低压电涌保护器暂态过电压测试方法研究

ｔｅｍｐｏｒａｒｙ ｏｖｅｒｖｏｌｔａｇｅ； ｓｕｒｇｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｄｅｖｉｃｅ
试验电压为 １ ２００ Ｖ＋Ｕ０， 现改为 １ ２００ Ｖ＋Ｕｃｓ。试验是 在三相试验变压器产生 Ｕｃｓ 时与另一辅助的单相变压 器的 １ ２００ Ｖ 输 出 叠 加 而 成 ， Ｕｃｓ＝１．１ Ｕ０， Ｕ０＝２２０ Ｖ； %"防护等级大于或等于 ＩＰ２０ 的 ＳＰＤ， 使用标准试指 施加 ５ Ｎ 的力不应触及带电部件。
ｔｈｅ ｎｅｗ ＩＥＣ ｓｔａｎｄａｒｄ ｗａｓ ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ ｗｈｉｌｅ
ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ＴＯＶ ｔｅｓｔ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．
Ｓｏｍｅ ＳＰＤ ｔｅｓｔｓ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｎｅｗ
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第 ４３ 卷 第 ４ 期 ２００７ 年 ８ 月
Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ａｐｐａｒａｔｕｓ
Ｖｏｌ．４３ Ｎｏ．４ Ａｕｇ． ２００７
存在强约束， 无论在低温还是高温下， 瓷套上都存在 引发断裂的较大拉应力， 只是区域不同而已。但如考 虑在实际工艺中水泥与瓷套之间涂覆了沥青缓冲
Ｂ Ａ
层， 沥青具有易变形的特性， 这会将原来的紧密联接
在 文 ［３］ 中 ＳＰＤ 连 接 至 Ｌ－ＰＥ 时 ＵＴ＝ " ３ Ｕ０＝ ３８１．０ Ｖ， ＳＰＤ 连接至 Ｎ－ＰＥ 时 ＵＴ＝１．４５Ｕ０＝３１９．０ Ｖ， 而 在文 ［２］ 中 ＳＰＤ 连接至 Ｌ－ＰＥ 时ＵＴ＝１．５５Ｕｃｓ＝３７５．１ Ｖ， ＳＰＤ 连接至 Ｎ－ＰＥ 时 ＵＴ＝１．３２Ｕｃｓ＝３１９．４ Ｖ， Ｕｃｓ＝１．１Ｕ０＝ ２４２ Ｖ。故新老标准在电压要求上差异不大， 其都注 明有： 如果最大持续工作电压 Ｕｃ 高于或等于 ＵＴ， 则 无需进行本试验。因此这项测试仅对 Ｕｃ 低于 ＵＴ 的 试品进行。曾对 Ｕｃ＝２７５ Ｖ 的一批试品进行测试， 在 实验过程中用氧化锌避雷器测试仪在线测量流过试
９０°相角处触发升压变压器一次侧可控硅 ＳＷ４ 及 Ｌ１、 Ｌ２、Ｌ３ 三 相 的 可 控 硅 ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３， 对 样 品 施 加 电 压。在 ２００ ｍｓ 后， 控制电路自动关断升压变压器一次 侧可控硅， 但仍保持 Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ 三相可控硅导通， 幅值 为 Ｕｃｓ 的三相对称电压施加到样品上保持 １５ ｍｉｎ 不 断开。图 ２ 为 ＳＰＤ 端子上预期电压的时序图。
品的电流及功耗。标准上也要求在施加 ＵＴ 后， 施加 Ｕｃｓ 期间 ＳＰＤ 应保持热 稳定。热稳 定的判定依 据是 在施加电压 Ｕｃｓ 的全部时间内流过 ＳＰＤ 的电流或其 功耗不再增加。表 １ 是对某个厂家的 ３ 个试品进行 测 试 时 记 录 的 一 组 数 据 。试 验 过 程 中 试 验 电 压 为 ０．２４５～０．２５２ ｋＶ， 阻性电流峰值为 ３．８２４～４．２３４ ｍＡ。 如果试验电压低， 阻性电流峰值也会相应小些。在试 验过程中阻性电流峰值、功耗基本上能保持不变。从
作者简介： 任晓明（ １９７７－ ） ， 男， 博士研究生， 从事防雷测试技术、电磁兼容研究。
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Ｕ Ｌ１－Ｎ Ｌ１－ＰＥ Ｌ２， Ｌ３－Ｎ
Ｌ２， Ｌ３－ＰＥ
Ｎ－ＰＥ
在试验时， 也发现有的试品在做该实验时热脱 扣装置能够正常启动， 指示器指示清楚且外观保持 完好。标准要求， 如果脱离器动作， ＳＰＤ 上应有明显
图 ５ 放电管试品（ Ｎ－ＰＥ） 两端在 突然加上 １ ２００ Ｖ 时的波形
图 ６ （ ３Ｐ＋Ｎ） 试品（ Ｌ１－ＰＥ） 两端上的波形
２．２ 低压系统故障引起的 ＴＯＶ 试验程序
的 ＳＰＤ 产品进行 ＴＯＶ 测试， 对测试中的一些现象 进 行 分 析 。
分析了新老标准的差异和对产品测试的影响， 为今后的标准
修订和 ＳＰＤ 生产与测试提供了参考。
关键词： 低压配电系统； 暂态过电压； 电涌保护器
中图分类号： ＴＭ８３５．１
文献标志码： Ａ
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ＳＰＤ ＴＯＶ
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第 ４３ 卷 第 ４ 期 ２００７ 年 ８ 月
文章编号： １００１ － １６０９（ ２００７） ０４ － ０２４８ － ０２
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低压电涌保护器暂态过电压测试方法研究
任晓明 １， ２， 蔡振新 ２， 傅正财 １
以下称为新标准） 对 ＳＰＤ 的 ＴＯＶ 试验方法和要求已 经作了修改， 与目前我国的现行 ＧＢ １８８０２．１－ ２００２ （ 以下称为现行标准， 它等效采用 ＩＥＣ ６１６４３－ １∶１９９８） 主要有以下差别［１ － ９］： !"新标准包括了高（ 中） 压故障 下的 ＴＯＶ 故障试验和低压故障下的 ＴＯＶ 试验； #"在 高（ 中） 、低压系统中都分别有故障模式和耐受特性试 验； $"在高（ 中） 压系统的故障引起的 ＴＯＶ 中， 原要求
ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ＧＢ １８８０２．１ － ２００２ （ ｉｄｅｎｔｉｃａｌ ｔｏ ＩＥＣ
６１６４３－ １∶１９９８） ａｎｄ ＩＥＣ ６１６４３－ １∶２００５－ ０３ （ ２ｎｄ ｅｄｉｔｉｏｎ） ｗｅｒｅ
ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ＴＯＶ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ
Ｕｃｓ
Ｕｃｓ＋１ ２００ Ｖ＝Ｕｒ
Ｕｃｓ
Ｕｃｓ
Ｕｃｓ＋１ ２００ Ｖ＝Ｕｒ Ｕｃｓ
１ ２００ Ｖ＝Ｕｒ
ｔ ２００ ｍｓ
图 ２ 高（ 中） 压 ＴＯＶ 试验时 ＳＰＤ 端子上预期电压的时序图
Ａ１ Ｔ Ｕｃｓ
ＳＷ２ Ｚ２ Ｆ２ ＳＰＤ Ｆ１ Ｚ１
ＳＷ１
Ｎ１
ＵＴ
图 ３ 低压系统故障引起的 ＴＯＶ 试验电路原理
ＴＯＶ ｔｅｓｔｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ． Ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．
Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄ’ｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ＳＰＤ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ
ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｅｒｅ ｓｈｏｗｎ．
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｌｏｗ－ｖｏｌｔａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ；
摘 要 ： 分 析 了 ＩＥＣ ６１６４３ － １ ∶２００５ － ０３ （ 第 ２ 版 ） 与 ＧＢ
１８８０２．１－ ２００２ 中对低压配电系统电涌保护器（ ＳＰＤ） 的暂态过
电压 （ ＴＯＶ） 试 验 要 求 的 差 异 ； 阐 述 了 完 全 按 照 ＩＥＣ 新 标 准 研
制的 ＴＯＶ 试验设备的工作原理和试验程序； 通过对一些厂家
（ １． 上海交通大学电气工程系， 上海 ２０００３０； ２． 上海市防雷中心， 上海 ２０００３０）
ＴＯＶ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ ＳＰＤ ＲＥＮ Ｘｉａｏ－ｍｉｎｇ１，２， ＣＡＩ Ｚｈｅｎ－ｘｉｎ２， ＦＵ Ｚｈｅｎｇ－ｃａｉ１
（ １． Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００３０， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００３０， Ｃｈｉｎａ）
的、有效和永久断开的迹象。为了检查这一要求， 必 需施加工频电压 Ｕｃ １ ｍｉｎ， 看流过的电流是否超过 ０．５ ｍＡ， 如未超过， 则判定试品合格。
对于（ ３Ｐ＋Ｎ） 型的试 品按文［２］的新 标 准 进 行 试 验。样品的放置及试验方法均按该标准的规定。发现 没有产生单片试品的现象， 但却发现试验设备的过 流保护器动作， 说明放电管试品（ Ｎ－ＰＥ） 在突然加上 １ ２００ Ｖ 时， 已超过放电管的起动电压， 导致续流产 生。由于续流比较大， 因此设备的过流保护器才会 动作。试品两端的电压波形见图 ５， 在 ２００ ｍｓ 的持 续时间里放电管两端的峰值电压只有 １２．６ Ｖ 左右。 由 于 （ Ｎ－ＰＥ） 放 电 管 的 导 通 ， 故 加 载 在 （ Ｌ１－ＰＥ） 、 （ Ｌ２－ＰＥ） 、（ Ｌ３－ＰＥ） 上持续 ２００ ｍｓ 的电压实际上并不 高。如图 ６ 所示， ２００ ｍｓ 的持续时间中（ Ｌ１－ＰＥ） 两端 的峰值电压只有 ２９０ Ｖ， 故没有发生单片试品测试 时观察到的爆炸现象。
０ 引言
暂态过电压（ ＴＯＶ） 试验作为低压配电系统电涌 保护器（ ＳＰＤ） 型式试验的一部分， 越来越受到人们的 重视。新版 ＩＥＣ 标准 ＩＥＣ ６１６４３－ １∶２００５－ ０３（ 第 ２ 版，
Ａ１
Ｔ１
Ｂ１
Ｃ１
Ｎ１
Ｆ２
ＤＵＴ（ ＳＰＤ）
ＳＷ１ Ｒ１ Ｆ１ Ｌ１
ＳＷ２
Ｌ２
ＰＥ
ＳＷ３
Ｌ３
Ｎ
ＳＷ４ Ｔ２ Ｒ３
表 １ 也可看出试验中 ３ 个试品阻性电流峰值在 ４．１ ｍＡ 左右， 功耗在 ０．２１ Ｗ 左右， 说明该产品能在 施加 Ｕｃｓ 期间保持热稳定。从实验结果来看， 这批试 品都能通过低压系统故障引起的 ＴＯＶ 试验［１０－ １２］。
３ 结语
笔 者 对 完 全 按 照 新 标 准 研 制 （ 下转第 ２５２ 页）
收稿日期： ２００７ － ０１ － １２； 修回日期： ２００７ － ０５ － １７
图 １ 高（ 中） 压系统故障引起的 ＴＯＶ 试验电路原理
１．２ 低压 ＴＯＶ 试验原理 图 ３ 为低压 ＴＯＶ 试验原理图， 控制电路触发 ＵＴ
侧 的 可 控 硅 ＳＷ１ 连 接 到 工 频 电 压 ＵＴ 上 ， 持 续 ５ ｓ 后， 停止触发 ＵＴ 侧的可控硅 ＳＷ１， 立即触发 Ｕｃｓ 侧的 可 控 硅 ＳＷ２， 使 试 品 上 加 载 工 频 电 压 Ｕｃｓ， 持 续 此 电 压 １５ ｍｉｎ。控制电路确保 ＵＴ 和 Ｕｃｓ 的切换时间不大 于 １００ ｍｓ。图 ４ 为 ＳＰＤ 端子上预期电压的时序图，
这些测试方法和要求的变化给 ＳＰＤ 试验造成严 酷程度的差异， 值得 ＳＰＤ 制造商和测试部门重视。笔 者分析这些差异， 结合满足新标准的测试设备的研制 介绍新标准的测试方法， 并分析其对试品的影响。
１ ＴＯＶ 试验设备的工作原理
１．１ 高（ 中） 压 ＴＯＶ 试验原理 图 １ 为高（ 中） 压 ＴＯＶ 试验的原理图， 在 Ａ１ 相的
闭合
断开
ＳＷ２
闭合
断开 ｔ１ ｔ２ ｔ３
ＳＷ１ ｔ４
图 ４ 低压 ＴＯＶ 试验时 ＳＰＤ 端子上预期电压的时序图
其中 ｔ３－ ｔ２≤１００ ｍｓ。
２ ＴＯＶ 试验程序与样品测试
２．１ 高（ 中） 压系统的故障引起的 ＴＯＶ 试验程序 文［２］在高（ 中） 压系统故障引 起的 ＴＯＶ 试验中
没有对单片 试品提出 要 求 ， 目 前 的 ＳＰＤ 测 试 仍 按 文［３］的要求进行， 样品的放置及试验方法均按标准 规定。在测试中发现， 单片试品一旦在原来电压Ｕ０ 的 基础上加上 １ ２００ Ｖ， 试品很快短路， 并有烟雾、火光 等现象产生， 有时还伴随着剧烈的爆裂声响。在试验 过程中， 盒的内表面覆盖的薄纸没有发生燃烧现象， 但纸上有一些密密麻麻的小洞， 说明虽然没有引起 燃烧， 但爆炸产生了飞溅物。测试完成后， 有部分试 品的热脱扣装置的指示器被熏黑， 无法判断该试品 的热脱扣装置是否启动。拆开后查看发现， 有些试 品的热脱扣的焊锡点依然牢固， 说明热脱扣装置没 有启动。有些试品外壳会被炸裂。按照文［３］的要求， ＩＰ 等级大于 ＩＰ２Ｘ 的 ＳＰＤ 外壳不应损坏到使标准试 指可触及带电部件， 但这些产品的 ＩＰ 等级为 ＩＰ２Ｘ， 所以不适用这个条款， 故产品也判定为合格的。而 按照文［２］的要求， 这种产品是不合格的。目前国内 采 用的 还 是 文［３］这 个 旧 标 准 ， 在 采 纳 新 的 版 本 时 ， 这个问题值得 ＳＰＤ 生产厂家注意。