低壓線路在線SPD 安全性能檢測(cè)及監(jiān)測(cè)探討

1、隨著電涌保護(hù)器（SPD） 防護(hù)技術(shù)的普及， 在線SPD 數(shù)量越來(lái)越多， 但安裝多年的低壓線路在線SPD 的安全性能問(wèn)題并未引起業(yè)主的足夠重視。文章列舉了在線SPD 安全性能維護(hù)、檢測(cè)的相關(guān)規(guī)范要求， 探討了實(shí)際在線SPD 檢測(cè)過(guò)程中存在的一些問(wèn)題， 提出一種在線SPD 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、管理系統(tǒng)， 并對(duì)該系統(tǒng)的軟、硬件構(gòu)架及功能進(jìn)行了介紹。 關(guān)鍵詞 電涌保護(hù)器（SPD） 安全性能 檢測(cè) 監(jiān)測(cè) 管理 1 低壓線路在線SPD 安全性能應(yīng)引起重視 建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50057- 94， 2000年版） 及建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范（GB 50343-2004） 出臺(tái)以來(lái)，建筑物的低壓供電線路

2、、信息傳輸線路， 如： 信息系統(tǒng)中心（計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中心， 有線、無(wú)線通信機(jī)房， 有線電視機(jī)房） 的電源設(shè)備或電力電子設(shè)備； 建筑物整體安全監(jiān)控中心（如消防監(jiān)控中心， 電梯控制室， 樓宇自動(dòng)控制中心） 的電源設(shè)備； 重要的大型電氣設(shè)備（如消防用電動(dòng)機(jī)，中央空調(diào)用電動(dòng)機(jī)， 電梯動(dòng)力設(shè)備， 變頻生活給水泵）， 尤其是配備智能控制模塊、電子監(jiān)控模塊、電力電子模塊或裝置的設(shè)備； 關(guān)系人身安全的場(chǎng)所（如醫(yī)院手術(shù)室、急救室、監(jiān)護(hù)室、電子醫(yī)療設(shè)備室） 的供電和照明線路， 都普遍采用了電涌保護(hù)（SPD），用于限制瞬態(tài)過(guò)電壓和泄放電涌電流。 SPD 作為建筑電氣的一部分， 一般并聯(lián)設(shè)置在配電線路，SPD平時(shí)不導(dǎo)通時(shí)

3、呈高阻狀態(tài)， 當(dāng)雷擊電涌達(dá)到開(kāi)啟門限導(dǎo)通時(shí)， 瞬變?yōu)榈妥锠顟B(tài)將雷擊電涌電流泄流入地， 以起到良好地保護(hù)電氣、電子設(shè)備的作用。 隨著SPD 防護(hù)的普及， 在線SPD 數(shù)量越來(lái)越多。設(shè)置在配電線路的SPD 長(zhǎng)期在線運(yùn)行時(shí)， 在抵御雷擊脈沖侵?jǐn)_的同時(shí)， 也在自然老化； 一旦SPD劣化， 使用ZnO 壓敏材料的器件， 由于壓敏電阻性能劣化， 會(huì)導(dǎo)致溫度升高， 引起壓敏電阻熱崩潰， 從而導(dǎo)致漏電流增大且防護(hù)功能失效， 嚴(yán)重時(shí)可能發(fā)生器件爆炸、起火1； 當(dāng)雷擊發(fā)生時(shí)， SPD 已失去防御功能， 雷擊電涌將會(huì)影響樓宇內(nèi)電氣設(shè)備、信息系統(tǒng)設(shè)備的正常運(yùn)行。 然而， 一般單位不具有防雷專職管理人員， 在線多年的S

4、PD 存在的安全隱患可能未引起人們的足夠重視， 在此， 筆者呼吁： 一方面， 業(yè)主應(yīng)重視安裝多年的SPD 安全性能現(xiàn)狀； 另一方面， 建筑物防雷裝置檢測(cè)技術(shù)規(guī)范（GB / T 2143 1 - 2 008）已于2008 年10 月1 日實(shí)施，防雷檢測(cè)工作者應(yīng)切實(shí)有效地做好SPD 安全性能檢測(cè)、評(píng)價(jià)。對(duì)無(wú)人值守的重要場(chǎng)所， 以實(shí)施在線SPD 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、管理為宜。 2 在線SPD 常規(guī)維護(hù)、檢測(cè)相關(guān)要求 對(duì)于在線SPD 維護(hù)， 建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范8 1 3 條規(guī)定： “日常性維護(hù)應(yīng)在每次雷擊之后進(jìn)行。在雷電活動(dòng)強(qiáng)烈的地區(qū)， 對(duì)防雷裝置應(yīng)隨時(shí)進(jìn)行目測(cè)檢查?！?8 1 8 條規(guī)定： “

5、檢查各類浪涌保護(hù)器的運(yùn)行情況： 有無(wú)接觸不良、漏電流是否過(guò)大、發(fā)熱、絕緣是否良好、積塵是否過(guò)多等， 出現(xiàn)故障， 應(yīng)及時(shí)排除。” 建筑物防雷裝置檢測(cè)技術(shù)規(guī)范對(duì)電源SPD 的測(cè)試作出如下規(guī)定。 5 8 3 1 條規(guī)定： SPD 運(yùn)行期間， 會(huì)因長(zhǎng)時(shí)間工作或因處在惡劣環(huán)境中而老化， 也可能因受雷擊電涌而引起性能下降、失效等故障。因此需定期進(jìn)行檢查。如測(cè)試結(jié)果表明SPD 劣化， 或狀態(tài)指示指出SPD 失效， 應(yīng)及時(shí)更換。 5 8 3 2 條規(guī)定： 泄漏電流Ile的測(cè)試： 除電壓開(kāi)關(guān)型外， SPD 在并聯(lián)接入電網(wǎng)后都會(huì)有微安級(jí)的電流通過(guò)， 如果此值偏大， 說(shuō)明SPD 性能劣化， 應(yīng)及時(shí)更換?？墒褂梅览自?/p>

6、件測(cè)試儀或泄漏電流測(cè)試表對(duì)限壓型SPD 的Ile值進(jìn)行靜態(tài)試驗(yàn)。規(guī)定在0 . 75 U1mA下測(cè)試。 5 8 3 3 條規(guī)定直流參考電壓（U1mA） 的測(cè)試： a . 本試驗(yàn)僅適用于以金屬氧化物壓敏電阻（MOV） 為限壓元件且無(wú)其他并聯(lián)元件的SPD。主要測(cè)量在MOV 通過(guò)1 mA 直流電流時(shí)， 其兩端的電壓值。 b . 將SPD 的可插拔模塊取下測(cè)試， 按測(cè)試說(shuō)明書連接進(jìn)行測(cè)試。 c . 將測(cè)試儀器的輸出電壓值按儀器使用說(shuō)明及試品的標(biāo)稱值選定， 并逐漸提高， 直到測(cè)到通過(guò)1mA 直流電流時(shí)的壓敏電壓。 從上述相關(guān)要求可看到， 在線SPD 的具體現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)， 仍然是要取下SPD 離線進(jìn)行檢測(cè)?！皦?/p>

7、敏電壓測(cè)試儀” 僅測(cè)試氧化鋅閥片壓敏電壓， 以確定其雷擊電涌發(fā)生時(shí)SPD 導(dǎo)通門限電壓。同理， 用“泄漏電流Ile測(cè)試儀” 也僅可離線測(cè)試氧化鋅閥片的泄漏電流Ile值。而便攜式“ 雷電電涌測(cè)試儀” 提供1. 2 / 50 s - 8 / 20 s 組合波的6 kV / 3 kA 可調(diào)模擬電涌， 產(chǎn)品說(shuō)明書稱： 可做放電間隙放電（動(dòng)作） 電壓、MOV 型SPD 限制電壓（ 殘壓） 的測(cè)試。但如要對(duì)標(biāo)稱放電電流In為幾十kA （8 / 20 s）的SPD 實(shí)施檢測(cè)， 試驗(yàn)沖擊電流3 kA 是否顯得小了點(diǎn)？ 據(jù)了解， 具有一定生產(chǎn)規(guī)模的SPD 生產(chǎn)廠家一般具備數(shù)種模擬雷擊波沖擊試驗(yàn)設(shè)備。如金屬氧化物

8、壓敏電阻（MOV） ， 倘若產(chǎn)品標(biāo)稱放電電流In為80kA （8 / 20 s）， 在篩選閥片試驗(yàn)時(shí)， 至少使用20kA （8 / 20 s） 進(jìn)行沖擊選片。 低壓配電系統(tǒng)的電涌保護(hù)器（SPD） %第1 部分： 性能要求和試驗(yàn)方法（GB 18802. 1 - 2002） 中7 5 2 條規(guī)定用8 / 20 s 沖擊電流測(cè)量殘壓的試驗(yàn)步驟： a . 應(yīng)依次施加峰值約為0. 1； 0. 2； 0. 5； 1. 0和2 In的8 / 20 s 沖擊電流。 注： 如果2 In試驗(yàn)電流超過(guò)電器的Imax， 那么最終的試驗(yàn)值可放寬到1. 2 In 。 b . 對(duì)SPD 施加一個(gè)正極性和一個(gè)負(fù)極性序列。 c

9、 . 最后， 如果Imax或Ipeak大于In， 則至少對(duì)SPD 施加一次Imax或Ipeak沖擊電流， 電流極性為前面試驗(yàn)中殘壓較大的極性。 d . 每次沖擊的間隔時(shí)間應(yīng)足以使試品冷卻到環(huán)境溫度。 e . 每次沖擊應(yīng)記錄電流和電壓示波圖。把沖擊電流和電壓的峰值（絕對(duì)值） 繪成放電電流與殘壓的關(guān)系曲線圖， 應(yīng)畫出最吻合數(shù)據(jù)點(diǎn)的曲線。曲線上應(yīng)有足夠的點(diǎn)， 以確保直至Ima或Ipeak的曲線沒(méi)有明顯的偏差。 f . 決定限制電壓的殘壓由下列電流范圍內(nèi)相應(yīng)曲線的最高電壓值來(lái)確定， 級(jí)： 直到Ipeak或In取較大值；級(jí)： 直到In 。 相關(guān)行業(yè)專業(yè)試驗(yàn)室、國(guó)家級(jí)SPD 測(cè)試試驗(yàn)室一般根據(jù)低壓配電系統(tǒng)

10、的電涌保護(hù)器（SPD） %第1 部分： 性能要求和試驗(yàn)方法規(guī)定，對(duì)SPD 生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品做送檢試驗(yàn)或抽檢試驗(yàn)。 現(xiàn)實(shí)中的在線SPD， 如果所處雷擊環(huán)境比較惡劣， 可能有的SPD 已經(jīng)遭受數(shù)次電涌沖擊， 處于正常與損壞的臨界區(qū)域， 即便用“ 壓敏電壓測(cè)試儀”、“ 泄漏電流I le測(cè)試儀” 與“ 雷電電涌測(cè)試儀” 做現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試， 也很難判定被測(cè)SPD 合格與否。特別是一些單位未建立SPD 遙測(cè)監(jiān)控， 所安裝的SPD 不具備聲光報(bào)警功能， 在線SPD 可能會(huì)埋下安全隱患。 3 在線雷擊過(guò)電流智能監(jiān)測(cè)、管理系統(tǒng) 眾所周知， 上述在線SPD 的具體現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)， 勢(shì)必需要投入大量的人力、物力、財(cái)力， 因?yàn)闄z測(cè)

11、工作必須由取得計(jì)量論證合格、由技術(shù)監(jiān)督機(jī)構(gòu)授以CMA （ China Metrology Accreditation， 中國(guó)計(jì)量認(rèn)證） 圖章、并取得氣象主管機(jī)構(gòu)授權(quán)的合法檢測(cè)機(jī)構(gòu)方可檢測(cè)。筆者認(rèn)為： “在線雷擊過(guò)電流智能監(jiān)測(cè)、管理系統(tǒng)” 才是實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)記錄雷擊、判別在線SPD 正常與否的有效工具， 相關(guān)技術(shù)已獲得專利。 3 1 在線雷擊過(guò)電流智能監(jiān)測(cè)、管理系統(tǒng)組成 3 1 1 硬件系統(tǒng)構(gòu)架 a . 入侵雷擊電流采集探頭（傳感器）， 高靈敏度設(shè)計(jì)， 動(dòng)態(tài)范圍大， 為每線1 100 kA （8 / 20 s），響應(yīng)速度快。 b . 現(xiàn)場(chǎng)終端， 使用工業(yè)級(jí)器件， 兩級(jí)Watchdog （看門狗）

12、 設(shè)計(jì)， 高速FPGA （現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列） 采集芯片， 采用寬電源供電， 電涌防護(hù)、強(qiáng)脈沖抑制等措施。FPGA 配接、流程示意框圖見(jiàn)下圖。 c . 中心顯示平臺(tái)， 專用服務(wù)器一臺(tái)， 安裝Windows Server 系統(tǒng)， 運(yùn)行專為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的軟件包和SQL 數(shù)據(jù)庫(kù)。 3 1 2 軟件系統(tǒng)構(gòu)架 a . 采用Client / Server （ 客戶/ 服務(wù)器） 結(jié)構(gòu)， 后臺(tái)采用SQL 數(shù)據(jù)庫(kù)， 支持Web 訪問(wèn)和查詢，支持終端管理功能（ 用戶可以創(chuàng)建新的終端，定義終端的屬性及終端每個(gè)采集口的名稱以方便管理）。 b . 報(bào)警窗口在系統(tǒng)設(shè)置的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)未響應(yīng)，系統(tǒng)將發(fā)短信通知相應(yīng)用戶； 報(bào)警窗口

13、關(guān)閉， 系統(tǒng)則不發(fā)送短信。 c . 在線SPD 管理， 管理SPD 的基本屬性和參數(shù)， 如： 編號(hào)、品牌、型號(hào)、安裝時(shí)間、雷擊次數(shù)、雷擊時(shí)間、泄流電流幅值及波形。 d . 現(xiàn)場(chǎng)終端管理， 包括終端基本信息和參數(shù)管理， 以及終端開(kāi)關(guān)量及模擬電流與SPD 的對(duì)應(yīng)設(shè)置。 e . 報(bào)警管理， 報(bào)警觸發(fā)分兩種情況： 第一， 在線SPD 損壞， 在線SPD 受雷擊后， 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)性能變化。第二， 系統(tǒng)定時(shí)檢測(cè)， 針對(duì)SPD 使用壽命期限等情況， 在其即將失效前進(jìn)行預(yù)警， 提醒更換， 從而能更加有效地保護(hù)設(shè)備。 報(bào)警設(shè)置， 設(shè)置在線SPD 不同型號(hào)的不同報(bào)警條件， 1 個(gè)型號(hào)對(duì)應(yīng)1 條報(bào)警規(guī)則。報(bào)警記錄查詢，

14、 根據(jù)報(bào)警信息、報(bào)警時(shí)間、處理情況等進(jìn)行查詢。 f . 維護(hù)管理， 包括： 權(quán)限管理， 支持多用戶分級(jí)權(quán)限管理， 對(duì)Web 訪問(wèn)用戶給予最低權(quán)限； 基礎(chǔ)資料管理， 給系統(tǒng)內(nèi)各在線SPD 建立基礎(chǔ)信息庫(kù)；報(bào)表維護(hù)， 統(tǒng)計(jì)雷擊記錄（日期、地點(diǎn)、在線SPD泄流電流）， 統(tǒng)計(jì)在線SPD 更換記錄（日期、地點(diǎn)、在線SPD 型號(hào)）。 3 2 在線雷擊過(guò)電流智能監(jiān)測(cè)、管理系統(tǒng)主要特點(diǎn)與技術(shù)指標(biāo) a . 對(duì)低壓供電線路、信息傳輸線路雷電入侵次數(shù)統(tǒng)計(jì)； 對(duì)入侵雷擊信號(hào)的最大值、持續(xù)時(shí)間、極性等參數(shù)的采集， 采集范圍每線1 100 kA （8 / 20 s）；對(duì)雷擊信號(hào)持續(xù)高速采集、數(shù)字濾波及對(duì)有效數(shù)據(jù)與無(wú)效數(shù)據(jù)

15、進(jìn)行分離處理， 將所采集的有效數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并處理還原真值及波形。 b . 使用10 / 100 Base - T 通訊接口， 支持短信功能和GPRS （通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)） 通信。 c . 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到監(jiān)控中心。 d . 工作電壓： 220V AC 、48V DC 任選。 e . 采集數(shù)據(jù)精度： D 10 位。 f . 系統(tǒng)還原真值平均誤差精度： E 5%。 g . 圖表化管理， 支持生成各類統(tǒng)計(jì)報(bào)表。將雷擊入侵泄流電流的大小和波形以及在線SPD 的動(dòng)作情況圖表化顯示。 h . 在線SPD 臺(tái)帳管理。 i . 為保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行， 系統(tǒng)設(shè)計(jì)了完善的運(yùn)行狀態(tài)自檢程序： 采集探頭異常、通訊異常、溫度異常、終端異常等的自檢。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生上述異常時(shí)均會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)， 提醒用戶檢修或更換故障設(shè)備。 4 結(jié)束語(yǔ) 由于雷擊的突發(fā)性、瞬變性， 即使具有雷擊過(guò)電流燒蝕、熔損的客觀痕跡的物理特性， 也很難判斷其雷擊電流幅值， 何況許多雷災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)往往找不到痕跡。以往安裝SPD 的場(chǎng)所沒(méi)有科學(xué)、量化的技術(shù)儀表直觀顯現(xiàn)雷擊電流幅值參數(shù)及波形。如今， “在線雷擊過(guò)電流智能監(jiān)測(cè)、管理系統(tǒng)”的應(yīng)用， 實(shí)現(xiàn)了雷擊電流從定性到定量的在線測(cè)量與分析。對(duì)雷電可能經(jīng)常光顧或者SPD 設(shè)置數(shù)量較多的場(chǎng)所， 有意識(shí)地設(shè)置“在線雷