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建筑物低压配电系统电涌保护器能量配合分析

  • 投稿老鱼
  • 更新时间2015-09-16
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林世祺LINShi-qi;郑键雄ZHENGJian-xiong;罗志勇LUOZhi-yong;

谢宝永XIEBao-yong

(中山市气象局,中山528401)

(ZhongshanBureauofMeteorology,Zhongshan528401,China)

摘要:低压配电系统中,实现电涌保护器(SurgeProtectiveDevice,缩写成SPD)之间有效的配合,确保发生雷击瞬间各级SPD依次按级启动,从而保护设备免遭雷电损坏,需要对SPD各种能量配合方案进行分析,选择更优的解决方案。本文通过行波理论分析SPD前后级的关系,提出各级电源SPD与被保护设备能量配合基本原则和方法,对实际工程问题具有重要指导意义。

Abstract:Inlow-voltagepowerdistributionsystem,inorderrealizetheeffectivecoordinationofSurgeProtectiveDevice(SPD)andensurethatSPDatalllevelssuccessivelystartbygradeinthelightninginstantaneous,soastoprotectequipmentfromlightningdamage,itisnecessarytoanalyzedifferentSPDenergycooperationsolutionsandchooseabettersolution.Basedonthetravelingwavetheory,thispaperanalyzestherelationshipbetweenthebeforeandafterleveloftheSPD,proposesthebasicprincipleandmethodofenergycooperationbetweenalllevelsofSPDpowerandprotectedequipment,whichhasimportantguidingsignificancetotheactualengineeringproblems.

教育期刊网 http://www.jyqkw.com
关键词 :低压配电系统;电涌保护器;行波理论;能量配合

Keywords:low-voltagepowerdistributionsystem;SurgeProtectiveDevice;travelingwavetheory;energycooperation

中图分类号:TM862文献标识码:A文章编号:1006-4311(2015)21-0144-03

0引言

最近几年,SPD的级间配合问题越来越受到国内工程人员高度重视,有些规范中提出了级间配合问题,但对指导实际工程解决级间配合问题缺乏可操作的方法。本文根据理论计算并结合实际情况,对低压配电系统内的SPD级间以及与被保护设备配合问题进行分析,提出一个可行的SPD能量配合方案,希望更好地处理SPD能量配合问题。

1SPD级间的行波理论分析

低压配电系统过电压防护,通常采用多级SPD加以保护,一般第一级采用电压开关型SPD,以泄放大的雷电流;第二级采用限压型SPD,目的是使电压保护水平小于被保护设备的绝缘耐冲击电压额定值。在这种情况下,就会出现前后级保护的配合问题,因此我们可用行波理论来分析一下SPD前后级的关系。

雷电发生瞬间,雷电波沿着电力电缆侵入,首先到达电压开关型SPD,由于电压开关型SPD内放电间隙有响应时延,约为100ns,限压型SPD内限压元件的响应时间较快,一般为25ns。因此我们应该保证在侵入波到达限压元件之前让放电间隙动作,或者前后限压型SPD依次按级启动。下面我们用行波理论来分析一下前后级的关系。

从资料了解到波在电缆中的传播速度为V=1.5×108m/s,限压元件的响应时间T小于等于25ns,放电间隙的动作响应时间T为100ns。那么,波在这个时间差(100-25)ns内向前行进的距离S为:

S=V×T=(1.5×108m/s)×[(100-25)×10-9s)]=11.25m

从计算结果可知,如果SPD1元件和SPD2元件之间的距离(电缆)大于11.25m,就能够保证在到达后级SPD2之前让SPD1先动作,从而达到将强的雷电流先泄放入地的目的。考虑到防雷元件性能差异造成实际响应时间的误差,一般情况下应将开关型SPD与限压型SPD之间的距离考虑得更长一些,选用15m是较合适的。

同理,如果前后级均为限压型SPD,响应时间均为30ns,但考虑到其实际响应时间的误差,那么为了保证前级先动作,则两级保护间的距离应该为:

S=V×T=(1.5×108m/s)×(30×10-9s)=4.5m

考虑到其实际响应时间的误差,选用5m是合适的。

在实际的工程中,有时很难保证开关型SPD和限压型SPD之间的距离(电缆)大于15m,因此,我们通常采用集中电感来等效这个距离[2]。一般情况下,导线的L0约为1.6×10-6H/m,为了等效15m和5m长导线分布参数的电感量,则集中电感分别为:

L15=L0×S=1.6×10-6H/m×15m=24μH

L5=L0×S=1.6×10-6H/m×5m=8μH

计算可知,我们可以分别用电感量为24μH和8μH的集中电感来等效15m和5m长的导线。

2SPD与被保护设备的能量配合基本原则

低压配电系统中,通常SPD安装在各防雷区交界处及被保护设备处,其允许的电压保护水平UP和残压值必须满足被保护设备绝缘水平和抗冲击性的要求。特别是信息系统设备时,可能需要装设多级SPD以逐级削减雷电瞬态过电压能量,直到满足保护设备的安全性要求。SPD能量配合的一般原则是SPD电压保护水平必须小于如下被保护设备绝缘耐冲击电压额定值。(表1)

3电涌保护器的能量配合方法

3.1基于静态伏安特性的配合(图1)

该配合方法是SPD之间除了线路外不附加任何退耦元件,其能量的配合可用它们的静态伏安特性来实现。当SPD间有足够的线路距离时,利用线路的自然电感的阻滞作用,可使后级SPD的电流较前级SPD小,实现SPD级间能量配合。

根据上面行波理论分析,只要电压开关型SPD与限压型SPD之间的线路长度不小于15m,限压型SPD间的线路长度小于5m,就可以利用两级SPD间的自然阻抗实现能量配合,保证多级SPD不出现盲点。

但是在实际施工中,往往建筑物比较小,SPD间没有足够的线路距离。比如线路是电缆时,解决办法是在施工时可以加长电缆线的长度,将加长的线盘绕成圈以减少空间(应考虑圈与圈之间分布电容和绝缘水平)。

3.2利用线路分布阻抗或设退耦元件的配合

在实际施工中,由于受场地限制,难于满足安装条件要求,SPD间没有足够距离时,可以利用线路的分布阻抗或设专用退耦元件(电阻元件主要用于信息系统中,电感元件主要用于电力系统中)来达到SPD级间配合的目的。若采用电阻退耦,电流波前梯度是决定性参数,若采用电感退耦,必须考虑电流波形,即di/dt。电流波前梯度和电感量越大越容易实现能量配合。低压配电系统中,可采用退耦元件来等效距离长度,电压开关型SPD与限压型SPD间串联的退耦元件的电感量不小于24μH,限压型SPD间串联的退耦元件的电感量不小于8μH。

3.3采用触发型SPD实现配合方法

触发型SPD的电子触发电路能保证后续的SPD不超过其能量耐受能力,可以用触发型SPD达到配合。这个方法不需要退耦元件。

4SPD防护系统基本配合方案

4.1应用这些方案时,应充分考虑组件的能量容限及其分散性,也应保证SPD接线两端足够短直。

4.2方案a、b属于限压型SPD的配合,具有连续的伏安特性。方案Ⅰ选用的各级SPD的残压Ures相同,级间无退耦元件或仅用线路阻抗来实现。方案Ⅱ选用的各级SPD的残压Ures呈台阶式,逐阶级升高。

4.3方案c前级是开关型SPD和限压型SPD之间的配合,后面是限压型SPD之间的配合。这种方案能快速减小冲击电流,从而大大减小后续SPD的“压力”。

4.4方案d中多级联SPD组合成含有双端口模块系统。双端口SPD模块必须与系统中的其它SPD按方案a、方案b或方案c进行充分配合。

5结束语

5.1本文根据行波理论计算,对建筑物低压配电系统内的SPD级间以及与被保护设备配合问题进行分析,提供上述a、b、c、d四种常见SPD能量配合方案供选择,希望对处理SPD能量配合实际问题具有指导意义。

5.2在实际的工程中,往往受场地限制,难以保证SPD之间的距离符合规范要求,可以利用退耦元件来等效这个距离。

5.3SPD能量配合的一般原则是SPD电压保护水平必须小于被保护设备绝缘耐冲击电压要求,同时满足被保护设备的抗扰水平要求。

5.4各种能量配合方案应根据实际情况优化选择。

5.5SPD系统是否实现了配合,可以采用配合试验,计算机模拟、仿真标准脉冲参数、用已证实厂家配合好的SPD组合系统等方法加以验证。

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参考文献

[1]GB50057-2010,建筑物防雷设计规范[S].北京:中国计划出版社,2010.

[2]秦曾煌.电工学[M].北京:高等教育出版社,2003.

[3]邢增梓,侯安校.低压配电系统电源过电压保护器能量配合分析[J].气象研究与应用,2008(2).

[4]李庆君,等.低压配电系统中多级电涌保护器的能量配合[J].内蒙古气象,2006(4).

[5]叶平,林世祺.论建筑物电气装置中电源SPD的检测内容和方法[J].工业建筑,2009(S1).

[6]韩文生,等.电源防雷器级间能量配合分析[J].气象与环境科学,2007(3).