三相电涌保护器如何减少电涌？

在三相系统中，浪涌保护通过感测异常过压、内部从高阻抗状态切换到低阻抗状态、将浪涌电流转移到接地或接合路径中来工作，并限制到达连接设备的电压。 它不会“阻挡”浪涌。 它通过使浪涌远离敏感负载的路径来降低峰值电压。 结果是对绝缘、电源、驱动器和控制电子设备的电气压力降低。

三相系统比单相系统更需要这种方法，因为它们有更多的可能的浪涌路径。 浪涌可能出现线对地 (L-G)、线对线 (L-L)，以及在中性线对地 (N-G) 的系统中。 因此，一种三相浪涌保护装置被构建来同时管理多种过电压模式，而不仅仅是一种。

本文介绍了浪涌保护设备如何在三相电力系统中运行，它们如何转移和限制瞬态过电压，如何使用不同的SPD类型（1、2和3型），以及放置和协调如何影响现实世界的浪涌减小性能。

三相系统中的“电涌”是什么意思 

电涌，更正确地称为瞬态过电压，是电压非常短且非常快的上升。 它通常持续从微秒到几毫秒。 两个最常见的来源是闪电（直接击中或对附近线路的感应影响）和电气系统内的开关事件。

在工业和商业三相安装中，内部产生了许多浪涌。 大型电机、变频驱动器、接触器和电容器组都切换了大量能量。 每次电流被中断或重定向时，系统电感可以产生电压尖峰。 这意味着即使外部公用事业供应稳定，设施仍然会出现频繁的瞬态过电压。

三相SPD的工作原理 

浪涌保护装置，通常缩写为SPD（浪涌保护装置），其操作简单但精心设计的原理：在正常运行时它保持不可见，只有在电压变为危险时才会导电。

监控和阈值行为

在正常情况下，器件的内部保护元件处于高阻抗状态。 这意味着它们几乎没有电流，也不会影响电力系统。 SPD 有效地“观察”电压。

当瞬态将电压推到超过定义的阈值水平时，行为会发生变化。 内部元件迅速切换到导电状态。 这种开关不是机械的；它是由于设备内部组件的电气特性而发生的。

导流（电流重定向）+夹紧

一旦SPD变为导电，它在通电的导体和接地或接合系统之间形成了一个受控的低阻抗路径。 浪涌电流更喜欢这种低阻抗路径，而不是流过敏感设备。

同时，器件限制了负载两端出现的峰值电压。 这通常被称为“夹紧”。 重要的是要了解电压不会降低到零。 一定的“残留”或“透通”电压始终存在。 目标是保持这个残余电压足够低，以免绝缘系统和电子组件没有损坏或过度应力。

三相网络中的多模式保护

在三相系统中，浪涌不以一种方式出现。 一个实用的设备必须同时处理多个路径：

• 线对地（L–G）
  
• 线对线（L-L）
  
• 在中性线、有时中性到地的系统中（N–G）
  

因此，内部布置了一个三相浪涌保护装置，以一起控制这些模式。 它不假设浪涌总是参考接地。 三相设备中的许多破坏性瞬变出现在相之间。

三相电涌保护装置内的关键部件 

最现代的 浪涌保护装置 依靠少量经过验证的组件，安排和协调所需的电压和电流水平。

最常见的有源元素是金属氧化物变阻器 (MOV)。 MOV在正常电压下表现得像一个非常高的电阻，当电压超过其阈值时，它就像一个低电阻。 此属性允许SPD在几分之一秒内从“无所事事”切换到“转移电流”。

由于 MOV 和类似元件在多次强电涌后会过热或降解，因此实用的设备还包括热断路器或类似保护。 这可以防止故障组件以不安全的方式保持连接到系统。 许多设备还包括简单的指示器，例如窗口或 LED，以显示保护元件是否仍连接。 一些设计提供远程报警触点，以便控制系统可以监控状态。

一个关键的实际点是这些设备不是永久性的。 每次它们吸收浪涌能量时，都会使用少量的容量。 在许多事件中，它们会慢慢退化。 这种“消耗性”行为是正常的，也是条件指标存在的原因。

三相系统中的SPD类型 

条款 SPD 类型 描述设备在电力系统中的安装位置以及它设计的浪涌环境。 它们不是质量水平，它们是应用类别。

• 1 型电涌保护装置：安装在服务入口处或附近，主要分布上游。 它旨在处理来自外部的高能浪涌，例如供应线上与闪电相关的事件。
  
• 2 类浪涌保护装置：安装在配电盘、电机控制中心和类似的内部板上。 它是保护三相工业和商业面板免受输入和内部产生的浪涌的最常见选择。
  
• 3 型电涌保护装置：安装在敏感设备附近。 它本身并不意味着要自己处理大的浪涌能量，而是依赖上游设备来减少主浪涌，然后才能看到它。

• FDS20C/4-275 II类
• 名称： 类型2
• 分类： 二级
• 保护模式： l→PE
• 标称电压 UN： 230 VAC/50(60)Hz
• 最大值。 连续工作电压 UC (L-N): 275 VAC/50(60)Hz
• 短路耐受能力： 20 卡
• 连续工作电流IC： <20 µA
• 待机功耗PC： ≤25 MVA
• 最大放电电流 (8/20μs) Imax： 40 卡
• 额定放电电流（8/20μs） 中： 20 卡
• 电压保护等级： ≤1.3 kV
• 隔离电阻： ＞1000 MΩ
• 外壳材料： 超声波-0
• 防护程度： IP20

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在一个完整的系统中，这些类型经常被组合在一起，以便每一种都处理最适合的浪涌能量的部分。

三相SPD减少浪涌的最大 

浪涌保护 分阶段应用时效果最好。 服务入口处的设备在大规模进入电涌的情况下减少了能量，然后它们才能通过建筑物。 配电盘中的设备会减少剩余的能量，同时处理内部开关产生的浪涌。 最后，使用点保护可以处理剩余的更小、更快的瞬态。

物理安装细节很重要。 SPD 与母线或导体之间的连接应尽可能短而直接。 长引线增加电感，在快速电流变化期间电感产生额外的电压。 在实践中，这意味着如果安装有长环线的电线，即使是非常好的浪涌保护设备也可能性能不佳。

三相SPD如何减少浪涌（分级保护概览）

该表显示了分级保护的逻辑。 没有一个设备可以处理所有事情。 每个位置都减少了浪涌能量和峰值电压的一部分。 当瞬态到达敏感电子设备时，其幅度和能量远低于服务入口处。

实际性能因素 

三相系统中浪涌保护装置的实际性能取决于几个实际因素，而不仅仅是器件本身：

• 接地和接合系统的质量强烈影响浪涌电流可以轻松地从设备中转移出来的程度。
  
• 短、直的连接导体可降低电感电压上升并提高钳位性能。
  
• 多个电涌保护设备之间的协调可防止一台设备过快地承受所有压力和老化。
  
• 在许多三相设施中，内部产生的开关浪涌比雷击相关事件更频繁，必须在保护策略中加以考虑。
  

常见错误 

一些常见的安装和规划错误降低了真实系统中浪涌保护的有效性：

• 仅为整个设施使用一种浪涌保护设备，并假设它可以平等地保护一切。
  
• 将设备安装在远离母线或增加不必要电感的长环导体上。
  
• 忽略线对线浪涌，仅关注三相系统中的线到地路径。
  
• 仅在设备附近使用 3 类设备，没有任何上游 1 类或 2 类保护。
  
• 假设显示“OK”的状态指示器表示系统受到所有可能的浪涌的完美保护。
  

结论 

在三相电源系统中，浪涌保护通过检测异常过压、切换到低阻抗路径、将浪涌电流转移到地以及限制到达设备的电压来实现。 它减少了电压力，而不是完全消除浪涌。 由于三相系统有多个浪涌路径，因此保护必须涵盖线对线和线对地模式。 最有效的结果来自不同SPD类型之间的正确放置、短连接和协调。 正确应用，这些设备显着降低了故障率和停机时间，即使没有系统可以消除所有的浪涌效应。

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