了解《国家电气规范》关于浪涌保护的新修订：创新解决方案和替代方案

作者：TDK Electronics高级产品营销经理Graciela Saldua Price

美国国家消防局（NFPA）发布了《国家电气规范》（NEC）的最新修订版（2023年）。这些变化确保了工程师和电工遵守规定并保持安全实践。NFPA每三年发布一次新的更改和修订，以跟上最新的技术和电气组件，清单非常广泛，尤其是在住宅、商业和替代能源系统的电力和浪涌保护方面。
尽管听起来很奇怪，但在2023年NEC发布之前，NEC为电力和照明负载识别的最小分支电路只有15安培！NEC现在已经认可了10安培的分支电路，这使该行业发生了重大转变。这可能部分是由于制造商在过去几年中引入了更节能的照明系统。
NEC第210.23节题为“允许负载，多出口分支电路”，允许10安培分支电路为以下一个或多个负载供电——照明插座、住宅单元排气扇和燃气壁炉单元。
关于设备的维修和维护，NEC第110.17节规定，所有维修和电气维护必须由经过适当培训的合格人员进行。它还强调需要遵循原始设备制造商的说明以及设备清单中提供的与行业标准相关的任何附加信息。这一部分是全新的，非常重要，因为它还需要使用特定的更换零件。
最新的规范将在未来几个月和几年对新旧结构产生影响，因为电缆要求、电动汽车充电、照明系统和浪涌保护的修订都需要解决。较旧的商业建筑将不得不更新或更换现有的基础设施以保持合规性，这可能会因电气系统的不同而代价高昂。较新的住宅将减轻这种影响，因为大多数住宅都遵守了2020年NEC规范，该规范概述了所需的配电板、插座、浪涌保护和电器指南。
 
浪涌保护更新
2020年NEC法规提供了几项关于浪涌保护的更新，2023年的更新进一步澄清了最近的变化。为了更好地理解这些修订，让我们看看浪涌保护技术是如何工作的。
这些技术旨在保护电气和电子设备免受电压尖峰或浪涌的影响，这些电压尖峰或电涌可能发生在雷击、公用电网切换或高功率电气设备打开或关闭时。当发生尖峰或浪涌时，保护技术可以将过多的电压从设备和电器中转移出去，防止损坏。
其中一些技术包括整个结构的浪涌保护器，安装在主供电面板上，可以保护连接到整个建筑的任何设备。还有使用点浪涌保护器，这是一种插入式系统，旨在保护特定的设备和设备，如电脑、电器、娱乐系统等。这些保护器通过使用诸如MOV（金属氧化物变阻器）和将过电压传导到地的气体放电管之类的部件来工作。
2023年NEC对浪涌保护的修订现在要求为住宅或NEC所说的“单元”提供所有服务的1型或2型浪涌保护装置。这些装置为一个人或多个人提供完整独立的生活设施，并需要位于设备内或设备附近的浪涌保护装置（SPD）。为此，1型保护器必须放置在配电板的负载侧或服务侧，而2型保护器设计为仅放置在负载侧。
NEC 2020和2023浪涌保护要求之间存在一些差异。例如，2020年要求在包括多户单元的住宅单元中使用SPD。NEC 2023进一步澄清了这一点，包括酒店和汽车旅馆的宿舍、客房和套房、疗养院的患者休息室和有限的护理设施。
NEC 2023还增加了第409.70条，该条要求SPD放置在内部或紧邻支持人员保护的控制面板。它还支持制造商的说明，以保持SPD引线长度较短。
 
浪涌保护器技术的类型
 

图1：适用于满足NEC 2023要求的浪涌保护器装置示例
 
有各种类型的1型和2型浪涌保护器技术，专为整个建筑物或使用点保护而设计。这些可能包括浪涌保护断路器、1型单相浪涌保护装置、电涌抑制器、户外瞬态电压浪涌抑制器、控制面板浪涌装置、单相仪表负载浪涌保护器等。还有用来防止电压尖峰和电涌的电气元件，如TDK的ThermoFuse变阻器。
TDK的ThermoFuse®系列产品配备了监视器输出和用于过电压保护的集成热保护组件。该公司的变阻器是改良的方形盘式变阻器，与热保护串联。在发生过电压的情况下，板载保险丝会被激活，并将变阻器与电路分离，从而防止对附近配备的任何组件或PCB造成潜在损坏。更重要的是，断开电源可以防止热失控。它们还采用阻燃材料设计，以防止火灾穿透和损坏部件。
 



图2a和2b：TDK的ThermoFuse变阻器的比较详细介绍了相关的电压额定值、浪涌保护参数、能量吸收最大值等。（图片来源：TDK）
 
ThermoFuse系列将提供两种器件，第一种是MT30系列（B72230M），适用于150 VRMS至750 VRMS的电压，并在8/20µs的脉冲形式下提供25kA的最大浪涌电流能力。第二个尚未发布的是*MT40系列（B72240M），其用于150 VRMS至550 VRMS的电压，并在8/20µs的脉冲形式下提供50kA的最大浪涌电流能力。ThermoFuse系列的潜在应用包括光伏逆变器、工业电源和逆变器、户外照明和电信系统以及1型和2型SPD应用。
 
变更和结论的最终审查
虽然浪涌保护器在NEC 2023指南中占据了很大一部分，但也有一些章节专门介绍了其他条目和修订，包括第100条中对接地故障检测断续器的定义，该条款规定，“通过检测接地故障为光伏系统DC电路提供保护并可中断DC电路中故障路径的设备。”这有助于保护太阳能电池板中的DC电路。
浪涌保护是几乎所有NEC指南中广泛提及的一节，随着每几年使用一次新技术，浪涌保护将随着新文章的引入而不断修订。国家电气规范（NEC）每三年更新一次，并根据需要进行更改，以提高安全标准。2023年NEC中与电涌保护相关的变化为最初在NEC 2020中添加的变化提供了更多的清晰度。
根据美国国家消防协会的地图，27个州已经采用了2020年版NEC中概述的授权，12个州更新到了2017年版，一个州采用了2014年版，两个州加快了2008年NEC指南的步伐。50个州中有4个州已经完成了2023年的更新程序，该程序已生效，其中包括爱达荷州、怀俄明州、明尼苏达州和罗德岛州。其他12个处于更新阶段，而一些已经完成了对以前NEC修订版的更新。
NFPA在其网站上表示：“截至2023年7月1日，四个州已完成2023 NEC的更新程序。目前使用2020 NEC的八个州和使用2017年NEC的五个州已开始修订法规或行政规则，通过参考2023年版本更新NEC法规或行政法规；目前使用2017 NEC的两个州正在更新到2020 NEC，目前使用2008 EC的一个州正在升级到2020年版本。有两个州正在使用2014或2008 EC，并且没有更新当前使用的版本。”
需要注意的是，NEC不是美国法律，但它通常被授权为州和地方法律。也就是说，NEC将安全电气安装的要求编纂成一个单一的标准化来源。“具有管辖权的机构”检查是否符合这些最低标准，并可在地区范围内采用电气最佳实践。这意味着各州可以采用他们认为改造或纳入新住宅所必需的规范要求，这些要求可以通过教育要求在国际电气检查员协会（IAEI）网站上找到。
除了NEC 2023指南中概述的安全系数之外，安装SPD还有其他优势。制造商和消费者正在转向日常电器和设备中日益敏感的电子产品。例如，当引入SPD来对抗电涌和电压尖峰时，当今冰箱、洗衣设备、娱乐中心甚至智能照明中的电子芯片的寿命可以延长。因此，遵循NEC指南每一次新修订所规定的条款和标准至关重要。
*MT40系列预计将于2024年初发布。
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