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技术专题

低压供电系统的防雷防浪涌保护

2015-09-10 08:58 浏览

 引言 
雷电放电可能发生在云层之间或云层内部,或云层对地之间;另外许多大容量电气设备的使用带来的内部浪涌,对供电系统(中国低压供电系统标准:AC 50Hz 220/380V)和用电设备的影响以及防雷和防浪涌的保护,已成为人们关注的焦点。
云层与地之间的雷击放电,由一次或若干次单独的闪电组成,每次闪电都携带若干幅值很高、持续时间很短的电流。一个典型的雷电放电将包括二次或三次的闪电,每次闪电之间大约相隔二十分之一秒的时间。大多数闪电电流在10,000至100,000安培的范围之间降落,其持续时间一般小于100微秒。
供电系统内部由于大容量设备和变频设备等的使用,带来日益严重的内部浪涌问题。我们将其归结为瞬态过电压(TVS)的影响。任何用电设备都存在供电电源电压的允许范围。有时即便是很窄的过电压冲击也会造成设备的电源或全部损坏。瞬态过电压(TVS)破坏作用就是这样。特别是对一些敏感的微电子设备,有时很小的浪涌冲击就可能造成致命的损坏。
供电系统浪涌的影响 
供电系统浪涌的来源分为外部(雷电原因)和内部(电气设备启停和故障等):
# 雷击对地闪电可能以两种途径作用在低压供电系统上:
l  直接雷击:雷电放电直接击中电力系统的部件,注入很大的脉冲电流。发生的概率相对较低。
l  间接雷击:雷电放电击中设备附近的大地,在电力线上感应中等程度的电流和电压。
# 内部浪涌发生的原因同供电系统内部的设备启停和供电网络运行的故障有关:
    供电系统内部由于大功率设备的启停、线路故障、投切动作和变频设备的运行等原因,都会带来内部浪涌,给用电设备带来不利影响。特别是计算机、通讯等微电子设备带来致命的冲击。即便是没有造成永久的设备损坏,但系统运行的异常和停顿都会带来很严重的后果。比如核电站、医疗系统、大型工厂自动化系统、证券交易系统、电信局用交换机、网络枢纽等。
    直接雷击是最严重的事件,尤其是如果雷击击中靠近用户进线口架空输电线。在发生这些事件时,架空输电线电压将上升到几十万伏特,通常引起绝缘闪络。雷电电流在电力线上传输的距离为一公里或更远,在雷击点附近的峰值电流可达100kA或以上。在用户进线口处低压线路的电流每相可达到5kA到10kA。在雷电活动频繁的区域,电力设施每年可能有好几次遭受雷电直击事件引起严重雷电电流。而对于采用地下电力电缆供电或在雷电活动不频繁的地区,上述事件是很少发生的。
    间接雷击和内部浪涌发生的概率较高,绝大部分的用电设备损坏与其有关。所以电源防浪涌的重点是对这部分浪涌能量的吸收和抑制。
    供电系统的浪涌保护 
对于低压供电系统,浪涌引起的瞬态过电压(TVS)保护,最好采用分级保护的方式来完成。从供电系统的入口(比如大厦的总配电房)开始逐步进行浪涌能量的吸收,对瞬态过电压进行分阶段抑制。 
[第一道防线]  应是连接在用户供电系统入口进线,也就是LPZ0和LPZ1区之间,各相和大地之间的大容量电源防浪涌保护器。一般要求该级电源保护器具备80KA(8/20us)/相以上的最大冲击容量。我们称为CLASS I(B) 级电源防浪涌保护器(简称SPD)比如玛斯特电气公司的LMP/I  和LMP/II系列产品。 这些电源防浪涌保护器是专为承受雷电和感应雷击的大电流和高能量浪涌能量吸收而设计的,可将大量的浪涌电流分流到大地。它们提供限制电压(冲击电流流过SPD时,线路上出现的最大电压成为限制电压)为中等级别的保护,因为这一 级别的保护器主要是对大浪涌电流的吸收。仅靠它们是不能完全保护供电系统内部的敏感用电设备。
[第二道防线]  应该是安装在向重要或敏感用电设备供电的分路配电设备处的电源防浪涌保护器。这些SPD对于通过了用户供电入口浪涌放电器的剩余浪涌能量进行更完善的吸收,对于瞬态过电压具有极好的抑制作用。该处使用的电源防浪涌保护器要求的最大冲击容量为40KA(
8/20us)/相以上。我们称为CLASS II (C)级电源防浪涌保护器(比如玛斯特公司的LMP/I系列电源防浪涌保护器)。一般的用户供电系统作到第二级保护就可以达到用电设备运行的要求了(参见UL1449-C2的有关条款)。
[最后的防线] 可在精密用电设备的前端使用一个小体积的电源防浪涌保护器,以达到完全消除微小瞬态的瞬态过电压的目的。该处使用的电源防浪涌保护器要求的最大冲击容量为20KA(
8/20us/相或更低一些。对于一些特别重要或特别敏感的电子设备,具备第三级的保护是必要的。同时也可以保护用电设备免受系统内部产生的瞬态过电压影响。


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