EMC雷电防护–符合IEC 62305-4：2010的区域概念防雷区（LPZ）

国际电源系统

条款

230/400 V系统中的应用示例

外区：
LPZ 0：由于未衰减的雷电电磁场而造成威胁的区域，并且内部系统可能会遭受全部或部分雷电浪涌电流的区域。
LPZ 0细分为：
LPZ 0A：可能由于直射雷电和完整的雷电电磁场而造成威胁的区域。 内部系统可能会承受全部的雷电浪涌电流。
LPZ 0B：防直击雷区，但是威胁是完整的雷电电磁场的区域。 内部系统可能会受到部分雷电浪涌电流的影响。
内部区域（防止直接雷击）：
LPZ 1：浪涌电流受边界共享电流和隔离接口和/或SPD限制的区域。 空间屏蔽可能会削弱雷电电磁场。
LPZ 2…n：浪涌电流可能会因均流而进一步受到限制的区域
以及隔离界面和/或通过边界处的附加SPD。 可以使用附加的空间屏蔽来进一步减弱雷电电磁场。

术语和定义

电涌保护器（SPD）
电涌保护装置主要由与电压有关的电阻器（压敏电阻，抑制二极管）和/或火花隙（放电路径）组成。 电涌保护装置用于保护其他电气设备和装置免受不允许的高电涌和/或建立等电位联结。 电涌保护器分为以下几类：
a）根据其用途分为：
  • 用于电源装置的电涌保护设备和额定电压范围高达1000 V的设备
–根据EN 61643-11：2012分为类型1/2/3 SPD
–根据IEC 61643-11：2011分为I / II / III级SPD
符合新EN 61643-11：2012和IEC 61643-11：2011标准的LSP产品系列将于2014年内完成。
  • 信息技术装置和设备的电涌保护器
    用于保护标称电压高达1000 Vac（有效值）和1500 Vdc的电信和信号网络中的现代电子设备免受雷击和其他瞬态的间接和直接影响。
–符合IEC 61643-21：2009和EN 61643-21：2010。
  • 隔离用于接地系统或等电位连接的火花隙
    用于光伏系统的电涌保护器适用于高达1500 Vdc的标称电压范围
–根据EN 61643-31：2019（将替代EN 50539-11：2013），IEC 61643-31：2018分为类型1 + 2，类型2（I + II，II类）SPD
b）根据其脉冲电流放电容量和保护作用分为：
  • 雷电避雷器/配合使用的雷电避雷器，用于保护安装和设备免受直接或附近的雷击（安装在LPZ 0A和1之间的边界）造成的干扰。
  • 避雷器，用于保护设备，设备和终端设备免受雷电冲击，开关过电压以及静电放电（安装在LPZ 0B下游的边界处）。
  • 组合式避雷器，用于保护安装，设备和终端设备免受直接或附近雷击的干扰（安装在LPZ 0A和1以及0A和2之间的边界处）。

电涌保护器技术数据
电涌保护器的技术数据包括根据以下条件使用的信息：
  • 应用（例如安装，电源条件，温度）
  • 发生干扰时的性能（例如，脉冲电流放电容量，跟随电流熄灭能力，电压保护级别，响应时间）
  • 运行期间的性能（例如，标称电流，衰减，绝缘电阻）
  • 发生故障时的性能（例如备用保险丝，隔离开关，故障保护，远程信号选项）
标称电压UN
标称电压代表要保护的系统的标称电压。 标称电压的值通常用作信息技术系统的电涌保护器的类型标记。 表示为交流系统的均方根值。
最大连续工作电压UC
最大连续工作电压（最大允许工作电压）是在工作期间可以连接到电涌保护装置相应端子的最大电压的均方根值。 这是在定义的非导电状态下避雷器上的最大电压，该电压在避雷器跳闸和放电后将其恢复为该状态。 UC的值取决于要保护的系统的标称电压和安装程序的规格（IEC 60364-5-534）。
额定放电电流In
标称放电电流是8/20μs脉冲电流的峰值，在特定测试程序中会对该电涌保护器进行评级，并且该电涌保护器可以放电几次。
最大放电电流Imax
最大放电电流是设备可以安全放电的8/20μs脉冲电流的最大峰值。
雷电冲击电流Iimp
雷电冲击电流是具有10/350μs波形的标准冲击电流曲线。 它的参数（峰值，电荷，比能）模拟自然雷电流引起的负载。 雷电电流和组合的避雷器必须能够多次释放这种雷电冲击电流而不会被破坏。
总放电电流
在总放电电流测试期间，流经多极SPD的PE，PEN或接地的电流。 如果电流同时流过多极SPD的多个保护路径，则可以使用此测试确定总负载。 该参数对于总放电容量具有决定性作用，总放电容量由SPD的各个路径之和可靠地处理。
电压保护等级UP
电涌保护器的电压保护级别是电涌保护器端子上的最大电压瞬时值，由标准化的单个测试确定：
–雷电脉冲击穿电压1.2 / 50μs（100％）
–跳火电压，上升速率为1kV /μs
–在额定放电电流In下测得的极限电压
电压保护级别表征了电涌保护设备将电涌限制到残余电平的能力。 电压保护等级根据电源系统中的IEC 60664-1定义了有关过电压类别的安装位置。 对于要在信息技术系统中使用的电涌保护设备，电压保护等级必须与要保护的设备的抗扰等级相适应（IEC 61000-4-5：2001）。
短路电流额定值ISCCR
来自SPD所在的电源系统的最大预期短路电流
与指定的隔离开关配合使用，额定值
短路承受能力
短路耐受能力是当相关最大备用保险丝连接到上游时，电涌保护设备处理的预期工频短路电流的值。
光伏（PV）系统中SPD的短路额定ISCPV
SPD单独或与其断开设备一起能够承受的最大不受影响的短路电流。
临时过电压（TOV）
由于高压系统中的故障，电涌保护设备可能会在短时间内出现暂时的过电压。 这必须与由雷击或开关操作引起的瞬态现象明显区分开，持续时间不超过1 ms。 振幅UT和此临时过电压的持续时间在EN 61643-11中指定（200 ms，5 s或120分钟），并根据系统配置（TN，TT等）分别测试了相关的SPD。 SPD可以a）可靠地失效（TOV安全）或b）耐TOV（耐TOV），这意味着它可以在操作期间和之后完全运行
暂时的过电压。
标称负载电流（标称电流）IL
额定负载电流是可能永久流过相应端子的最大允许工作电流。
保护导体电流IPE
根据安装说明，在没有负载侧负载的情况下，保护导体电流是当电涌保护设备连接到最大连续工作电压UC时流经PE连接的电流。
电源侧过流保护/避雷器备用保险丝
一旦超过电涌保护器的分断能力，位于馈电侧避雷器外部的过电流保护器（例如保险丝或断路器）将中断工频跟随电流。 不需要额外的备用保险丝，因为备用保险丝已经集成在SPD中（请参阅相关章节）。
工作温度范围TU
工作温度范围表示可以使用设备的范围。 对于非自热设备，它等于环境温度范围。 自热设备的温升不得超过指示的最大值。
响应时间tA
响应时间主要表征避雷器中使用的单个保护元件的响应性能。 根据脉冲电压du / dt或脉冲电流di / dt的上升速率，响应时间可能会在一定范围内变化。
热断路器
用于配备压控电阻器（压敏电阻）的电源系统中的电涌保护器大多具有集成的热断路器，以在过载情况下将电涌保护器与主电源断开，并指示该工作状态。 隔离开关对压敏电阻过载产生的“当前热量”作出响应，如果超过一定温度，则将电涌保护装置与主电源断开。 隔离开关设计用于及时断开过载的电涌保护装置，以防止火灾。 并不旨在确保防止间接接触。 可以通过模拟的避雷器过载/老化来测试这些热断路器的功能。
远程信号联系
远程信号触点可轻松进行远程监控并指示设备的运行状态。 它具有浮动转换触点形式的三极端子。 该触点可以用作断开和/或接通触点，因此可以轻松集成到建筑物控制系统，开关柜的控制器等中。
N-PE避雷器
专为安装在N和PE导体之间而设计的电涌保护器。
组合波
虚拟阻抗为1.2Ω的混合发电机（50 / 8μs，20/2μs）产生组合波。 该发电机的开路电压称为UOC。 UOC是3型避雷器的首选指示器，因为只有这些避雷器可以用组合波进行测试（根据EN 61643-11）。
防护等级
IP防护等级对应于IEC 60529中描述的防护类别。
频率范围
频率范围表示避雷器的传输范围或截止频率，具体取决于所描述的衰减特性。
保护电路
保护电路是多级，级联的保护设备。 各个保护阶段可能包括火花隙，压敏电阻，半导体元件和气体放电管。
回波损耗
在高频应用中，回波损耗是指“超前”波的多少部分在保护装置（浪涌点）处被反射。 这是保护设备与系统特性阻抗的协调程度的直接度量。

摘自国际标准 IEC 61643-11-2011低压电涌保护器–第11部分连接到低压电力系统的电涌保护器–要求和测试方法[1.0年第2011版]

术语，定义和缩写
3.1术语和定义
3.1.1
电涌保护器SPD
包含至少一个旨在限制浪涌电压的非线性组件的设备
并转移浪涌电流
注意：SPD是一个完整的组件，具有适当的连接方式。
3.1.2
单端口SPD
无预期串联阻抗的SPD
注意：一个端口SPD可能具有单独的输入和输出连接。
3.1.3
两端口防雷器
具有特定串联阻抗的SPD连接在单独的输入和输出连接之间
3.1.4
电压开关型SPD
SPD在没有浪涌时具有高阻抗，但是可以响应于电压浪涌而将阻抗突然改变为低值
注意：电压开关型SPD中使用的组件的常见示例是火花隙，气管和晶闸管。 这些有时称为“撬棍型”组件。
3.1.5
限压型SPD
无浪涌时具有高阻抗的SPD，但随着
增加浪涌电流和电压
注意：限压型SPD中使用的组件的常见示例是压敏电阻和雪崩击穿二极管。 这些有时称为“夹紧型”组件。
3.1.6
组合式SPD
包含电压开关组件和电压限制组件的SPD。
SPD可能会出现电压切换，限制或同时出现这两种情况
3.1.7
短路型SPD
根据II类测试对SPD进行了测试，由于浪涌电流超过其标称放电电流In，因此将其特性更改为有意内部短路
3.1.8
SPD的保护方式
端子之间的预定电流路径，其中包含保护性组件，例如，线对线，线对地，线对中性线，中性线对地。
3.1.9
II类测试的标称放电电流
通过SPD的电流波峰值，电流波形为8/20
3.1.10
I类测试Iimp的脉冲放电电流
在指定时间内通过SPD放电电流的峰值，具有指定的电荷转移Q和指定的能量W / R
3.1.11
最大连续工作电压UC
最大均方根电压，可连续应用于SPD的保护模式
注意：此标准涵盖的UC值可能超过1V。
3.1.12
遵循当前的If
由电力系统提供的峰值电流，在放电电流脉冲后流经SPD
3.1.13
额定负载电流IL
可以提供给连接到的电阻性负载的最大连续额定均方根电流
SPD的受保护输出
3.1.14
电压保护等级UP
在给定的振幅和波形下，由于具有定义的电压陡度的脉冲应力和具有放电电流的脉冲应力，在SPD端子上预期的最大电压
注意：电压保护级别由制造商提供，并且不能超出以下范围：
–为波前跳火而确定的测量极限电压（如适用）和由残余电压测量所确定的测量极限电压，其幅度分别对应于II类和/或I类测试的In和/或Iimp；
–在UOC处测得的极限电压，是针对III类测试的组合波确定的。
3.1.15
测得的极限电压
在施加指定波形和幅度的脉冲期间，跨SPD端子测得的最高电压值
3.1.16
剩余电压Ures
由于放电电流的通过而在SPD的端子之间出现的电压的峰值
3.1.17
临时过电压测试值UT
在特定持续时间tT内施加到SPD的测试电压，以模拟TOV条件下的应力
3.1.18
两端口SPD的负载侧浪涌承受能力
两端口SPD承受来自SPD下游电路的输出端子上的浪涌的能力
3.1.19
两端口SPD的电压上升率
在指定的测试条件下，在两个端口SPD的输出端子上测得的电压随时间的变化率
3.1.20
1,2 / 50电压脉冲
额定虚拟前沿时间为1,2μs且达到半值的标称时间为50μs的电压脉冲
注意：IEC 6-60060（1）的第1989条定义了前沿时间，达到半值的时间和波形容限的电压脉冲定义。
3.1.21
8/20电流脉冲
额定虚拟前沿时间为8μs且达到半值的标称时间为20μs的电流脉冲
注意：IEC 8-60060（1）的第1989条定义了当前脉冲的前沿时间，达到半值的时间和波形容差的脉冲定义。
3.1.22
组合波
在断路条件下具有定义的电压幅度（UOC）和波形的波形，在短路条件下具有定义的电流幅度（ICW）和波形的波形
注意：传递到SPD的电压幅度，电流幅度和波形由组合波发生器（CWG）阻抗Zf和DUT的阻抗确定。
3.1.23
开路电压UOC
被测设备连接点组合波发生器的开路电压
3.1.24
组合波发生器短路电流ICW
在被测设备的连接点，组合波发生器的预期短路电流
注意：将SPD连接到组合波发生器时，流经设备的电流通常小于ICW。
3.1.25
热稳定性
如果在指定的最大连续工作电压和指定的环境温度条件下通电时，SPD的温度随时间下降，则SPD是热稳定的，
3.1.26
性能下降
设备或系统的运行性能与预期性能永久不合需要的变化
3.1.27
短路电流额定值ISCCR
额定SPD与指定的隔离开关一起使用的电源系统的最大预期短路电流
3.1.28
SPD隔离开关（隔离开关）
用于将SPD或SPD的一部分与电源系统断开连接的设备
注意：出于安全目的，此断开设备不需要具有隔离功能。 它用于防止系统上的持续性故障，并用于指示SPD的故障。 隔离开关可以是内部的（内置）或外部的（制造商要求）。 隔离开关功能可能不止一种，例如过电流保护功能和热保护功能。 这些功能可以在单独的单元中。
3.1.29
防护等级IP的防护等级
分类前面带有IP符号，指示外壳提供的防护范围，可防止触及危险部件，防止固体异物进入并可能有害进水
3.1.30
型式试验
对代表生产的一个或多个项目进行的一致性测试[IEC 60050-151：2001，151-16-16]
3.1.31
常规测试
对每个SPD或零件和材料进行必要的测试，以确保产品符合设计规格[IEC 60050-151：2001，151-16-17，已修改]
3.1.32
验收测试
合同测试，向客户证明该产品符合其规格的某些条件[IEC 60050-151：2001，151-16-23]
3.1.33
去耦网络
用于在SPD通电测试期间防止浪涌能量传播到电网的电路
注意：该电路有时称为“反向滤波器”。
3.1.34
脉冲测试分类
3.1.34.1
一级考试
使用脉冲放电电流Iimp，峰值等于Iimp的峰值的8/20电流脉冲以及电压值为1,2 / 50的脉冲进行的测试
3.1.34.2
II级测试
在额定放电电流In和1,2 / 50电压脉冲下进行的测试
3.1.34.3
III级测试
使用1,2 / 50电压– 8/20电流组合波发生器进行的测试
3.1.35
剩余电流装置RCD
当剩余或不平衡电流在规定条件下达到给定值时意图引起电源电路断开的开关装置或相关装置
3.1.36
电压开关浪涌保护器的击穿电压
电压开关浪涌保护器的触发电压
电压切换SPD时从高阻抗突然变为低阻抗的最大电压值
3.1.37
I类测试的比能量W / R
通过脉冲放电电流Iimp通过1 unit的单位电阻耗散的能量
注意：这等于电流平方的时间积分（W / R =∫i 2d t）。
3.1.38
电源IP的预期短路电流
如果通过可忽略的阻抗链路在电路中的给定位置短路的电流将在该位置流过
注意：此预期对称电流由其均方根值表示。
3.1.39
遵循当前中断等级Ifi
SPD无需断路器即可中断的预期短路电流
3.1.40
剩余电流IPE
根据制造商的说明进行连接时，以参考测试电压（UREF）通电时流过SPD PE端子的电流
3.1.41
状态指示器
指示SPD或SPD一部分的运行状态的设备。
注意：此类指示器可能在本地，带有视觉和/或声音警报，并且/或者可能具有远程信号发送和/或输出触点功能。
3.1.42
输出接点
与SPD主电路分开的电路中包含的触点，并与隔离开关或状态指示器链接
3.1.43
多极SPD
具有不止一种保护模式的SPD类型，或作为一个单元提供的电互连SPD的组合
3.1.44
总放电电流ITotal
总放电电流测试期间流经多极SPD的PE或PEN导体的电流
注1：目的是考虑多极SPD的多种保护模式同时进行时发生的累积效应。
注2：ITotal与根据测试等级I测试的SPD特别相关，并用于根据IEC 62305系列进行雷电保护等电位连接的目的。
3.1.45
参考测试电压UREF
用于测试的电压均方根值，取决于SPD的保护模式，标称系统电压，系统配置以及系统内的电压调节
注意：参考测试电压是根据制造商根据7.1.1 b8）给出的信息从附件A中选择的。
3.1.46
短路型SPD Itrans的过渡浪涌电流额定值
8/20脉冲电流值超过额定放电电流In，这将导致短路型SPD短路
3.1.47
间隙确定电压Umax
根据8.3.3确定间隙的浪涌应用期间的最高测得电压
3.1.48
最大放电电流Imax
通过SPD的电流的波峰值具有8/20的波形和幅度
符合制造商规范。 Imax等于或大于In
3.2缩写
表1 –缩写列表
缩写
产品描述
定义/条款
一般缩写
ABD
雪崩击穿装置
7.2.5.2
工作组
组合波发生器
3.1.22
RCD
剩余电流装置
3.1.35
DUT
被测设备
常用资料
IP
外壳防护等级
3.1.29
TOV
暂时过电压
常用资料
SPD
电涌保护装置
3.1.1
k
过载行为的跳闸电流因数
表20
Zf
虚构阻抗（组合波发生器）
8.1.4 c）
W / R
I类测试的比能
3.1.37
T1，T2和/或T3
产品等级I，II和/或III的产品标记
7.1.1
tT
TOV申请时间进行测试
3.1.17
与电压有关的缩写
UC
最大连续工作电压
3.1.11
U号
参考测试电压
3.1.45
UOC
组合波发生器的开路电压
3.1.22，3.1.23
UP
电压保护等级
3.1.14
U水库
剩余电压
3.1.16
U最大
间隙测定电压
3.1.47
UT
临时过电压测试值
3.1.17
与current有关的缩写
IIMP
I类测试的脉冲放电电流
3.1.10
I最大
最大放电电流
3.1.48
In
II类测试的标称放电电流
3.1.9
If
跟随潮流
3.1.12
Ifi
遵循当前的中断等级
3.1.39
IL
额定负载电流
3.1.13
ICW
组合波发生器的短路电流
3.1.24
ISCCR
短路电流额定值
3.1.27
IP
电源的预期短路电流
3.1.38
IPE
U处的剩余电流号
3.1.40
I合计
多极SPD的总放电电流
3.1.44
I反
短路型SPD的过渡浪涌电流额定值
3.1.46


4服务条件
4.1频率
频率范围是47 Hz至63 Hz ac
4.2电压
在电涌保护器（SPD）的端子之间连续施加的电压
不得超过其最大连续工作电压UC。
4.3气压和高度
气压为80 kPa至106 kPa。 这些值分别表示+2 m至-000 m的高度。
4.4温度
  • 正常范围：–5°C至+40°C
    注意：此范围适用于在不受温度或湿度控制的，受天气影响的室内室内使用的SPD，并且符合IEC 4-60364-5中外部影响代码AB51的特性。
  • 扩展范围：-40°C至+70°C
    注意：此范围适用于在不受天气影响的室外使用的SPD。
4.5湿度
  • 正常范围：5％至95％
    注意：该范围适用于室内既没有温度也没有湿度控制的天气条件下使用的SPD，并且符合IEC 4-60364-5中外部影响代码AB51的特性。
  • 扩展范围：5％至100％
    注意：此范围适用于在不受天气影响的室外使用的SPD。
5分类
制造商应根据以下参数对SPD进行分类。
5.1端口数量
5.1.1一个
5.1.2二
5.2 SPD设计
5.2.1电压切换
5.2.2电压限制
5.2.3组合
5.3 I，II和III类测试
表2给出了I级，II级和III级测试所需的信息。
表2 – I，II和III类测试
检测
要求（提供）的信息
测试程序（见子条款）
I类
IIMP
8.1.1 8.1.2; 8.1.3
II类
In
8.1.2; 8.1.3
III级
UOC
8.1.4; 8.1.4.1