《電子技術(shù)應(yīng)用》
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電源系統(tǒng)的B類和C類防雷保護(hù)
摘要: 本文主要介紹了低壓配電系統(tǒng)中B類和C類防雷保護(hù)的區(qū)別、作用和避雷器產(chǎn)品的一些選型方法,,介紹了一種新型火花間隙避雷器的工作原理,,對(duì)不同特性的B類保護(hù)避雷器作了較多的分析和對(duì)比,使廣大讀者對(duì)B類和C類保護(hù)避雷器有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)和了解,。
Abstract:
Key words :

中心議題:

  • 低壓配電系統(tǒng)中B類和C類防雷保護(hù)方案
  • 避雷器產(chǎn)品的選型方法
  • 新型火花間隙避雷器的工作原理


本文主要介紹了低壓配電系統(tǒng)中B類和C類防雷保護(hù)的區(qū)別,、作用和避雷器產(chǎn)品的一些選型方法,介紹了一種新型火花間隙避雷器的工作原理,,對(duì)不同特性的B類保護(hù)避雷器作了較多的分析和對(duì)比,,使廣大讀者對(duì)B類和C類保護(hù)避雷器有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)和了解。

通常把電源系統(tǒng)的防雷保護(hù)劃分為B類保護(hù)和C類保護(hù),。B類保護(hù)的主要作用是要處理掉強(qiáng)大的雷電電磁脈沖干擾,,抵御直擊雷的閃擊,C類保護(hù)主要的作用是完成經(jīng)過B類粗保護(hù)后的精保護(hù)工作,,將電源系統(tǒng)的瞬態(tài)過電壓限制在電器絕緣許可的范圍內(nèi),。通常這兩級(jí)的協(xié)調(diào)配合,能大大提高電源系統(tǒng)的防雷保護(hù)水平,,使設(shè)備在雷雨季節(jié)工作起來更加安全可靠,。

1 C類保護(hù)

根據(jù)我們國家有關(guān)部門的要求,如圖1所示,,通信電源設(shè)備上都已按照3+1的方式(相線對(duì)零線分別接三個(gè)避雷器,,零線對(duì)地線接一個(gè)避雷器)安裝C類避雷器,能對(duì)一般的感應(yīng)雷起到有效的保護(hù),。這類避雷器主要是壓敏電阻類避雷器,,通流容量一般是15kA~20kA(8/20μs),額定通流容量時(shí)的殘壓≤1.5kV(通信電源的絕緣強(qiáng)度為1.5kV),,避雷器最大持續(xù)工作電壓(IEC標(biāo)準(zhǔn))分為AC275V和AC385V,,選擇時(shí)要注意大于電網(wǎng)的最大波動(dòng)電壓,同時(shí)也要注意這個(gè)問題:最大持續(xù)工作電壓的提高,,會(huì)使避雷器的殘壓跟著升高,。在供電情況良好的城市站,可選用最大持續(xù)工作電壓為 AC275V的產(chǎn)品,,在供電情況較差的農(nóng)村站,,最好選用最大持續(xù)工作電壓為AC320V的產(chǎn)品,如VAL?MS320ST,。


圖1:3+1保護(hù)電路

壓敏電阻類避雷器的主要不足是:

(1)殘壓會(huì)隨著流過電流的增加而增加,,當(dāng)系統(tǒng)受到大的雷電脈沖干擾時(shí),,流過避雷器的電流常常會(huì)大于避雷器的額定通流容量,隨著殘壓的升高(超過1.5kV時(shí))會(huì)危及到設(shè)備的安全,,不能對(duì)設(shè)備起到可靠的保護(hù)作用,。
(2)使用時(shí)會(huì)發(fā)生老化現(xiàn)象。壓敏電阻類避雷器的使用壽命通常是承受額定通流容量20次左右的沖擊,,失效時(shí)會(huì)發(fā)生雪崩現(xiàn)象,。

為了能使這類避雷器時(shí)刻處于可靠的工作狀態(tài),保障電源線路的安全,,避雷器通常附加有失效檢測(cè),、脫離和遙信功能。

①起動(dòng)電壓點(diǎn)燃電弧
②電火花連接兩個(gè)電極
③電火花向外部擴(kuò)散
④電火花達(dá)到撞擊板
⑤產(chǎn)生分電火花
⑥電火花中斷并熄滅

2 B類避雷器

B類保護(hù)的主要作用已如前所述,,常見的直擊雷有兩種情形:

(1)直接閃擊電源線路并沿著電源線路傳導(dǎo)進(jìn)入設(shè)備,;
(2)閃擊室外避雷針后傳導(dǎo)入地,使地電位瞬間升高(幾萬伏以上),,由于電源零線和設(shè)備外殼均接在這個(gè)地網(wǎng)上,,地電位的瞬間升高會(huì)使設(shè)備的絕緣擊穿。

按照IEC的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,,這類避雷器的通流容量應(yīng)大于或等于25kA(10/350μs),。在技術(shù)上這類避雷器又分為空氣間隙型和壓敏電阻型。


空氣間隙型避雷器也稱作雷電流型避雷器,,是B類避雷器的首選產(chǎn)品,。這類避雷器是在古老的間隙放電原理的基礎(chǔ)上,,增加了切斷電弧的技術(shù)(見圖 2),,使避雷器在處理完雷電流之后,能將網(wǎng)絡(luò)后續(xù)電流切斷,,避免電網(wǎng)對(duì)地短路,,使避雷器重新恢復(fù)到初始工作狀態(tài)。這類避雷器的特點(diǎn)是通過雷電流的能力非常強(qiáng),,能承受直擊雷的閃擊,,由于電極是耐電弧腐蝕的特種合金,能夠承受額定通流容量的上萬次沖擊,。這類避雷器的主要不足是:

(1)動(dòng)作延時(shí)是壓敏電阻的4倍(100ns),;
(2)點(diǎn)火電壓在3kV~4kV之間。(正確的說點(diǎn)火電壓高不算是缺點(diǎn),,由于雷電流的變化率很大,,能達(dá)到2.5kA/μs,雷電流流過這段距離C類保護(hù)10m長的電源線路時(shí),,經(jīng)過電感和電阻的作用所產(chǎn)生的電壓降遠(yuǎn)大于4kV,,滿足間隙型避雷器的點(diǎn)火條件,。)

 


圖2火花間隙工作原理

壓敏電阻型避雷器[通流容量在60kA(8/20μs)以上]是B類保護(hù)的代用產(chǎn)品。這類避雷器是通過多片壓敏電阻的并聯(lián)來擴(kuò)大通流容量(增容:1+1<1.7,,并聯(lián)越多效率越低),,還要有解決電流均衡分配的特殊技術(shù),使得這類避雷器變得體積大,、價(jià)格高,。這類避雷器特征能量小,滿足不了處理雷電能量的要求,,在使用中常會(huì)發(fā)生爆炸和起火現(xiàn)象,。

表1是不同類型的避雷器在同等測(cè)試波形(10/350μs)條件和相同的通流容量下的性能比較:


表1不同類型避雷器性能比較*

項(xiàng)目*注1:壓敏電阻類避雷器如果沒有10/350μs的通流容量

指標(biāo)時(shí),可以按下式換算:
通流容量:I(8/20μs)÷5=I(10/350μs)

注2:該表的比較前提是相同的雷電流通流容量

3 B類保護(hù)和C類保護(hù)的配合

B類保護(hù)和C類保護(hù)均采用壓敏電阻的保護(hù)方案,,所具有的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)也就是壓敏電阻避雷器所具有的優(yōu)缺點(diǎn),,主要的不足是難以達(dá)到很大的通流容量;能量特性??;使用壽命短(額定通流容量約20次左右);當(dāng)雷電流超出額定通流容量時(shí),,殘壓會(huì)升高,,對(duì)設(shè)備不能有效保護(hù)。

兩級(jí)保護(hù)分別采用間隙與壓敏電阻的保護(hù)方案具有優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的特點(diǎn),,能把兩種避雷器的優(yōu)點(diǎn)都充分發(fā)揮出來,,是一個(gè)比較理想的方案配合。間隙型避雷器承受大電流的能力強(qiáng),,經(jīng)久耐用(>10000次),,在方案配合中承擔(dān)主要的保護(hù)任務(wù),動(dòng)作延遲和起動(dòng)電壓高的問題由C類保護(hù)的壓敏電阻避雷器去解決,,在間隙型避雷器動(dòng)作延遲期間,,由于雷電脈沖電流不會(huì)超過C類保護(hù)的額定通流容量值,C類保護(hù)能有效處理并且能保證殘壓值小于1.5kV,,對(duì)設(shè)備起到有效保護(hù),。在這種方案配合當(dāng)中,由于C類保護(hù)僅承擔(dān)少量的保護(hù)任務(wù),,還能大大提高壓敏電阻的使用壽命,。

為了使B類保護(hù)和C類保護(hù)的配合能協(xié)調(diào)得更好,在安裝時(shí)要注意兩級(jí)之間的解耦問題,,場(chǎng)地允許時(shí)線路直線距離要?10m,,否則在線路中要串線路中要串聯(lián)一個(gè)解耦電感。

如前所敘,通信電源設(shè)備上都已按照3+1的方式安裝有C類保護(hù),,在做B類保護(hù)時(shí),,最好也采用3+1的安裝方式,這種安裝方式適應(yīng)性廣,,即適用于TT電網(wǎng),,也適用于TN等電網(wǎng),還能保障人身安全,。

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