操作過電壓的介紹以及對浪涌保護(hù)器可能造成的影響。

2022-07-06 · 閱讀421

1、前言

操作沖擊產(chǎn)生的過電壓、電流及其持續(xù)時(shí)間通常比雷電沖擊產(chǎn)生的電壓、電流及持續(xù)時(shí)間低。然而，在某些情況下，特別是在建筑物內(nèi)部或接近操作過電壓起始處，操作沖擊產(chǎn)生的電應(yīng)力將會(huì)高于雷電沖擊產(chǎn)生的電應(yīng)力。

必須知道操作沖擊產(chǎn)生的能量，以便選擇合適的SPD浪涌保護(hù)器。

包括故障和熔斷器瞬態(tài)動(dòng)作在內(nèi)的操作持續(xù)時(shí)間比雷電沖擊持續(xù)時(shí)間更長。

通常在一個(gè)電氣裝置內(nèi)任何開關(guān)動(dòng)作、故障開始、中斷等，總會(huì)伴隨著暫時(shí)過電壓的產(chǎn)生。在一個(gè)系統(tǒng)中發(fā)生的突變將會(huì)引起高頻阻尼振蕩(由網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率決定)，直到系統(tǒng)再次穩(wěn)定到一個(gè)新的狀態(tài)。

操作過電壓的幅值取決于許多參數(shù)，如回路類型、操作種類(關(guān)、開、重燃)、負(fù)載、斷路器或熔斷器。

操作產(chǎn)生的振蕩頻率由系統(tǒng)特性和諧振特性決定，在這種情況下，可能引起很高的過電壓。通常，操作與系統(tǒng)工頻發(fā)生諧振的可能性很小，然而，如果系統(tǒng)開關(guān)頻率特性接近系統(tǒng)中一個(gè)或多個(gè)諧振頻率，將會(huì)發(fā)生瞬態(tài)諧振。

2、綜述

操作電涌的典型波形取決于低壓裝置的響應(yīng)。在大多數(shù)情況下，會(huì)產(chǎn)生鳴震波，其頻率通常為每微秒幾十萬赫茲。上升最大速率為每微秒幾千伏。電涌持續(xù)時(shí)間范圍較大。如果由熔斷器動(dòng)作引起的操作過電壓被排除，典型的持續(xù)時(shí)間(到半峰值)從1μs~50μs。

統(tǒng)計(jì)顯示，產(chǎn)生高幅值和持續(xù)時(shí)間很長(大于100μs)的電涌的可能性較低。

3、斷路器和開關(guān)操作引起的過電壓

斷路器和開關(guān)廣泛用于每個(gè)電氣裝置和控制設(shè)備中，以便在過載或短路情況下斷開電氣設(shè)備或由開關(guān)控制設(shè)備動(dòng)作來對電氣設(shè)備進(jìn)行保護(hù)和控制。開關(guān)操作的頻率依其使用的場合而定，在工業(yè)上其使用頻率較高，在家庭中其使用頻率相對較低。

阻性負(fù)載的操作電流是在電氣設(shè)備的額定電流范圍內(nèi)。而對于使用開關(guān)模式進(jìn)行供電的設(shè)備，設(shè)備的操作電流高于額定電流。因此，如對于一個(gè)功率為100W的電視機(jī)，其額定電流為0.4A，而涌入的電流約為20A，高達(dá)50倍。

無論對于手動(dòng)開關(guān)或電動(dòng)開關(guān)，每次操作過程中都會(huì)產(chǎn)生電弧。由于電感和電容相互作用使電壓發(fā)生改變，從而引起高頻振蕩。該振蕩會(huì)使線路之間以及線路與地之間的電壓改變，電氣設(shè)備絕緣總電壓由導(dǎo)體部分和其他回路承擔(dān)。與經(jīng)由公共配電網(wǎng)進(jìn)人用戶的過電壓相比，由用戶裝置開關(guān)操作引起的過電壓不經(jīng)過衰減，其瞬態(tài)幅值反而會(huì)更高一些。

①在用戶室內(nèi)的斷路器和開關(guān)操作

與合閘相比，分閘會(huì)產(chǎn)生更高幅值的電壓。在分閘時(shí)，在負(fù)載側(cè)比在線路側(cè)有更高的電涌幅值。無論如何，這點(diǎn)對于設(shè)備的設(shè)計(jì)，尤其是絕緣方面的設(shè)計(jì)是個(gè)關(guān)鍵的問題。如果有與其并聯(lián)的設(shè)備，該設(shè)備也將承受電應(yīng)力。由于線路側(cè)與整個(gè)系統(tǒng)及其他設(shè)備相聯(lián)，故與負(fù)載側(cè)相比，線路側(cè)的過電壓更應(yīng)考慮。

②在供電系統(tǒng)(LV和HV)中斷路器和開關(guān)的操作

在每一個(gè)供電系統(tǒng)中，電氣設(shè)備上都能觀察到瞬態(tài)過電壓。在地下供電系統(tǒng)中，幾乎所有的瞬態(tài)過電壓都是機(jī)械操作引起的。

在高壓和低壓裝置中，具有電感性的設(shè)備，如變壓器、阻抗線圈、接觸器線圈和繼電器等與電源并聯(lián)，設(shè)備的操作都會(huì)引起振蕩，產(chǎn)生高達(dá)幾千伏的過電壓。因?yàn)橛芯€路的自感，這種情況也存在于縱向電感線圈中，例如，導(dǎo)體線圈和縱向阻抗線圈中，或系統(tǒng)自身的開斷中。

在電源側(cè)，操作過電壓由開關(guān)操作、旋轉(zhuǎn)電機(jī)的刷狀電弧、電機(jī)或變壓器負(fù)載突然下降以及功率因數(shù)補(bǔ)償電容器組的操作引起。

在極少數(shù)情況下，這種過電壓的頻率和能量比雷電過電壓在低壓裝置上的頻率和能量要高。

低壓電源操作引起的瞬態(tài)過電壓，幅值可能達(dá)到數(shù)千伏。低壓系統(tǒng)操作時(shí)，一定條件下，過電壓最大值可以被限制，可通過電源系統(tǒng)安裝保護(hù)電器來限制過電壓，預(yù)期最大幅值為6kV的電壓，一般不超過低壓用戶內(nèi)部裝置耐受值。

與操作過電壓對應(yīng)的另一些現(xiàn)象是高壓供電系統(tǒng)發(fā)生短路和接地故障。接地故障可以在無故障導(dǎo)線上引起線一地過電壓，范圍在線電壓之間。而且，同時(shí)也產(chǎn)生瞬態(tài)過電壓，這種瞬態(tài)過電壓會(huì)從高壓電源側(cè)傳遞到低壓電源側(cè)。

③熔斷器動(dòng)作(限流熔斷器) 

熔斷器廣泛被用于配電系統(tǒng)和電力裝置，用來保護(hù)過流并斷開短路回路。

例如，如果熔斷器動(dòng)作，配電系統(tǒng)斷開一個(gè)短路的回路，該動(dòng)作產(chǎn)生近似于三角波的一個(gè)過電壓，頻率相對較低。過電壓發(fā)生在系統(tǒng)的線線間，也可能出現(xiàn)在線和保護(hù)地線之間，取決于接地的中性導(dǎo)體，或者取決于一個(gè)IT系統(tǒng)，或者取決于接地電容。

因此，該過電壓也作用于裸露導(dǎo)電部件絕緣和其他回路。當(dāng)然，相對于由動(dòng)作電流開斷引起的過電壓，這種過電壓很少發(fā)生。過電壓通過母線也會(huì)傳輸?shù)酵慌潆娤到y(tǒng)的其他用電設(shè)備中。

和開關(guān)動(dòng)作引起的其他電涌相比，熔斷器動(dòng)作引起電涌的概率較少。但此時(shí)斷開短路的回路，可能產(chǎn)生強(qiáng)烈的電涌，影響因素主要有短路電流的上升率、熔斷器的額定電流及特性、回路的電感。

由安裝在靠近母線排的熔斷器斷開配電系統(tǒng)饋線的短路是非常重要的，因?yàn)橛扇蹟嗥鲃?dòng)作產(chǎn)生的過電壓會(huì)影響到與同一母線排相連的其他一些用電設(shè)備。

實(shí)際的統(tǒng)計(jì)情況表明，在低壓公共供電系統(tǒng)中，發(fā)生此種故障是非常少見的。然而，當(dāng)考慮工業(yè)配電系統(tǒng)時(shí)，這種類型的故障具有一定的代表性，發(fā)生此種短路并非少見。

總結(jié)：以上就是關(guān)于操作過電壓的介紹，在實(shí)際的浪涌保護(hù)器選型中，操作過電壓的因素相對很少考慮進(jìn)去，其對浪涌保護(hù)器的影響相對也不算大，相關(guān)防雷驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)也沒有詳細(xì)介紹，所以目前主流還是按國標(biāo)GB50057等配置一二三級(jí)浪涌保護(hù)器即可。

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