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    電涌保護器件(SPD 選擇,應用和理論(第四篇)
    2018-11-16

    我們現在生活在電子時代,LEMP是按照制造標準BS EN 62305-4用于保護電子和電氣系統。 LEMP是指閃電的整體電磁效應,包括傳導浪涌(瞬態過電壓和電流)和輻射電磁場效應。BS EN 62305 - 4標準對損壞的來源,損壞類型和損失類型進行了分類。

    4.1損害來源
    可能由閃電引起的損壞細分為:
    ?結構損壞(包括所有進入的電氣架空線和埋地線)連接到結構)
    ?服務損壞(在這種情況下服務是電信,數據的一部分,供電,供水,燃氣和燃料分配網絡)。

    4.2損壞類型
    每種傷害源都可能導致三種類型的傷害中的一種或多種??赡艿念愋蛽p壞情況如下:
    D1由于步進和觸摸電壓導致的人或牲畜的傷害
    D2由于物理損壞(火災,爆炸,機械破壞,化學品釋放)閃電電流效應包括火花
    D3雷電電磁脈沖(LEMP)引起的內部系統故障,這種更廣泛的方法考慮到特定服務(電力,電信和其他線路)連接到結構的標識表明火災和/或爆炸可能發生在對連接服務或其附近發生雷擊的結果(這些是由火花引發的由于過電壓和部分雷電流通過這些連接的服務傳輸)。
    這反過來可能直接影響特定類型的損失。
    4.3損失類型
    閃電造成的損壞可能導致以下類型的損失;
    L1人命喪失
    L2對公眾的服務損失
    L3文化遺產的喪失
    L4經濟價值損失
    注:L4涉及結構及其內容;由于損失,服務和活動的損失。通常情況下,丟失昂貴且關鍵的設備,這些設備可能因電源損耗而無法挽回地損壞數據/電信線同樣,重要財務信息的丟失,例如,無法傳遞給客戶的由閃電瞬變引起的內部IT硬件損壞,退化或中斷的金融機構。
    表1總結了所有上述參數的關系。

    *僅適用于有爆炸危險的建筑物以及醫院或其他失敗的建筑物內部系統立即危及人的生命。
    **僅適用于可能遺失動物的物業。

    LEMP損傷是如此普遍,以至于它被確定為特定類型(D3)之一應提供保護,并且可以從所有打擊點到結構或連接服務 - 直接或間接。這種擴展的方法也考慮到火災或火災的危險與連接到結構的服務相關的爆炸,例如電力,電信等金屬線。
    BS EN 62305-4是完整標準的組成部分。積分我們的意思是追隨風險如BS EN 62305-2中詳述的評估,所討論的結構可能需要兩者結構防雷保護系統(LPS)和一套完全協調的SPD,將風險降到最低接受標準中規定的可容忍水平。 BS EN 62305明確指出結構
    不得將防雷保護器與瞬態過電壓/浪涌隔離開來考慮保護,并給予來自所有罷工點的閃電,直接或間接,到結構或連通服務會產生瞬變風險,防雷保護器是一種至關重要的保護手段結構防雷是否存在。

    4.4雷電保護和BS 7671接線規定
    在過去的兩年中,我們作為電子設備社會的依賴程度急劇增加幾十年;因此,BS EN 62305已明確承認對此類設備的保護規范部分BS EN 62305-4,其中規定:“閃電作為傷害的來源是一種非常高能量的現象。閃電閃爍釋放數百兆焦耳的能量。與毫焦耳的能量相比可能足以對電子電氣中敏感的電子設備造成損害在一個結構內的系統中,很明顯需要采取額外的保護措施保護一些這樣的設備?!坝捎谑〉某杀驹黾?,出現了對這一國際標準的需求電氣和電子系統,由閃電的電磁效應引起。特別是重要的是用于數據處理和存儲以及過程的電子系統控制和安全的計劃有相當大的資本成本,規模和復雜性(為哪個工廠出于成本和安全原因,中斷是非常不受歡迎的。)““布線規則”第443節以CENELEC協調文件為基礎在BS EN 62305-4之前發布。這導致了對照明防護的誤解根據第443條的“雷暴天”方法就足夠了。使用“雷暴天”作為可容忍風險的唯一標準是顯著偏離BS EN 62305在風險評估中使用了許多其他因素。 IEC目前正在審查IEC 60364的第443節將其與IEC 62305重新對準。建議全部風險在此過程正在進行時,遵循BS EN 62305的評估方法而不是第443節確??紤]所有風險因素的地方。
    4.5表征瞬態電流和電壓
    4.5.1電流和電壓波形
    BS EN 62305考慮了金屬服務線路上的保護措施(通常是電源,信號)和電信線路)使用瞬態過電壓或浪涌保護器(SPD)對抗兩者直接雷擊以及更常見的間接雷擊和切換瞬變。諸如BS EN 61643系列之類的標準定義了雷電流的特性和電壓,以實現可靠和可重復的SPD測試(以及防雷保護組件)。雖然這些波形可能與實際瞬態不同,但標準化形式基于多年的觀察和測量(在某些情況下模擬)。一般來說它們提供了現實世界瞬態的公平近似。瞬態波形具有快速上升沿和較長尾部。他們通過他們的巔峰描述值(或幅度),上升時間及其持續時間(或下降時間)。持續時間以時間衡量采取測試瞬態衰減到其峰值的一半。

    下圖顯示了用于測試SPD的常見電流和電壓波形用于主電源,信號線和電信線。

    4.5.2損害來源
    直接雷擊導致的雷電流由模擬的10 /350μs表示具有快速上升時間和長衰減的波形,復制了直接的高能量含量閃電。
    4.5.2.1直接打擊
    直接雷電可以將10 /350μs波形的部分雷電流注入系統具有結構防雷系統的結構接收直接打擊(源S1)或閃電直接撞擊架空服務線(源S3)。

    4.5.2.2間接打擊
    結構附近(源S2)或連接服務附近的遠程或間接閃電表示距離最遠1km的結構(源S4)(因此更常見)通過8 /20μs波形。 直接閃電和開關源引起的浪涌也是如此由此波形表示。 與10 /350μs相比,具有更短的衰減或下降時間波形,8 /20μs波形顯著減少能量(對于等效峰值電流)
    但仍然具有毀滅性,足以損壞電氣和電子設備。

    BS EN 62305-1認識到由于閃電導致的內部系統故障(損壞類型D3)電磁脈沖(LEMP)可以從所有罷工點到結構或服務 - 直接或間接(所有來源:S1,S2,S3和S4)。
    4.6浪涌保護措施(SPM)
    注意:電涌保護措施(SPM)以前稱為LEMP保護措施系統(LPMS)BS EN 62305有幾種技術可用于最小化對電子的雷電威脅系統。與所有安全措施一樣,它們應盡可能被視為累積而非累積作為替代品清單。 BS EN 62305將此定義為完整的保護措施系統針對LEMP的內部系統,使用術語浪涌保護措施(SPM)。
    BS EN 62305-4描述了一些措施,以盡量減少瞬態過電壓的嚴重程度由雷電和電氣開關引起的。關鍵和基本保護措施是
    ?接地和粘接
    ?電磁屏蔽和線路布線
    ?協調電涌保護裝置
    進一步的保護措施包括:
    ?結構LPS的擴展
    ?設備位置
    ?使用光纖電纜(隔離保護)
    注意:出于本指南及其范圍的目的,僅考慮使用SPD的保護措施。有關所有保護措施的更多詳細信息,請參見BS EN 62305。SPM還必須在其內部運行并承受它們所處的環境考慮溫度,濕度,振動,電壓和電流等因素。使用根據BS EN的風險評估來選擇最合適的SPM62305-2考慮到技術和經濟因素。例如,它可能不是在現有結構中實施電磁屏蔽措施的實用或成本效益所以使用協調的SPD可能更合適。理想情況下,SPD最好合并在項目設計階段,雖然它們也可以很容易地安裝在現有的安裝中。為了確保即使在直接打擊的情況下關鍵系統的連續運行,SPD也是如此
    必要的,必須根據浪涌源和使用強度進行適當的部署BS EN 62305-4中的防雷區(LPZ)概念。
    4.6.1防雷區(LPZ)概念
    針對LEMP的防護基于分裂的防雷區(LPZ)的概念根據LEMP構成的威脅程度,將有關結構劃分為若干區域。一般的想法是在結構中識別或創建較少暴露的區域閃電的部分或全部影響,并協調這些與免疫特性安裝在該區域內的電氣或電子設備。連續區域的特點由于粘接,屏蔽或使用SPD,LEMP嚴重程度顯著降低。圖22說明了詳細說明針對LEMP的保護措施定義的基本LPZ概念在BS EN 62305-4中。這里的設備可以防止雷擊,包括直接和間接打擊結構和服務,帶有SPM。這包括空間屏蔽,進入金屬的結合水和天然氣等服務以及協調的SPD的使用。

    空間屏蔽是用于描述有效屏幕以防止穿透的術語LEMP。 結構或房間內的外部LPS或導電鋼筋將構成空間盾牌。

    LPZ可以分為兩類(見下圖23) - 2個外部區域(LPZ 0A,LPZ0B)并且通常是2個內部區域(LPZ1,2),但是可以進一步引入其他區域如果需要,減少電磁場和雷電流。

    LPZ OA直接閃光,全雷電流,全磁場
    LPZ OB無直接閃光,但部分閃電或感應電流,全磁場
    LPZ 1無直接閃光,但部分閃電或感應電流,阻尼磁場
    LPZ 2無直接閃光或部分閃電,但感應電流,進一步阻尼磁場
    LPZ 1和LPZ 2內的受保護卷必須遵守安全距離ds

    外部區域:
    ?LPZ 0A是直接雷擊的區域,因此可能需要攜帶達到完全雷電流。這通常是沒有結構的屋頂區域結構防雷。這里發生完整的電磁場。
    ?LPZ 0B是不受直接雷擊影響的區域,通常是a的側壁結構或屋頂結構防雷。然而全電磁磁場仍然在這里發生,并進行部分或感應雷電流和切換這里可能會出現激增。
    內部區域:
    ?LPZ 1是受部分雷電流影響的內部區域。進行了與外部區域相比,雷電流和/或開關浪涌減少如果采用合適的屏蔽措施,LPZ 0A,LPZ 0B和電磁場一樣。這通常是服務進入結構或主要權力的區域交換機位于。
    ?LPZ 2是一個內部區域,位于結構的殘余部分內與LPZ 1相比,雷電沖擊電流和/或開關浪涌減少。類似地,如果合適的屏蔽措施,則電磁場進一步減小采用。這通常是一個屏蔽的房間,或者用于子配電的主電源板區。
    分區的一般概念并不新鮮。它是BS 6651“保護的附件C”的一部分“閃電結構”由三種不同的位置類別定義,具有不同的浪涌暴露水平,(A類,B類和C類)。這3個位置類別仍然在IEEE中得到認可
    C62.41.1標準系列。
    注意:BS 6651已被BS EN 62305取代,隨后撤回。
    4.7 浪涌保護器測試參數,類型,位置和應用鑒于金屬電力服務的活核心,如電源,數據和電信電纜因此,無論何時線穿過每個LPZ,都不能直接接地,因此需要合適的浪涌保護器。 浪涌保護器在每個給定區域或安裝位置邊界的特征需要考慮到它們可能受到的浪涌能量以及確保瞬態過電壓僅限于相應區域內設備的安全水平。
    下表詳細列出了標準測試波形,其中峰值電流用于測試浪涌保護器



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