间积分电路的断路器作为电源SPD的后备保护装置的工作过程是:雷电波为微秒级的高压冲击波,只要T0大于雷电波的冲击时间,则断路器在雷电电流冲击下不动作,但当流经电源SPD的电流大于I0、持续时间大于T0时,电源SPD有损坏的可能,断路器自动启动。如设定电流为10 mA,持续时间为200 ms,则电源SPD所吸收的热量极小,不会对SPD造成损害。

2 设计要求

为适应SPD的不同失效模式,基于电流-时间积分电路的电源SPD断路系统应实现以下功能:

(1) 可判别线路中出现的是浪涌电流还是工频电流。

(2) 可承受浪涌电流的冲击。

(3) 工频电流流经SPD时,积分其能量,当达到额定值时,启动断路系统。

电流比较电路如图2所示。测量流经SPD的电流,并把电流信号转换为SPD保护断路器需要的动作信号。通过采样流经SPD的电流值,并输入到电流比较器,判别ISPD是否达到设定值。

图2 电流比较电路

时间积分电路如图3所示。设定SPD保护断路器动作信号的阈值时间,R4、R5、C2构成时间积分,通过时间判别器驱动断开动作。

后备保险功能的实现:① 流经SPD电流大于设定电流值,SPD保护断路器产生动作信号;

图3 时间积分电路

② 若动作信号持续时间少于时间积分电路设定的时间,则SPD保护断路器不动作;③ 若动作信号持续时间不小于设定时间,则断路器启动,从而保护SPD和电源线路。

3 结 语

研究了具有检测和判定功能的SPD断路保护系统,通过测量流经电源SPD的持续电流和持续时间,主动启动断路器,在电源SPD受损坏前隔离供电线路,有效保护电源线路,确保电源SPD正常运行,对防御和减轻雷电灾害损失具有重要意义。

[1] GB/T 21431—2008 建筑物防雷装置检测技术规范[S].

[2] 徐四元,张荣焱,张琪,等.低压断路器选型若干问题的讨论[J].电气应用,2009(7):25-26.

[3] 叶青.电涌保护器及其应用[J].电气安装技术,2006(3):41-43.

[4] GB 18802.1—2011 低压配电系统的电涌保护器(SPD) 性能要求和试验方法[S].

[5] 姜中民,刘磊,宫翠凤.关于电源SPD后备保护装置安装问题的分析[J].现代建筑电气,2011(5):59-61.

[6] 李庆君,秦兆军,李艳娜.电涌保护器与其断路保护装置的能量配合[J].内蒙古气象,2010(2):61-62.

[7] 宋丹.电涌保护器的选择、应用及安装[J].电气应用,2005(5):111-113.

【办刊宗旨】

以现代信息技术、先进制造技术和智能建筑技术为引导，引领建筑电气技术不断开拓自主知识创新，向着高效、节能和绿色的目标和方向发展。及时、全面地报道国内外建筑电气最新研究成果和行业信息，为建筑电气的研究与开发、产品制造与应用、工程设计等领域打造一流的技术交流和信息传递平台。

在线投稿系统 http:∥mae.chinaelc.cn
投稿邮箱 ibuilding@seari.com.cn
欢迎投稿 欢迎订阅 欢迎刊登广告

LI Yangbin, YANG Weimin, PAN Yejing

(Qingyuan Lightning Protection Facility Testing, Qingyuan 511510, China)

Based on current-time integrating circuit,this paper designed a breaking system which protected the surge protective device(SPD).By detecting the current values from SPD,the current and the time were integrated to determine the operating state of SPD.The breaking circuit is formed when SPD was out of operation.It could improve the security of the low voltage power distribution lines and the system.

surge protective device(SPD); overload protection; short-circuit protection; integrating circuit

李阳斌(1981—),男,工程师,从事雷电防护技术研究。

广东省气象局气象科研项项目(2012B35);广东省清远市气象局科研项目(201301)

TU 856

A

1674-8417(2015)05-0033-02

2015-01-14Design of New Breaking System for SPD Backup Protection

杨伟民(1964—),男,工程师,从事低压电器防雷方面的研究。

潘叶镜(1965—),男,工程师,从事雷电防护方面的研究。