低壓配電設(shè)計(jì)中的浪涌保護(hù)器選擇分析

南京龍?jiān)喘h(huán)保有限公司 王修陽

低壓配電設(shè)計(jì)中的浪涌保護(hù)器選擇分析

南京龍?jiān)喘h(huán)保有限公司 王修陽

在信息技術(shù)廣泛應(yīng)用背景下，電子信息系統(tǒng)建設(shè)日益完善，但是就實(shí)際應(yīng)用效果來看，存在絕緣強(qiáng)度低、電流與過電壓耐受程度差以及電磁干擾敏感等特點(diǎn)，一旦受到閃電涌影響，會(huì)直接對(duì)設(shè)備性能產(chǎn)生影響，情況嚴(yán)重的甚至?xí)斐捎谰眯該p壞，對(duì)電子系統(tǒng)的運(yùn)行效果來說存在很強(qiáng)的威脅。因此在進(jìn)行低壓配電設(shè)計(jì)時(shí)，需要做好浪涌保護(hù)器的選擇，確保其可以有效保護(hù)電子設(shè)備，以免設(shè)備與系統(tǒng)被損壞，本文對(duì)此進(jìn)行了簡單分析。

低壓配電；浪涌保護(hù)；電子信息系統(tǒng)

對(duì)于低壓配電系統(tǒng)來講，為保護(hù)其安全可靠運(yùn)行，近年來在設(shè)計(jì)時(shí)，浪涌保護(hù)器得到越來越廣泛的應(yīng)用，可以對(duì)系統(tǒng)帶來可靠的防雷保護(hù)，避免各類電子設(shè)備受閃電電涌影響被損壞。市場上浪涌保護(hù)器種類與等級(jí)差異大，相互之間性能不同，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況，綜合各項(xiàng)條件后，合理的選擇浪涌保護(hù)器，并通過科學(xué)設(shè)計(jì)發(fā)揮出其所具有的保護(hù)功能。

一、浪涌保護(hù)器性能分析

雷電災(zāi)害對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行影響比較大，如果不采取措施進(jìn)行防護(hù)，將會(huì)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行安全性與穩(wěn)定性造成影響。因此，現(xiàn)在多會(huì)選擇浪涌保護(hù)器來對(duì)低壓配電系統(tǒng)進(jìn)行防雷保護(hù)，有效抑制雷電、電氣系統(tǒng)操作以及靜電產(chǎn)生的沖擊電壓，可保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)電子設(shè)備不受影響。對(duì)其作用原理進(jìn)行分析，其將電力線、信號(hào)傳輸線瞬時(shí)過電壓限制在設(shè)備或系統(tǒng)能夠承受的電壓范圍內(nèi)，或者直接將過大雷電流導(dǎo)入到地下，以免過大沖擊造成系統(tǒng)與設(shè)備損壞，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。對(duì)于浪涌保護(hù)器來講，所用壓敏電阻具有極好的非線性特性，正常情況下其處于極高電阻狀態(tài)，漏流可看作為零，維持電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行[1]。但是在電力系統(tǒng)產(chǎn)生雷電過電壓時(shí)，浪涌保護(hù)器便會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)迅速導(dǎo)通，限制電壓幅值在設(shè)備承受范圍內(nèi)，同時(shí)將釋放掉過電壓能量，最后恢復(fù)到高阻狀態(tài)，確保系統(tǒng)和設(shè)備科維持在穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

二、浪涌保護(hù)器選擇原則

1.類型劃分

1.1 電壓開關(guān)型

此種類型的浪涌保護(hù)器，在不存在浪涌時(shí)，處于高阻狀態(tài)，而沖擊電壓達(dá)到一定限制后，變?yōu)榈妥杩範(fàn)顟B(tài)。電壓開關(guān)型浪涌保護(hù)器流容量比較大，可有效用于LPZOA區(qū)以及LPZOB與LPZ1區(qū)界面位置的雷電浪涌保護(hù)。

1.2 限壓型

限壓型浪涌保護(hù)器在電力系統(tǒng)無浪涌時(shí)，自身處于高阻狀態(tài)，但是隨著沖擊電流與電壓的逐漸提高，其阻抗會(huì)不斷降低直到低阻導(dǎo)通。可有效用于LPZOB區(qū)、LPZ1區(qū)、LPZ2區(qū)雷電過電壓以及操作過電壓保護(hù)，多被用于各雷電保護(hù)區(qū)的交界位置[2]。

1.3 組合型

即電壓開關(guān)型與限壓型兩種浪涌保護(hù)器元件組合在一起使用，所施加的沖擊電壓特性不同，浪涌保護(hù)器所呈現(xiàn)的性能不同，有時(shí)為兩種中的任何一種特性，或者兼具兩種特性。

2.選擇原則

2.1 最大持續(xù)運(yùn)行電壓

選擇時(shí)需要基于接地系統(tǒng)類型來確定浪涌保護(hù)器最大持續(xù)運(yùn)行電壓，即可以通過持續(xù)作用激活浪涌保護(hù)器，且不會(huì)對(duì)其性能造成影響的最大電壓。

2.2 電壓保護(hù)水平

為避免負(fù)載受到過電壓影響產(chǎn)生損壞，在選擇浪涌保護(hù)器時(shí)，需要確定被保護(hù)設(shè)備最大沖擊耐受電壓是否大于保護(hù)器電壓保護(hù)水平。其中，電壓保護(hù)水平即為標(biāo)稱放電流作用時(shí)，對(duì)浪涌保護(hù)器兩端所測得的最大電壓，可分為2.5、2、1.8、1.5、1.2、1.0六個(gè)級(jí)別，單位為kV。標(biāo)稱放電電流為浪涌保護(hù)器能20次通過80/20μs電流波的峰值電流[3]。假如進(jìn)線端浪涌保護(hù)器沖擊耐壓比較高，則需要對(duì)設(shè)備安裝二級(jí)浪涌保護(hù)器。另外，浪涌保護(hù)器電壓保護(hù)水平需要大于電網(wǎng)最高運(yùn)行電壓，并小于負(fù)載電壓。

2.3 全保護(hù)模式

浪涌保護(hù)器應(yīng)選擇全保護(hù)模式，包括L-PE、L-N與L-L線間全面保護(hù)，這樣無論哪個(gè)線間發(fā)生雷電過電壓，均可以對(duì)電子設(shè)備提供可靠保護(hù)。并且，全保護(hù)模式下可以在保護(hù)的同時(shí)釋放過電壓能量，以免在未全面保護(hù)情況下產(chǎn)生差異造成損壞，延長浪涌保護(hù)器服務(wù)壽命，提高對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備的保護(hù)效果。

2.4 最大放電電流

對(duì)現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行全面勘測后，結(jié)合勘測結(jié)果，選擇與環(huán)境特性相適應(yīng)的浪涌保護(hù)器最大放電電流，即僅可通過2次8/20μs電流波的峰值電流。

2.5 設(shè)備自身保護(hù)

在選擇浪涌保護(hù)器時(shí)，還需要對(duì)其自身保護(hù)問題進(jìn)行分析，因?yàn)楫?dāng)其長時(shí)間處于過電壓工作狀態(tài)時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生損壞，最終會(huì)因?yàn)楸淮┒a(chǎn)生嚴(yán)重短路問題，如圖1所示。假如未對(duì)浪涌保護(hù)器串接斷路器，線路短路器D1會(huì)發(fā)生跳閘動(dòng)作，但是故障電流Icc仍然存在，想要D1重新合閘，必須要對(duì)浪涌保護(hù)器進(jìn)行更換，但是無法保證系統(tǒng)連續(xù)供電。因此在選擇和安裝浪涌保護(hù)器時(shí)，需要將一個(gè)斷路器與浪涌保護(hù)器上端進(jìn)行串聯(lián)，并根據(jù)浪涌保護(hù)器最大放電電流來確定斷路器額定電流，應(yīng)用C型脫扣曲線，且要求分段能力要比安裝位置最大短路電流大。

圖1 用斷路器切斷浪涌保護(hù)器

低壓配電系統(tǒng)浪涌保護(hù)器選擇安裝

1.兩端引線最短

在有浪涌電壓侵入時(shí)，負(fù)荷兩端等效電壓為Ueq=U1+Up+U2，其中工頻電流流過時(shí)U1與U2電感與電阻效應(yīng)均比較小，可以直接忽略不計(jì)。但如果為高頻狀態(tài)，產(chǎn)生的電感效應(yīng)非常大，即UL=-Ldi/dt，對(duì)于8/20μs電流波，L取值1mH/m。

圖2 浪涌保護(hù)器接線保持最短

以實(shí)例進(jìn)行分析，確定引線長度對(duì)加在負(fù)荷上沖擊過電壓的影響，其中假設(shè)電流峰值為Ipeak=10kA。

例1：L1=0.8m，L2=0.5m，di/dt=10kA/s。則Ueq=L1di/dt+Up+L2di/dt=Up+1625（V）

例2：L1=0.25m，L2=0.25m，di/dt=10kA/s。則Ueq=L1di/dt+Up+L2di/dt=Up+625（V）

對(duì)比例1和例2可知，例2內(nèi)Ueq遠(yuǎn)小于例1中Ueq，浪涌保護(hù)器能夠?qū)ω?fù)載起到可靠保護(hù)，因此在進(jìn)行浪涌保護(hù)器選擇和安裝時(shí)，應(yīng)盡量縮短浪涌保護(hù)器的接線長度，盡量控制在0.5m以內(nèi)。

2.兩極保護(hù)距離

如果所選擇浪涌保護(hù)器在安裝時(shí)與被保護(hù)設(shè)備之間的距離超過30m后，保護(hù)效果會(huì)降低，為避免浪涌對(duì)設(shè)備造成損壞，需要盡量在距離被保護(hù)設(shè)備近的位置安裝，或者是較遠(yuǎn)保護(hù)距離之間可以另外設(shè)置一個(gè)浪涌保護(hù)器。因?yàn)椴辉黾右患?jí)保護(hù)的情況下，電纜距離過程時(shí)，浪涌保護(hù)器存在的殘壓以及電纜感應(yīng)電壓，將有可能造成設(shè)備損壞。

四、結(jié)束語

對(duì)低壓配電系統(tǒng)浪涌保護(hù)器進(jìn)行選擇，需要確定其在系統(tǒng)內(nèi)的功能性，然后總結(jié)以往經(jīng)驗(yàn)，以專業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，遵循專業(yè)原則，做好每個(gè)要點(diǎn)控制，科學(xué)合理的選擇浪涌保護(hù)器，爭取通過合理安裝對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行可靠保護(hù)，降低雷電過電壓產(chǎn)生的不良影響。

[1]曾峰.低壓配電系統(tǒng)浪涌保護(hù)器(SPD)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及方法[J].科技與創(chuàng)新,2016,(05):111-112.

[2]古意瑾,楊文炳,杜志航.低壓配電用浪涌保護(hù)器試驗(yàn)中的幾個(gè)問題分析[J].低壓電器,2012,(08):54-58.

[3]楊守勝.低壓配電設(shè)計(jì)中浪涌保護(hù)器的選擇[J].現(xiàn)代建筑電氣,2012,3(01):34-38.

[4]張志勝.低壓配電系統(tǒng)浪涌保護(hù)器設(shè)計(jì)中相關(guān)問題的探討[J].電器工業(yè),2011,(02):51-54.

王修陽（1979—），男，河南新鄉(xiāng)人，大學(xué)本科，中級(jí)工程師，研究方向：電氣專業(yè)。