進(jìn)入配電系統(tǒng)的雷電流大小和電涌保護(hù)器通流量的相關(guān)研究！

2022-07-18 · 閱讀366

在浪涌保護(hù)器選型中，其放電電流，也就是通流容量的大小如何選擇是很關(guān)鍵的一項(xiàng)參數(shù)。所以，對(duì)進(jìn)入配電系統(tǒng)的雷電浪涌通流量大小的計(jì)算，會(huì)有助于我們對(duì)浪涌保護(hù)器通流量大小的選擇。

中為防雷從以下內(nèi)容進(jìn)行介紹：

根據(jù)下圖所示，一個(gè)帶有LPS系統(tǒng)的建筑物遭受雷擊。雷擊電流IL將會(huì)沿著避雷針流入被擊建筑物的接地系統(tǒng)。這將導(dǎo)致電壓潛在升高，繼而產(chǎn)生閃絡(luò)或者電涌保護(hù)器的動(dòng)作,所以雷電流部分進(jìn)入了系統(tǒng)的4條線(xiàn)路中。

說(shuō)明：
Rn——中線(xiàn)接地電阻；
Reg——被擊建筑物的接地電阻；
Rei——第i個(gè)建筑物接地電阻；
Ree——除建筑物的接地電阻以外的總接地電阻；
iL——被擊建筑物的雷電流；
Im——進(jìn)人電源系統(tǒng)的雷電流。
注：這種計(jì)算，臨近建筑物的接地電阻Ree等于或小于建筑物雷擊的接地電阻Reg。

經(jīng)過(guò)分配的部分電流Im會(huì)在系統(tǒng)和設(shè)施中產(chǎn)生過(guò)電壓，并作用在絕緣和相連的儀器設(shè)備上。因此，不僅受到雷擊的建筑物有危險(xiǎn)，與建筑物相鄰的建筑物或設(shè)施也存在危險(xiǎn)。

簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)（圖2）可用于簡(jiǎn)單計(jì)算流入配電系統(tǒng)的部分電流Im。

注：該計(jì)算只對(duì)能量分配有效(雷電流的波尾)。

電涌保護(hù)器在電涌的條件下承受的應(yīng)力是許多復(fù)雜且相關(guān)聯(lián)的參數(shù)的函數(shù)，包括：

——建筑物中SPD浪涌保護(hù)器的位置：它們位于主配電盤(pán)或者是二級(jí)配電盤(pán)的設(shè)施內(nèi)，甚至是在最后一級(jí)用戶(hù)的設(shè)備前邊；

——電涌保護(hù)器上游的元件：例如熔斷器、導(dǎo)線(xiàn)橫截面積等，都可能會(huì)限制整個(gè)系統(tǒng)的電涌承受能力和電涌保護(hù)器所承受的最大電應(yīng)力；

——設(shè)備與雷擊的耦合路徑：例如，是經(jīng)過(guò)雷電直擊建筑物的雷電防護(hù)系統(tǒng)，還是由于附近的雷擊感應(yīng)到建筑物配線(xiàn)上；

——雷電流在建筑物中的分布：例如,雷電流中有多少進(jìn)入了接地系統(tǒng)，剩下多少雷電流通過(guò)配電系統(tǒng)和等電位連接的SPD浪涌保護(hù)器尋找路徑流向遠(yuǎn)處的大地；

——配電系統(tǒng)的類(lèi)型：中性線(xiàn)的接地方式會(huì)顯著影響雷電流在配電系統(tǒng)的分布。例如，中性線(xiàn)多重接地的TN-C系統(tǒng)可提供一條比TT系統(tǒng)更直接和更低阻抗的泄放雷電流的路徑；

——與設(shè)備相連的其余導(dǎo)電裝置：它們將分流一部分雷電流，從而減少了通過(guò)等電位連接SPD電涌保護(hù)器而流入配電系統(tǒng)的雷電流。應(yīng)注意到由于這些導(dǎo)電裝置可能被非導(dǎo)電物體代替，這部分分流功能可能會(huì)消失；

——波形類(lèi)型：在產(chǎn)生電涌的情況下，不能僅簡(jiǎn)單地考慮SPD電涌保護(hù)器傳導(dǎo)的電流峰值，還必須考慮電涌的波形。

人們已經(jīng)做了大量的嘗試來(lái)定量分析電氣環(huán)境和設(shè)施內(nèi)不同位置的SPD電涌保護(hù)器將經(jīng)受的“威脅等級(jí)”。

GB/T21714.4-2008已經(jīng)基于雷電保護(hù)水平通過(guò)考慮SPD電涌保護(hù)器上可能出現(xiàn)的最大電涌幅值來(lái)闡述這個(gè)問(wèn)題。例如，該標(biāo)準(zhǔn)假設(shè)在I類(lèi)雷電保護(hù)水平下，直接擊中建筑物雷電防護(hù)系統(tǒng)的雷電流幅值可高達(dá)10/350 200kA。如果達(dá)到這個(gè)水平，它發(fā)生的統(tǒng)計(jì)概率僅為1%。換言之，99%的情況下放電電流將小于假設(shè)的200kA峰值電流水平。

另外，假定電涌電流中的50%是通過(guò)建筑物的接地系統(tǒng)泄放，50%通過(guò)連接到三相四線(xiàn)配電系統(tǒng)的等電位浪涌保護(hù)器泄放。假設(shè)沒(méi)有其他的導(dǎo)電裝置存在，這意味著初始200kA的雷電流分配到每個(gè)SPD中的電流都是25kA。

電流分布的簡(jiǎn)化假設(shè)對(duì)確定電涌保護(hù)器可能承受的威脅等級(jí)是十分有用的，但要注意考慮假設(shè)條件。在上述例子中，已經(jīng)考慮一個(gè)200kA的雷電放電。進(jìn)而可知在99%的情況下，等電位浪涌保護(hù)器的威脅水平將小于25kA。

另外，這種流過(guò)電涌保護(hù)器的電流分量的波形與初始放電電流的波形相同，然而實(shí)際電流波形可能由于建筑物內(nèi)線(xiàn)纜的阻抗而發(fā)生改變。

基于長(zhǎng)時(shí)間的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)積累，許多標(biāo)準(zhǔn)考慮了運(yùn)行中的電涌保護(hù)器可能經(jīng)受的威脅等級(jí)。例如IEEE標(biāo)準(zhǔn)C62.41.1和C 62.41.2,給出了不同電涌保護(hù)器安裝位置的暴露水平。

從上可知，合適的浪涌保護(hù)器參數(shù)Imax和Iimp的選取，很顯然取決于許多復(fù)雜和相互關(guān)聯(lián)的參數(shù)。用戶(hù)不僅要考慮到注入的電流是如何在建筑物以及配電系統(tǒng)中傳播的，還要考慮到與放電電流的幅值和波形相關(guān)的概率統(tǒng)計(jì)問(wèn)題。

必須注意到，通過(guò)電力線(xiàn)路、電話(huà)線(xiàn)以及數(shù)據(jù)線(xiàn)進(jìn)入建筑物的電涌對(duì)建筑物內(nèi)電子系統(tǒng)造成破壞的概率遠(yuǎn)大于雷電直擊建筑物本身造成破壞的概率。

有些建筑物沒(méi)有或可能不需要LP系統(tǒng)，這樣的話(huà)，也許不需要高電流的I類(lèi)電涌保護(hù)器，而采用低保護(hù)水平Up的II類(lèi)電涌保護(hù)器。

由于上述問(wèn)題的復(fù)雜性，應(yīng)牢記選擇電涌保護(hù)器最重要的一點(diǎn)是在預(yù)期電涌發(fā)生時(shí)電涌保護(hù)器限制電壓的性能，而不是其所能耐受的能量大小(Imax、Iimp和Uoc)。一個(gè)具有低限制電壓的電涌保護(hù)器，可以確保對(duì)設(shè)備提供足夠的保護(hù)，而一個(gè)具有高耐受能量的電涌保護(hù)器僅能延長(zhǎng)其運(yùn)行壽命。