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電源系統(tǒng)的B類和C類防雷保護

發(fā)布時間:2011-12-29

中心議題:

  • 低壓配電系統(tǒng)中B類和C類防雷保護方案
  • 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,對不同特性的B類保護避雷器作了較多的分析和對比,使廣大讀者對B類和C類保護避雷器有一個全面的認識和了解。

通常把電源系統(tǒng)的防雷保護劃分為B類保護和C類保護。B類保護的主要作用是要處理掉強大的雷電電磁脈沖干擾,抵御直擊雷的閃擊,C類保護主要的作用是完成經(jīng)過B類粗保護后的精保護工作,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)。通常這兩級的協(xié)調(diào)配合,能大大提高電源系統(tǒng)的防雷保護水平,使設備在雷雨季節(jié)工作起來更加安全可靠。

1 C類保護

根據(jù)我們國家有關(guān)部門的要求,如圖1所示,通信電源設備上都已按照3+1的方式(相線對零線分別接三個避雷器,零線對地線接一個避雷器)安裝C類避雷器,能對一般的感應雷起到有效的保護。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),額定通流容量時的殘壓≤1.5kV(通信電源的絕緣強度為1.5kV),避雷器最大持續(xù)工作電壓(IEC標準)分為AC275V和AC385V,選擇時要注意大于電網(wǎng)的最大波動電壓,同時也要注意這個問題:最大持續(xù)工作電壓的提高,會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保護電路

壓敏電阻類避雷器的主要不足是:

(1)殘壓會隨著流過電流的增加而增加,當系統(tǒng)受到大的雷電脈沖干擾時,流過避雷器的電流常常會大于避雷器的額定通流容量,隨著殘壓的升高(超過1.5kV時)會危及到設備的安全,不能對設備起到可靠的保護作用。
(2)使用時會發(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,失效時會發(fā)生雪崩現(xiàn)象。

為了能使這類避雷器時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、脫離和遙信功能。

①起動電壓點燃電弧
②電火花連接兩個電極
③電火花向外部擴散
④電火花達到撞擊板
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進入設備;
(2)閃擊室外避雷針后傳導入地,使地電位瞬間升高(幾萬伏以上),由于電源零線和設備外殼均接在這個地網(wǎng)上,地電位的瞬間升高會使設備的絕緣擊穿。

按照IEC的有關(guān)標準規(guī)定,這類避雷器的通流容量應大于或等于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)絡后續(xù)電流切斷,避免電網(wǎng)對地短路,使避雷器重新恢復到初始工作狀態(tài)。這類避雷器的特點是通過雷電流的能力非常強,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)動作延時是壓敏電阻的4倍(100ns);
(2)點火電壓在3kV~4kV之間。(正確的說點火電壓高不算是缺點,由于雷電流的變化率很大,能達到2.5kA/μs,雷電流流過這段距離C類保護10m長的電源線路時,經(jīng)過電感和電阻的作用所產(chǎn)生的電壓降遠大于4kV,滿足間隙型避雷器的點火條件。)


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*

項目*注1:壓敏電阻類避雷器如果沒有10/350μs的通流容量

指標時,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類保護和C類保護的配合

B類保護和C類保護均采用壓敏電阻的保護方案,所具有的優(yōu)點和缺點也就是壓敏電阻避雷器所具有的優(yōu)缺點,主要的不足是難以達到很大的通流容量;能量特性小;使用壽命短(額定通流容量約20次左右);當雷電流超出額定通流容量時,殘壓會升高,對設備不能有效保護。

兩級保護分別采用間隙與壓敏電阻的保護方案具有優(yōu)勢互補的特點,能把兩種避雷器的優(yōu)點都充分發(fā)揮出來,是一個比較理想的方案配合。間隙型避雷器承受大電流的能力強,經(jīng)久耐用(>10000次),在方案配合中承擔主要的保護任務,動作延遲和起動電壓高的問題由C類保護的壓敏電阻避雷器去解決,在間隙型避雷器動作延遲期間,由于雷電脈沖電流不會超過C類保護的額定通流容量值,C類保護能有效處理并且能保證殘壓值小于1.5kV,對設備起到有效保護。在這種方案配合當中,由于C類保護僅承擔少量的保護任務,還能大大提高壓敏電阻的使用壽命。

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

如前所敘,通信電源設備上都已按照3+1的方式安裝有C類保護,在做B類保護時,最好也采用3+1的安裝方式,這種安裝方式適應性廣,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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