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低压配电系统中浪涌保护器(SPD)的设计要点和选择

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阅读次数:710    发布时间:2020-05-06 13:24:01

当前随着科技发展,电子产品种类越来越多,应用领域也越来越广广泛。但是这些电子产品耐冲击电压水平一般都低于低压配电装置。

因此它们很容易受到电压波动-即浪涌电压-的损害,所谓浪涌又称瞬态过电压,是在电路中出现的一种瞬时的电压波动,在电路中通常可以持续约百万分之一秒,比如在雷电天气中,雷电脉冲可能会在电路中产生电压波动。

 

220V电路系统中会产生持续瞬间可达到5000或10000V的电压波动,也就是浪涌或者瞬态过电压。我国的雷电区较多,而雷电又作为在线路中产生浪涌电压的一个重要因素,因此加强在低压配电系统中的防雷电保护就显得十分必要。

 

浪涌保护器既过电压保护器,工作原理是当电力线、信号传输线出现瞬时过电压时,浪涌保护器就会将过电压泄流来将电压限制在设备所能承爱的电压范围内,从而保护设备不受电压冲击。

浪涌保护器在正常情况时,处于高电阻状态,不发生漏流;当电路中出现过电压时,浪涌保护器就会在极短时间内被触发,将过电压的能量漏流,保护设备;过电压消失后,浪涌保护器恢复高阻状态,完全不会影响电源的正常供电。

一、浪涌保护器的设计

(1)SPD设计的不足

目前,SPD的设计还存在很多不足的地方,在实际的施工中造成了很多问题,甚至造成工程延期,具体如下:

1)对设计的描述太过简单,意思表达不清晰,安装要求也不够具体,施工时容易造成很多的不确定性,可能会使要被保护的电子设备受到破坏或经济损失。

2)浪涌保护器的设计不够灵活,有时甚至直接套用固定的防雷施工图,没有根据配电系统的接地制式进行针对性的设计,可能会导致SPD在具体接线安装时出现错误。

3)在配电系统图中,SPD的设计参数不够完整,如电压保护水平UP、是否防爆、最大运行电压UC等重要参数未设计或部分设计,又或者部分参数不准确,造成浪涌保护器实际运行中出现故障或对电子设备的损坏。

4)设计说明书不详细。一般地,要有针对SPD设计进行详细说明的设计说明书,如建设项目概况、设计的依据、是否包含有电子信息系统、SPD设计的防护等级等。

(2)SPD设计的要点

1)SPD设计说明:工程概况、建筑物防雷分类、设计的依据、电子信息系统的雷电防护等级、接地系统、电缆入户的方式、接地电阻的要求等。

2)列表说明SPD的安装的位置、电箱的编号、防护的等级、数量、基本参数(标称放电电流In或冲击电流Iimp、最大运行电压UC、电压保护水平UP)等,其中SPD安装如表1所示。

(表1 SPD安装列表)

(3)配电系统中SPD的接线形式

低压配电系统的拉地制式有IT、TT、TN-S、TN-C-S四种形式,因此SPD要根据低压配电系统的不同的接地制式而选择不同的接线大样图,例如,当采用TN交流配电系统供电时,从建筑物内总配电箱引出的配电线路就需要采用TN-S的接地制式。

二、浪涌保护器SPD的选择

当从电网引来的低压电源线路为架空的屏蔽层接地的电缆或埋地电缆时,可以不装浪涌保护器。而当低压电源线路全部或者部分为架空线路时,并且该地区雷暴日超过25d/a,这时要装设浪涌保护器防范沿电源线路因导入雷电脉冲而产生过电压,从而使过电压水平处于2.5kV以下。

浪涌保护器一般装设在电源的进线处,其安装的位置可以为电气装置内部,也可在国家输电部门同意的情况下,装设在离建筑物最近的电源线路上,即装设在架空线变电缆线处。如果电子设备对防过电压有较高的要求,或者出现过电压时会导致比较严重的后果,例如能够造成爆炸甚至火灾,或重要的电子设备的耐受过电压的能力特别低时,还需增加浪涌保护器的安装。

在低压配电系统中选择浪涌保护器SPD时主要考虑的因素如下:

(1)确定SPD的电压保护水平UP。电压保护水平UP是指在标称放电电流作用时测量到的浪涌保护器的两端的最大电压,一般分为2.5、2、1.8、1.5、1.2、1.0六级,单位为KV。为了使电气设备不受过电压的危害,我们首先考虑要使被保护的电气设备的冲击耐受电压大于浪涌保护器的电压保护水平UP。

(2)SPD使用全保护模式。也就是要在L-PE、L-N及L-L线间均装设浪涌保护器,以便起到对线路起到全面的保护,这样可以保障雷电脉冲无论在哪个线间产生过电压,都会使电子设备得到有效的保护。同时,开启全保护模式的浪涌保护器可同时泄放能量,避免浪涌保护器启动上造成的差异对其自身的破坏,从而延长了浪涌保护器的使用寿命。

(3)选择浪涌保护器的最大可持续运行的电压UC。最大可持续运行的电压是指可以持续加在SPD上并且不会造成浪涌保护器特性的变化和激活SPD的最大电压。

(4)根据现场的环境特性来选用合适的浪涌保护器最大放电电流。最大放电电流是指浪涌保护器只可以通过2次8/20μs的电流波的峰值电流而浪涌保护器不受到损坏,实际上浪涌保护器都有最大放电电流。

三、SPD自身的保护

浪涌保护器虽然对保护电子设备免受过电压的损害起到了非常大的作用,但是由于电路中产生的过电压有时也可能超过浪涌保护器的范围,因此当SPD长时间在过电压状态下工作时,SPD也会在不同程度上受到损毁,这些都严重影响了浪涌保护器的使用寿命,例如当瞬态过电压过高时,可能会将浪涌保护器击穿而造成严重的短路,如图1所示,

(图1用断路器切除浪涌保护器)

如果SPD上未串接断路器,则线路断路器D1就会自动跳闸,由于故障电流ICC仍存在,只有SPD被更换以后,线路短路器D1才会重新合闸,这样系统就失去了供电的连续性。解决这一问题的方法就是在SPD的上端串联一个线路断路器,要根据浪涌保护器最大放电电流来选择线路断路器的额定电流,以便断路器正常工作,并且脱扣曲线采用C型,其分断能力必须大于安装处的最大短路电流。如表2所示,

(表2保护断路器D2的选择)

四、浪涌保护器和避雷器的区别

(1)应用领域上讲可从电压等级来分。避雷器的额定电压以﹤3kV到1000kV,低压0.28kV,0.5kV。浪涌保护器的额定电压≦1.2kV、380、220~10V~5V。

(2)从标称放电电流上讲:避雷器指标放电电流In从1.5kV、2.5kV、5kV、10kV、20kV。8/20us的标称雷电流,浪涌保护器标称放电电流从5kA、10kA、0.5kA、20kA、30、20、120kV。

(3)试验标准和要求上讲:区别很大。

(4)从外观体积上讲:避雷器主要以硅橡胶、陶瓷、铁罐为主,体积大,重量重浪涌保护器以硅胶少量、环氧包、塑料外壳、金属与陶瓷、金属与塑料。

(5)使用场所:避雷器主要用在电站、线路、配电站、发电,电容器,电机、变压电器、中性点、炼钢铁、铁路。浪涌保护器主要用在低压配电、柜、低压电器、通信、信号、机站、机房。

五、总结

浪涌电压是广泛存在的。据统计,在国家电网中每8分钟便有一个浪涌过电压产生,而且20%-30%的电脑故障由浪涌电压造成,因此浪涌保护设计非常必要。浪涌保护设计是预防性设计,只有这样才能保护我们的设备尽可能少地受到过电压的损害。

浪涌保护器的设计应该要综合地考虑各种影响因素,只有这样才能让浪涌保护器起到最大的保护作用,更有效地保护电子设备不受过电压的损害。

(来源:网络,版权归原作者)


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