電涌保護(hù)器在工業(yè)供配電系統(tǒng)防雷保護(hù)中的應(yīng)用

郭春微 王宇彪

摘 要：在工業(yè)供電系統(tǒng)防雷保護(hù)中，很多技術(shù)都得到了應(yīng)用，其中，應(yīng)用相對(duì)較為廣泛的是電涌保護(hù)器技術(shù)，這一技術(shù)的應(yīng)用可以有效的提高系統(tǒng)防雷的效果，防止系統(tǒng)中的重要設(shè)備遭受雷擊的負(fù)面影響。本文主要分析了電涌保護(hù)器在工業(yè)供配電系統(tǒng)防雷保護(hù)中的應(yīng)用，以供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：電涌保護(hù)器；工業(yè)企業(yè)；供配電系統(tǒng)；防雷；保護(hù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM863 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言

PLC系統(tǒng)在很多領(lǐng)域都得到了非常廣泛的應(yīng)用，在電力系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，PLC逐漸的取代了傳統(tǒng)的繼電控制系統(tǒng)，這樣的數(shù)字式電子設(shè)備實(shí)際的工作電壓非常小，工作電流更是微乎其微，所以其承受過(guò)電壓的能力相對(duì)較差，此外，當(dāng)前電子器件的集成化越來(lái)越高，隨之而來(lái)的就是其對(duì)電壓的耐受能力也越來(lái)越差，在這樣的情況下，我們必須要采取有效的措施對(duì)系統(tǒng)中的設(shè)備加以保護(hù)。

2 現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)各電氣設(shè)備系統(tǒng)防雷體系的建立

2.1 外部防雷體系

直接雷擊、反擊和侵入波主要是外部雷擊體系的范圍，對(duì)這一部分我們通常采用的是接閃器、雷電流引下線(xiàn)和接地裝置共同組成的系統(tǒng)，它也是外部防雷工作正常開(kāi)展的前提條件。

2.2 內(nèi)部雷害和防雷系統(tǒng)

2.2.1 雷電過(guò)電壓

雷電直接攻擊建筑或者是其附近的位置，雷電流通道的電磁場(chǎng)對(duì)建筑的外部以及內(nèi)部都會(huì)存在著非常明顯的空間感應(yīng)現(xiàn)象，如果建筑物和機(jī)房及管線(xiàn)沒(méi)有設(shè)置屏蔽裝置，就會(huì)在建筑物的一些部分出現(xiàn)較大的電場(chǎng)，雖然雷電感應(yīng)數(shù)量級(jí)相對(duì)較小，但是會(huì)對(duì)敏感的電子元件構(gòu)成非常明顯的負(fù)面影響，這也是企業(yè)經(jīng)常忽視的一個(gè)環(huán)節(jié)。

2.2.2 操作過(guò)電壓

電氣設(shè)備操作過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)電壓現(xiàn)象也是十分常見(jiàn)的，在地按感性負(fù)載突然中斷使得時(shí)候，在電感元件當(dāng)中的磁場(chǎng)能夠全部釋放，其可以轉(zhuǎn)化成能量，這樣一來(lái)也就形成了一股非常強(qiáng)的電壓。

2.2.3 內(nèi)部防雷的途徑

首先是等電位聯(lián)結(jié)。在工業(yè)企業(yè)運(yùn)行的過(guò)程中，接地系統(tǒng)具有明顯的復(fù)雜性，不同的控制設(shè)備在接地的要求上也是明顯不同的，為了有效的避免雷擊現(xiàn)象，可以采用等電位聯(lián)結(jié)的方式，它通常就是將不同的設(shè)備用等電位聯(lián)結(jié)導(dǎo)體或者是電涌保護(hù)器合為一體，這樣做主要是為了有效的控制電位差。

其次是屏蔽。在很多工業(yè)控制系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中都非常重視控制電纜的保護(hù)工作，在實(shí)際的工作中我們一定要做好屏蔽工作。這種方式是控制電磁干擾的一個(gè)最為基礎(chǔ)也是最為常用的方法，它主要是對(duì)電子設(shè)備所在的系統(tǒng)實(shí)施嚴(yán)密的保護(hù)，但是采用這種方法時(shí)，電纜屏蔽層一端接地只能當(dāng)做是屏蔽靜電的措施，兩端同時(shí)接地的時(shí)候才能屏蔽磁場(chǎng)。

再次是限壓。在電源線(xiàn)路運(yùn)行的過(guò)程中，對(duì)一些相對(duì)比較關(guān)鍵的位置和信號(hào)路線(xiàn)的端口部分應(yīng)該按照系統(tǒng)運(yùn)行的要求設(shè)置電涌保護(hù)器，其能夠限制由于多種因素導(dǎo)致的過(guò)電壓現(xiàn)象，如果有需要的話(huà)還能進(jìn)行多級(jí)的配置。在不同的防雷措施配置地點(diǎn)當(dāng)中，電涌保護(hù)器是設(shè)置在末端位置的，如果前面的一些防雷措施不能很好的起到作用，接地保護(hù)設(shè)備端口或者是浪涌保護(hù)器還能對(duì)系統(tǒng)起到保護(hù)作用，也成為了設(shè)備保護(hù)的最后一道防線(xiàn)。

3 電涌保護(hù)器的分類(lèi)及選型分析

3.1 電涌保護(hù)器的分類(lèi)

電涌保護(hù)器從工作原理上可以分為兩類(lèi)：電壓開(kāi)關(guān)型SPD和限壓型SPD。電壓開(kāi)關(guān)型SPD在無(wú)電涌時(shí)表現(xiàn)為高阻抗，當(dāng)電涌電壓達(dá)到一定值時(shí)突變?yōu)榈妥杩梗奶攸c(diǎn)是放電能力強(qiáng)，但殘壓較高，通常為2kV～4kV，一般安裝在電源裝置的進(jìn)線(xiàn)處。限壓型SPD在無(wú)電涌出現(xiàn)時(shí)為高阻抗，隨著電涌電流和電壓的增加，阻抗連接變小，它的殘壓較低，通常為0.9kV～1.5kV，一般安裝在建筑屋內(nèi)的電氣回路中，具有逐級(jí)限制電涌的功能。

3.2 電涌保護(hù)器的選型原則

3.2.1 限制電壓Up

對(duì)電涌保護(hù)器選擇的過(guò)程中，其應(yīng)該充分的滿(mǎn)足（Up+△U）≤0.8Uw。

3.2.2 持續(xù)電壓

電涌保護(hù)器在應(yīng)用的過(guò)程中應(yīng)該充分的滿(mǎn)足絕緣耐擊穿的過(guò)電壓最小值，其應(yīng)該按照表1的需求去做好選型工作。

3.2.3 級(jí)間距離

電壓開(kāi)關(guān)型的電涌保護(hù)器和西安雅興的電涌保護(hù)器級(jí)間的距離應(yīng)該在10m以上，限壓型的電涌保護(hù)器和終端限壓型的電涌保護(hù)器的級(jí)間距離一定要在5m以上。

3.2.4 信號(hào)通訊保護(hù)

通訊信號(hào)的電涌保護(hù)器主要是由低壓氣體放電管、鉗位二極管以及暫態(tài)抑制二極管構(gòu)成，按照保護(hù)信號(hào)的類(lèi)型考慮。帶寬、阻抗和工作電壓都是我們需要著重考慮的主要內(nèi)容。標(biāo)稱(chēng)導(dǎo)通電壓一般是工作電壓的1.2～1.5倍，響應(yīng)的時(shí)間應(yīng)該在10ns之內(nèi)。在插入損耗方面，如果頻率設(shè)定在300Hz的時(shí)候，其數(shù)值不能超過(guò)0.2dB，如果頻率在300Hz以上，其數(shù)值一定要在0.5dB之內(nèi)。

4 連接電涌保護(hù)器上端短路保護(hù)器件選擇及其連線(xiàn)的選擇

4.1 電涌保護(hù)器的上端短路保護(hù)器件選擇

電涌保護(hù)器在連接的過(guò)程中應(yīng)該有斷路器、熔斷器的負(fù)載端一側(cè)，通常我們應(yīng)該按照不同的要求選擇不同的保護(hù)方式和不同的保護(hù)器件型號(hào)及規(guī)格，如果線(xiàn)路運(yùn)行的過(guò)程中，其負(fù)載已經(jīng)超過(guò)了100A并且處于持續(xù)狀態(tài)的時(shí)候，就應(yīng)該在避雷器上安裝短路保護(hù)器件。從而使其能夠得到有效的保護(hù)。

4.2 電涌保護(hù)器選擇的其他技術(shù)要求

首先其最大的放電電流應(yīng)該在周密的計(jì)算之后予以確定。其次是殘壓的數(shù)值一定要在設(shè)備耐受電壓之內(nèi)，同時(shí)在選擇電壓的時(shí)候一定要按照建筑物防雷標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范去設(shè)定。第三是電涌保護(hù)器響應(yīng)的時(shí)間也有著十分嚴(yán)格的要求，一般情況下，對(duì)第一級(jí)的要求是一定要在100nS之內(nèi)，對(duì)二級(jí)的要求是要在50nS之內(nèi)，對(duì)三級(jí)的要求是一定要在25nS之內(nèi)。

5 防雷保護(hù)概述

5.1 直擊雷防護(hù)

直擊雷防護(hù)通常就是有效的防止雷電直擊在建筑物或者是電氣網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，直擊雷防護(hù)技術(shù)通常就是保護(hù)建筑物自身不受雷電的損害，這樣也就能夠十分有效的減少雷擊的影響，使雷電能夠直接導(dǎo)入到大地當(dāng)中，同時(shí)它也成為了防雷體系當(dāng)中非常關(guān)鍵的一個(gè)組成部分。

直擊雷防護(hù)技術(shù)通常就是采用避雷針、避雷帶以及避雷網(wǎng)為主要的工具，其中避雷針是避雷工作中十分常見(jiàn)的一個(gè)防雷保護(hù)裝置，當(dāng)雷云放電接近到地面的位置時(shí)，電場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)非常大的變化，在避雷針的頂端，形成局部的電廠(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)處于集中或者是密集的狀態(tài)，這樣一來(lái)就會(huì)對(duì)雷電先導(dǎo)放電的發(fā)展方向產(chǎn)生非常重大的影響，這樣也就使得建筑物能夠受到保護(hù)，防止雷擊危害。

5.2 接地

接地是一種有意的或者是非有意的連接，因?yàn)檫@種連接能夠使得電路或者是電氣設(shè)備連接到大地或者是代替大地的某些導(dǎo)電體，如果從定義的角度上來(lái)說(shuō)，其主要有人工接地、自然接地兩種形式，如果從工作的性質(zhì)上來(lái)劃分，其通?？梢苑殖杀Ｗo(hù)接地、工作接地兩種類(lèi)型。

接地系統(tǒng)通常是借助平衡阻值、結(jié)構(gòu)以及相互之間的配合等諸多因素來(lái)釋放出直擊雷或者是雷電脈沖，這樣就使得沉積在設(shè)備上的靜電以及電力短路的情況得到顯著的改善，從而能夠使得能量得到釋放，實(shí)現(xiàn)其保護(hù)功能。

5.3 等電位連接

等電位聯(lián)結(jié)通常就是指將分開(kāi)的金屬物體直接采用聯(lián)結(jié)導(dǎo)體或者是電涌保護(hù)器聯(lián)結(jié)到防雷裝置當(dāng)中，這樣就可以有效的減少電流所引發(fā)的電位差。

等電位連接主要就是借助正常狀態(tài)之下獨(dú)立性相對(duì)較強(qiáng)的接地系統(tǒng)，等電位聯(lián)結(jié)器自動(dòng)導(dǎo)通系統(tǒng)之間存在著一定的電位差，這樣也就使得聯(lián)合接地系統(tǒng)繼續(xù)擴(kuò)大，這樣就大大的促進(jìn)了異常能量的釋放。

5.4 電磁屏蔽

電磁屏蔽技術(shù)分為兩種，一種是空間電磁屏蔽技術(shù)，一種是線(xiàn)路電磁屏蔽技術(shù)，前者通常就是采用分布在不同位置的電氣連接金屬材料層實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的控制，這些材料本身具有非常好的可靠性和連續(xù)性，電磁能量轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)通常就是在屏蔽體上完成所有的工作，同時(shí)在這一過(guò)程中還要借助裝置將其釋放到地下。

電路電磁屏技術(shù)一般情況下就是借助穿金屬管，按照相關(guān)的要求來(lái)完成敷設(shè)工作，此外還要將金屬管槽的兩側(cè)進(jìn)行接地施工，這樣就能夠形成一個(gè)完整的屏蔽體，其在穩(wěn)定性和連續(xù)性上都有非常好的表現(xiàn)，這樣就能夠釋放過(guò)電壓，同時(shí)線(xiàn)路電磁屏蔽技術(shù)還可以在引入電壓的時(shí)候產(chǎn)生反向的作用力，從而也就控制了過(guò)電壓。

5.5 過(guò)電壓保護(hù)

過(guò)電壓保護(hù)通常就是借助專(zhuān)業(yè)設(shè)備的應(yīng)用可以將電能分配到不同的用電設(shè)備當(dāng)中，這樣一來(lái)就可以將削減量控制在最為合理的范圍之內(nèi)，之后再對(duì)各個(gè)用電設(shè)備進(jìn)行全面的安全保護(hù)，釋放多余能量，在應(yīng)用的過(guò)程中，因?yàn)闀?huì)受到系統(tǒng)多個(gè)因素的影響，所以，我們也需要針對(duì)不同的情況拿出不同的設(shè)計(jì)方案，這樣一來(lái)就可以十分有效的提高過(guò)電壓保護(hù)的質(zhì)量和效果。

結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)和工業(yè)控制的水平有了非常顯著的提升，智能化的產(chǎn)品在工業(yè)控制當(dāng)中應(yīng)用的越來(lái)越多，這些設(shè)備對(duì)防雷性能有著非常嚴(yán)格的要求，所以在防雷工作中，如何對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的配置是非常關(guān)鍵的一個(gè)問(wèn)題，電泳保護(hù)器就是其中非常重要的一個(gè)方式，因此我們需要科學(xué)的對(duì)其加以應(yīng)用。

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