Ⅰ級試驗浪涌保護器沖擊電流Iimp測試波形爭議故事
2019-05-31 09:50:01
編者前言：對于 一級浪涌保護器 波形測試，IEC與IEEE一直存在爭議，爭議結果以美國標準IEEE為主不承認I級波形，繼續使用8/20波形。而我們國家以IEC為主，100%執行等同翻譯，GB標準沒有任何創新與立場！我國專家對任何一個創新或提議，首先問的一句是歐洲人認可嗎？這是技術界的悲哀！如果歐洲人不認可就不要進入中國市場，用實踐做基礎形成我們自己的標準權威性！ 一、1
編者前言：對于一級浪涌保護器波形測試，IEC與IEEE一直存在爭議，爭議結果以美國標準IEEE為主不承認I級波形，繼續使用8/20波形。而我們國家以IEC為主，100%執行等同翻譯，GB標準沒有任何創新與立場！我國專家對任何一個創新或提議，首先問的一句是歐洲人認可嗎？這是技術界的悲哀！如果歐洲人不認可就不要進入中國市場，用實踐做基礎形成我們自己的標準權威性！
一、10/350 作為I級測試波形的由來
在1995年以前，包括美國在內的大多數國家都采用8/20 波形測試浪涌保護器，“國際電氣規范”（IEC）也采用相同的做法。但此后，在IEC 61643標準文件中，卻對安裝在建筑物進線處的浪涌保護器引入了新的“配電系統I級防護”測試方案。為了適應IEC61643對沖擊脈沖電流(Iimp)的要求，測試機構不得不將測試波形改為10/350。而這一變化的所謂“理論基礎”是：10/350的波形更接近于直接雷擊的波形參數，因此，在對此類進行浪涌保護器（IEC稱SPD）的有效性測試時采用10/350波形比8/20波形更合適。
然而，在經過大量可靠的實踐跟蹤調查之后，IEEE認為對測試方案做出類似的改動根本不具備充分的理由，因此仍然堅持采用8/20波形。但在現實中，IEC引入的“配電系統I級防護”測試新方案卻在浪涌保護器市場上造成了混亂：在某些歐洲生產商的鼓動下，“配電系統I級浪涌保護器” 在設計、生產上按照10/350測試脈沖為參考，采用真空管作為防護元件，并宣稱該種保護器成為所謂“主流”。他們依據很簡單：“直接雷擊的波形只能用10/350波形的脈沖進行模仿，8/20波形的測試規范就不足以起到防護直接雷擊的作用。”
二、對10/350波形的采用的爭議
我們討論這樣的結論是否正確之前，先看看這樣一些事實：
1．按8/20設計的浪涌保護器的具有可靠性
多年來，在所有采用ANSI/IEEE標準測試的低壓浪涌保護器的市場上，至今沒有，也沒有必要設計出浪涌能力在2500kA的保護器。其原因在于：
（1）多年現實的應用告訴我們：即使是在雷電現象最惡劣的地方，浪涌能力在8/20波形400kA的保護器所具有的防護水平，對付極端惡劣的直接雷擊事件都已經綽綽有余。
（2）在世界范圍內，采用8/20測試波形的保護器在保護敏感電子設備免遭直接雷擊的打擊時所表現出的性能一直非常穩定可靠。
2．IEC內部對10/350波形也存在爭議
1995年，10/350測試波形首先出現在IEC 61312-1 標準文件中。但在此前后，IEC內部對是否采用10/350波形存在著不同的看法，這種反對意見隨著人們對直擊雷認識的提高，反對的聲音也越來越高。
在1995年召開的TC 81委員會會議上，通過多方游說，18個選舉國家中的14個對10/350測試波形議案投了贊成票，并通過議案。2000年，在對“IEC 61312-3：2000”修改案進行投票時，19個選舉國家中投贊成票的國家減少為13個。從此我們可以看出，到2000年，在IEC內部有近1/3的國家對10/350測試波形持反對態度。
四、IEEE 對直擊雷的研究
IEEE的評估審查了以下三方面的問題：
（1）10/350波形是誰首先提出的，依據是什么？
IEC 61643-1號文件有關雷電電流的參數的確定依據僅僅只是憑借于1975年和1980年發表在國際電氣雜志上的兩篇文章。現在，我們就對這兩篇文章進行分析。
（2）在決定浪涌保護器的測試波形時，到底應該以什么樣的技術數據為依據？
1975年文章，IEC 61312-1文件的制定者們認為：只要他們考慮到了那些出現雖然機率較低，但持續時間較長的“首次陽性雷擊 (first positive stroke)”，就可以確保“安全”。但對于這樣的結論，連1975年文章的作者K·Berger自己都認為是片面的。
從事雷電研究的瑞士電氣工程師K·Berger在國際電氣雜志上發表文章，認為直擊雷的電流波形近似10/350波形。現在我們來分析一下他得出該結論的關鍵因素：雷擊采集地點：位于瑞士Lugano湖邊附近的San Salvatore山上的一所雷電監測站。
問題1：將高塔引雷造成的回擊雷當成直擊雷
K·Berger文章中所提到的 陽性云—地閃電 的探測地點是位于有高塔的山頂上，這和位于山頂的沒有高塔的其它建筑的雷電情況不同。有高塔的山頂建筑會引雷。事實上，在K·Berger探測到的所有閃電中，除一次例外，其余的閃電的構成都是先由高塔向上引雷，然后是向下的雷擊。而的IEC 61312-1文件卻以此為依據，將這種山頂高塔回擊雷當作所謂“占自然雷擊10%的陽性直擊雷”。然而在現實環境中，高塔引雷所引發的回雷擊事件在所有雷擊事件中的比例還遠不到1%。
IEC 61312-1文件的制定者們以K·Berger的研究結果為依據，把陽性的回擊雷(positive returnstrokes) 看作是首次陽性直擊雷，并得出結論：“首次陽性雷擊”的電流峰值Ipeak比陰性的雷擊要高得多。但這種認識卻是值得懷疑的，依據如下：
20世紀末，“美國國家雷電探測網NLDN”對6千萬次閃電進行了研究，結果顯示：陽性或陰性的云—地高峰值電流閃電(LPCCG)占其中的146萬次，比例為2.46%。而對于所有Imax＞75kA的閃電，陰性云—地高峰值電流閃電在數量上大大超過陽性云—地高峰值電流閃電。由此可見，IEC有關陰性雷和陽性雷電流大小的結論是站不住腳的。
問題2：對陽性回擊閃電的波形和陰性閃電的波形的理解
IEC 61312-1文件認為，陽性回擊閃電的波形和陰性閃電的波形存在著很大的差異。然而，“美國國家雷電探測網NLDN”的研究卻證明這兩種波形在很大程度上是類似的。
1980年文章，國際電氣雜志發表的一篇文章認為，雷擊事件的電流波形近似10/350波形。IEC再次接受了文章的觀點。但在國際范圍內，包括歐洲其它的權威機構，對此種觀點并沒有表示贊成。例如總部位于法國的知名非政府國際組織“大型配電系統國際理事會(CIGRE)”的專家們就對此持反對態度，其雙語雜志《Electra》也拒絕刊登任何支持類似觀點的學術文章。
（3）10/350波形和直接雷擊的相似性到底有多少？
在現階段最可靠的依據就是實際應用效果和大規模的調查研究的結果。目前，大量的研究證明以下的事實是值得信賴的：
（1）2001年，“高壓電氣工程”的作者J·R·Lucas 在其文章中提出，在計算雷電浪涌時，回擊雷過程中出現的高電流是唯一比較特殊的情況。在這一過程中，電流的波形可以表示為：
其中波前時間為0.5～10微秒，波尾時間為30～200微秒。
但通常來說，雷擊電流波形的波前時間應為6微秒，波尾時間為25微秒(即6/25)
2）韓國電力公司進行一項為期5年的研究。結果發現，在他們所監測到的雷擊中，95%的半峰時間不到22微秒，而平均峰值時間為10.82微秒。
（3）1977年，在日本舉行的一項研究中，發現平均半峰時間為40微秒。
（4）美國國家海洋&大氣管理局(NOAA) 經研究提出：“回擊雷的峰值電流的變化范圍在5～200kA，而半峰時間的變化范圍在20～50微秒。
從以上研究中我們看出：除了回擊雷這一例外（0.5～10 / 30～200），大多數直擊雷的比較接近8/20波形。
五、IEEE采用的直擊雷測試波形
在對雷電浪涌環境，測試波形及測試程序進行了廣泛深入的調查研究之后，IEEE最終確定應用于浪涌保護器測試的波形，并在IEEE C62.41.2-2002標準文件中推薦采用：
（1）配電系統C，B類：1.2/50 ～ 8/20 混合波，前者用于電壓測試，后者用于電流沖擊測試。
（2）配電系統A類：100kHz 環波（模擬低幅瞬態電壓和電磁射頻干擾）
IEEE 有關雷電浪涌防護的標準文件包括C62.45-2002，C62.41.1-2002及C62.41.2-2002，技術材料總共292頁。按照IEEE標準設計生產的浪涌保護器廣泛應用在世界上電子設備最敏感，數量最密集的地方，實際應用效果在世界范圍長期得到肯定。
本文轉載自： 孫涌的優測實驗室
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