浪涌保护器热稳定试验研究.pdf

猊代建电气MAE
?电气安全
No9 Vol.] (Serial No, 21)2011
浪涌保护器热稳定试验硏究
沈云新2
(1.上海交通大学电气工程系,上海200240
2.上海市防雷中心,上海201615
摘要:热稳定性试验是检验浪涌保护器(SPD)的热稳定安全性能的重要试验。
结合GB18802.1-2002和IEC61643-1:2005标准,对SPD热稳定试验中常见的
几个问题逐个进行了分析。着重讨论了热稳定试验中应监测的电流,并提出以阻
性电流的有效值(或相应峰值)代替标准条款中定义的试验电流的有效值(或相应
峰值)的技术建议。
沈云新(1981-),男,
工程师,从事防雷产
品的检测与研究及防
关键词:试验方法;热稳定试验;热平衡;浪涌保护器;阻性电流
雷产品检测技术的研
中图分类号:TU852文献标志码:B文章编号:1674-8417(2011)09-0041-03
究
0引言
断开。整个过程中,如果SPD表面的最高温度能
控制在一个较安全的温度(不足以使SPD本身或
浪涌保护器( Surge Protective Device, SPD)是「周围的物体产生燃烧)以下,则判定SPD符合该
用于限制瞬时过电压和泄放浪涌电流的电器,它试验项目的要求。
至少包含一个非线性元件。SPD按构成可分为
在测试实践中,笔者发现了一些问题,例如
电压开关型、电压限制型和复合型。对于电压限
没有脱离器的SPD是否需要进行热稳定试验?
制型SPD或复合型SPD,通常包含压敏电阻合格判定中,采用温度判据还是温升判据,哪个
( Metal Oxide Varistors,MOV)。当SPD在低压配
更合理?热稳定试验时,电流监测过程中应注意
电系统中持续工作时,由于MOV内存在的泄漏哪些问题?本文将针对这些问题分别进行研究
电流会产生热量,热量的积累使SPD表面温度逐
和讨论。
渐升高,由于SPD自身的散热,当MOV的发热和
1SPD热稳定试验的适用范围
SPD的散热形成平衡时,SPD表面的温度就会达
到一个稳定值。此时如果条件发生改变,如泄漏
大部分SPD为了能防止MOV过热而发生燃
电流增大,或散热减弱,热平衡将被破坏,SPD表
烧,都设计有脱离装置,因此必须进行热稳定试
面温度将继续升高,直至达到新的热平衡。如果
验,以检验脱离裝置的有效性。但有的SPD没有
SPD无法达到热平衡,会导致SPD温度不断上设计脱离器,对于这种没有脱离器的SPD,
升,如果没有脱离装置将MOV从电路中断开,将
CB18802.1-2002和IEC61643-1:2005中都没
造成SPD本身或周围物体的燃烧。
有明确规定不需要进行热稳定试验。IEC61643-1:
为了检测SPD能否达到热平衡以及脱离器205提出了该试验项目终止的3个条件:①所
能否有效动作,GB18802.1-2002和IEC61643
有非线性元件断开(即所有脱离器动作);2②试
1:206中规定了热稳定试验项目。通过改变流验电压低于し。时,将试验电压调回,并保持
过SPD的电流,使SPD表面温度逐步实现热平
15min;3③SPD在1A试验电流下达到热平衡。
衡,直到SPD本身的脱离装置将MOV从电路中
从标准条文来看,不带脱离器的SPD可按②
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或③的方式来完成试验,所以不带脱离器的SPD
的温度仍然未超过电流为18mA时SPD的表面
是可以进行热稳定试验的。SPD未设计脱离装
温度。
置,很容易由于过热导致供电系统短路甚至火
表1SPD通过的电流和表面温度对应表
灾,因此,对该类SPD进行热稳定试验尤为重要。
从安全的角度考虑,建议SPD应设计成带有外部
采温时间
热平衡电流
表面温度/C
(x30s)
/MA
或内部脱离器
0
20.500
2合格判定标准及其合理性
308
98.717
在热稳定试验的合格判断标准上,两个标准
107.238
也存在差异。GB18802.1-2002要求试验过程
359
106
中SPD的表面温度总是低于120℃,脱离器动作
101.855
后5min,表面温度低于80℃。但IEC61643-1:
400
024802
102.510
2005要求试验过程中SPD的表面温升应低于
406
103.177
120K,脱离器动作后5min,表面温度不应超过
422
103.721
周围环境温度80K。该试验的目的是检验SPD
103.779
在长期使用时是否会导致SPD本身或周围物体
104.830
燃烧。燃烧的三个要素是:有可燃物质,有助燃
437
105.300
物质,有能使可燃物达到燃烧点的热源。一般情
况下前两个要素都已具备,只要第3个要素满足
本次试验所用的热稳定测试仪内部分3个
即会燃烧。在热稳定试验项目中,这是不被允许
电流挡:0~10mA、10-100mA和100mA~1A。
的,所以必须把热源控制在燃烧点之下,即把
这三个电流挡内部电路串接的电阻都不同,如图
SPD表面温度控制在某个温度之下。这是一个
1所示。由于0~10mA电流挡设计时留有余量,
温度值,而不是温升值。此外,对于户内型SPD,
实际试验时,在该电流挡施加的电流一直增大到
除了需要考虑SPD本身的燃烧外,还需要考虑
20mA才切换到10-100mA电流挡,也就是表1
SPD周围可能存在的易燃物的燃烧。因此,对户
中看到的从18mA升到20mA时SPD表面的温
内型SPD的温度判定要比户外型SPD的温度判
度反而降低的情形。在18mA平衡时施加在整
定采用更严格的温度判据。可见,合格判定标准
个测试电路上的电压U1约为720V,在20mA平
中选用温度作为判据更合理。
衡时施加在整个测试电路上的电压U2约为
3热稳定试验中的电流监测
700V,设导通时MOV的电阻为Zwov,则通过计
算可估算出导通时MOV的阻抗Zwov约为数十
从试验目的可看出,温度是热稳定试验中的
kQ级别,Zwow约为30kQ,Zwon2约为34k2。在
一个要素,而温度是由流过MOV的阻性电流产
0-10mA电流挡串接的电阻R。=10k9,由串联
生的。因此监测阻性电流或视在电流在本试验「电路电压的分配关系可知,Co要比小得多
中显然是有区别的。
而在10~100mA电流挡串接的电阻Ra=1kS2,
通过对某型号SPD热稳定试验的研究(部分
MOV的阻抗远大于串接的电阻,由串联电路电压
试验记录见表1),从试验记录可看出电流从
的分配关系可知,Uwon接近于2,由此得出
18mA升到20mA的过程中,虽然试验电流增加
Uwov要比Uo2小得多。再由图2给出的MOV
了,但SPD