智能型电源级SPD及其应用前景

 

智能型电源级SPD及其应用前景

 

【摘要】

本文详细介绍了一种智能型电源级SPD的技术特点及其应用前景。该智能型电源级SPD相对于传统型电源级SPD具有如下特点：实时监控SPD的阻性漏电流，当SPD漏电流到达劣化门限值时，及时上报，提醒用户对SPD进行更换维护；实时监控SPD其他状态参数，如SPD安装的环境温度异常、相电压、SPD是否脱扣、SPD遭受雷击次数、大小及雷击发生时刻等异常状态，及时提示用户，从而实现杜绝SPD非预期的使用或失效造成的二次事故。同时可通过该智能SPD对其后备保护设备的状态进行监控及控制，有效的减少现场检查的工作量，实现实时检测SPD运行情况，大大的提高了SPD应用的安全性。

 

关键字：智能型电源SPD，阻性漏电流，脱扣，实时监控

 

1  引言

    现代化的工业建设，密集的高层楼群和高度集成的电子工业信息化设备组成了我们的生活、生产，却因为越来越多的电涌侵害防护不当、防雷产品失效、雷电防护过程无检测，造成被保护设备失效或防雷产品失效造成的二次事故。厦门大恒科技有限公司结合10多年的防雷产品设计开发和雷电防护系统的解决方案，设计开发了基于自主专利的实时在线监控MOV型SPD微安级漏电流、SPD干接点、相电压和SPD总的雷电峰值放电电流等参数，经过相应的数学模型判断，得出对应的MOV是否劣化、拔出或失效。通过专用的增强型485总线(TD490)，将实时监测的数据主动上传云服务，并展示在客户端上位机软件上，实现雷电防护的可知，可测，可控，可视。

 

2  智能型SPD的工作原理

2.1  MOV的特性

    氧化锌压敏电阻（MOV）作为SPD组件具有结构简单、使用经济、反应迅速、负荷能力强等优点，具有其它元件无可替代的优势。但MOV作为陶瓷半导体元件，其在压敏电压值以下并不是完全截止的，在工作电压下有一定的漏电流，该漏电流的大小直接反应了MOV运行情况，为我们分析MOV的工作状况提供了依据。在直流电路中，MOV的漏电流仅与MOV的工作区的直流电阻有关，其表现为一单一阻性电流，其值很小，为微安级的电流，当MOV二端电压超过最高工作电压（U_1ma0.75%）后漏电流增加加速上升，当电压达到压敏值后（U_1ma）电流急剧上升，使得浪涌电流得以释放，浪涌电压得到抑制，其伏安特性可见图1。通常，直流MOV的直流工作参数是选择MOV的重要依据，而测量其参数也是我们检验MOV是否合格的重要标准。

     当MOV工作在交流状态下，其表现出一定的容性分量，其等效于一非线性电阻与一电容相并联，其等效电路如图2。通常MOV中的漏电电流中容性电流占很大的比重，其值Ic（容性电流值）远大于IR（阻性电流），而容性电流Ic超前于电压，其在MOV上并不产生功率消耗（无用功），它的大小并不是我们所关心的问题；阻性电流IR虽然比IC要小，但却是实实在在地产生了功率损耗，并产生温度，MOV一旦失效，则IR上升导致工作温度上升从而引起故障，因此在交流工作状态下正确检测出IR值将是我们最关心的问题。

 

 

2.2  SPD漏流的测量方法

本文采用谐波分析法来对SPD的漏电电流进行检测，其检测基理是一种建立于FFT谐波分析的基础上的测量方法，MCU对处理后的信号以256H_z的采样频率进行采样，采样点数为256点，即F_s=256、N=256，这样就可得到全电流的256点的采样数据。将N点数据进行的FFT变换运算并将运算结果存入到数组中，得出的结果是N个点的复数，其分辨率为1H_z，数组的第一个点为H_z=0，即频率为0时的数值，也就是直流分量，而n=51的点即是我们所需的工频状态的电流值，n=151的点是三次谐波的电流值，n=251的点为五次谐波点。由于奇次谐波对应于基波信号其峰点具有同相性，故将所有的谐波的阻性分量的峰峰值相加后即可得到MOV阻性电流的全电流值。

2.3  产品实物

 

智能SPD产品具有如下特点：

（1）环境温度监控。                

（2）采用CT传感器，可测量SPD微安级的纯阻性漏电流，符合GB/T 21431要求。               

（3）SPD脱扣报警。

（4）雷击强度（雷电流）极性、时间、次数。

该产品实现了实时获取在线运行多个SPD的实时状态，便于低压配电系统中多个SPD的统一管理，减轻了人工检测系统中多个SPD的工作负担。同时该产品可以通过RS485总线对具有重合功能的SCB状态参数进行收集，并通过自身的TD490总线上报SCB的异常状态。通过T47集中控制器TD490总线，实现多个智能SPD数据的实时监控。

3  智能SPD的应用拓扑图

 

智能SPD主要技术特点可归纳为：

（1）网络拓扑结构灵活，每个总集中控制器可级联25从集中控制器，每个从集中器可级联25个智能SPD，单总集中器可实现监测625个智能SPD。

（2）具有防呆接线功能，不分正负极性识别。

（3）采用非破坏性逐位仲裁机制实现按优先级发送信息，当两个或多个终端同时访问网络时，这种机制会解决潜在的冲突，而不会损失数据或浪费带宽。

（4）支持对等、多主或主/从通信结构，故障情况报告和故障诊断，是典型的请求—响应通信方式。

（5）各个设备最终均采用4G无线网络或以太网方式与云服务器通信，实现各个设备的物联网，满足人们在任何地点对各个设备当前状态的了解及控制。

4  总结

智能型电源级SPD是智能防雷系统的重要组成部分，为智能防雷在线监测系统实现了防雷的可知、可测、可控、可视提供了重要的数据组成部分。该产品为由于SPD具有使用数量 大、安装位置复杂、隐蔽性大等特点，造成了SPD运行状态的监测难度较大、人工检修设备工作量大的现状提供了重要的解决方案，便于低压配电系统中多个SPD的统一管理，极大的减轻了人工检测的工作负担，解放人力资源。目前该智能型SPD已广泛应用在轨道交通高架站、高速公路的监控系统、景区索道的配电系统等应用场合，为人们的生活，工作提供安全保障。