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(guó)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。
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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(zhǎng)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。