低壓供配電系統(tǒng)雷電防護(hù)措施

—低壓供配電系統(tǒng)雷電防護(hù)措施雷電或大容量電氣裝備的操作會在供電系統(tǒng)內(nèi)外產(chǎn)生電涌，其對供電系統(tǒng)和用電裝備的影響已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。低壓供電系統(tǒng)的外部電涌主要來自于雷擊放電，它由一次或若干次單獨(dú)的閃電組成，每次閃電都攜帶若干幅值很高、持續(xù)時(shí)間很短的電流。一個(gè)典型的雷電放電過程包括兩次或三次閃電，每次閃電之間大約相隔1/20s的時(shí)間。大多數(shù)閃電電流在10~XXXkA之間降落，其持續(xù)時(shí)間一般小于XXXμs.供電系統(tǒng)的內(nèi)部浪涌主要來自于供電系統(tǒng)中大容量裝備、變頻裝備和非線行用電裝備的運(yùn)用。供電系統(tǒng)的內(nèi)、外部浪涌會對一些敏感的電子裝備造成損壞，即使是很窄的過電壓沖擊也會造成裝備的電源部分或整個(gè)電子裝備損壞。在雷電對裝備造成的損害事故中，由電源線引入的雷電波占有相當(dāng)大的比例，所以對電源線路的安全防護(hù)顯得格外重要。雷電防護(hù)系統(tǒng)由三部分組成，各部分都有其重要作用，不存在替代性。外部防護(hù)，由接閃器、引下線、接地體組成，可將絕大部分雷電能量直接導(dǎo)入地下泄放。過渡防護(hù)，由合理的屏蔽、接地、布線組成，可削減或堵塞通過各入侵通道引入的感應(yīng)。內(nèi)部防護(hù)，由均壓等電位聯(lián)結(jié)、過電壓愛護(hù)組成，可均衡系統(tǒng)電位，限制過電壓幅值。在此，我僅介紹一下電源防護(hù)。一、電源系統(tǒng)的防雷愛護(hù)對象依據(jù)國際電工委員會所擬定的IEC1312《閃電電源脈沖的防護(hù)》標(biāo)準(zhǔn)，一般電源系統(tǒng)（不包括發(fā)電系統(tǒng)）應(yīng)在其LPZI雷電愛護(hù)區(qū)。在此區(qū)域，不易遭受直擊雷，所感應(yīng)的雷電電流不大于20KA，電壓不高于6KA。其防雷愛護(hù)對象有兩個(gè)方面：1、電源輸入、輸出端口的防雷不同電源系統(tǒng)裝備千差萬別，這里以通信電源為例。通信電源一般有溝通配電、直流配電、整流模塊、監(jiān)控模塊等單元。溝通配電單元整流模塊的輸入端都應(yīng)設(shè)計(jì)防雷網(wǎng)絡(luò)來汲取雷電流，抑制雷電引起的尖峰電壓。這樣對整流系統(tǒng)來說，理想的情況是，溝通配電單元的防雷網(wǎng)絡(luò)汲取掉大部分雷電流，并將浪涌電壓抑制在遠(yuǎn)低于6KA的水平，整流模塊內(nèi)的防雷網(wǎng)絡(luò)再汲取掉剩下的雷電流，并將浪涌電壓箝位在模塊內(nèi)器件能承受的水平。這樣，才能保證電源系統(tǒng)既有效防雷，又能盡量延長防雷器件的壽命。2、電源通信端口的防雷當(dāng)電源系統(tǒng)通過電話線進(jìn)行遠(yuǎn)程通信時(shí)，通信電纜就可能引入雷電。雷電進(jìn)入電源系統(tǒng)通信譽(yù)的調(diào)制解調(diào)器或系統(tǒng)的端口時(shí)，就可能使其損壞。通信線路的防雷首先要了解線路上的電壓水平，據(jù)此來選擇防雷器件。其次，要留意不能影響通信質(zhì)量，如產(chǎn)生誤碼等二、電源防雷器的配置防雷器又稱等電位聯(lián)結(jié)器、過電壓愛護(hù)器、浪涌抑制器、突波汲取器、防雷保安器等，用于電源線防護(hù)的防雷器稱為電源防雷器。鑒于目前的雷電致?lián)p特點(diǎn)，雷電防護(hù)尤其在防雷整改中，基于防雷器防護(hù)方案是最簡潔、經(jīng)濟(jì)的雷電防護(hù)解決方案。防雷器的主要作用是瞬態(tài)現(xiàn)象時(shí)將其兩端的電位保持全都或限制在一個(gè)范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)移有源導(dǎo)體上多余能量。進(jìn)入地下泄放，是完成均壓等電位聯(lián)結(jié)的重要組成部分。防雷器的一些主要技術(shù)參數(shù)：額定工作電壓、額定工作電流，特批串并式電源防雷器的載流量。1、TN-C系統(tǒng)防雷愛護(hù)TN-C系統(tǒng)：俗稱三相四線制，供電系統(tǒng)中相線與零線并行敷設(shè)，由于從變壓器中心點(diǎn)引來的N線在該處接地，因此安裝防雷器時(shí)可在相線與零線之間安裝防雷模塊，但在有些情況下，由于零線與接地情況不好，接地電阻過大，此時(shí)可在配電箱近旁立柱的主鋼筋中引一地線，作為防雷電源地。2、TN-S系統(tǒng)防雷器的配置PE線與N線在變壓器低壓側(cè)出線端相連并與大地聯(lián)結(jié)，而在后面的供電電路中PE線與N線分開布放，因此在選用和安裝防雷器時(shí)需要分別在相線與PE線之間以及N線和PE線之間進(jìn)行愛護(hù)。3、TN-C-S系統(tǒng)防雷器的配置TN-C-S系統(tǒng)是TN-C和TN-S兩種系統(tǒng)的搭配，其中第一部分是TN-C系統(tǒng)，第二部分為TN-S系統(tǒng)，其分界面在N線與PE線的聯(lián)結(jié)處。該系統(tǒng)一般用在建筑物由區(qū)域變電所供電的場所，進(jìn)戶之前采納TN-C系統(tǒng)，進(jìn)戶處作重復(fù)接地，進(jìn)戶后變成TN-S系統(tǒng)。依據(jù)《低壓配電設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中的有關(guān)條文，建筑電氣設(shè)計(jì)選用TN系統(tǒng)時(shí)應(yīng)作等電位聯(lián)結(jié)，消退自建筑物外沿PEN線或PE線竄入的危險(xiǎn)故障電壓，同時(shí)減小愛護(hù)電器動作不行靠帶來的危險(xiǎn)，有利于消退外界電磁場引起的干擾，改善裝置的電磁兼容性能。TN-C-S系統(tǒng)的N線和PE線，在變壓器低壓側(cè)就合為一條PEN線，這時(shí)只需在相線與PEN線之間加裝防雷器。在進(jìn)入建筑物總配電屏后，PEN線又分為N線和PE線兩條進(jìn)行獨(dú)立布線，PEN線接在建筑物內(nèi)總等到電位接地母排上并入地。因此進(jìn)入配電屏以后，N線對PE線就安裝防雷器。4、TT系統(tǒng)防雷器的配置N線只在變壓器的中性點(diǎn)接地，它與裝備的愛護(hù)接地是嚴(yán)格分開的，因此在選用防雷器時(shí)需要在相線與N線之間以及N線與地線之間進(jìn)行愛護(hù)。5、IT系統(tǒng)防雷愛護(hù)IT系統(tǒng)：俗稱三相三線制，IT系統(tǒng)中變壓器中性點(diǎn)不接地或大電阻接地，線路中無工作零線。此種供電系統(tǒng)適于三相對稱負(fù)載，常用于工廠供電系統(tǒng)中給電動機(jī)供電。其防雷愛護(hù)需在負(fù)載的輸入側(cè)做一接地體，作為系統(tǒng)防雷愛護(hù)地。對不同的供電系統(tǒng)中SPD的安裝位置，原則上應(yīng)安裝在各雷電防護(hù)區(qū)的交界處，其接地端應(yīng)就近接到等電位聯(lián)結(jié)帶上，但由于各種原因，SPD的安裝位置不會正好設(shè)在雷電交界處附近，此時(shí)B級SPD應(yīng)安裝在建筑物內(nèi)總等電位聯(lián)結(jié)端子處，施行多級愛護(hù)的末端SPD應(yīng)靠近被愛護(hù)裝備安裝。三、分級防護(hù)由于雷擊的能量是非常巨大的，需要通過分級泄放的方法，將雷擊能量逐步泄放到大地。第一級防雷器可以對于直接雷擊電流進(jìn)行泄放，或者當(dāng)電源傳輸線路遭受直接雷擊時(shí)傳導(dǎo)的巨大能量進(jìn)行泄放，對于有可能發(fā)生直接雷擊的地方，必需進(jìn)行CLASS—I的防雷。第二級防雷器是針對前級防雷器的剩余電壓以及區(qū)內(nèi)感應(yīng)雷擊的防護(hù)裝備，對于前級發(fā)生較大雷擊能量汲取時(shí)，仍有一部分對裝備或第三級防雷器而言是相當(dāng)巨大的能量會傳導(dǎo)過來，需要第二級防雷器進(jìn)一步汲取。同時(shí)，經(jīng)過第一級防雷器的傳輸線路也會感應(yīng)雷擊電磁脈沖輻射LEMP，當(dāng)線路充足長感應(yīng)雷的能量就變得充足大，需要第二級防雷器進(jìn)一步對雷擊能量實(shí)施泄放。第三級防雷器是對LEMP和通過第二級防雷器的剩余雷擊能量進(jìn)行愛護(hù)。1、第一級愛護(hù)目的是防止浪涌電壓直接從LPZ0區(qū)傳導(dǎo)進(jìn)入LPZ1區(qū)，將數(shù)萬至數(shù)十萬伏的浪涌電壓限制到2500—3000V。入戶電力變壓器低壓側(cè)安裝的電源防雷器作為第一級愛護(hù)時(shí)應(yīng)為三相電壓開關(guān)型電源防雷器，其雷電通流量不應(yīng)低于60KA。該級電源防雷器應(yīng)是聯(lián)結(jié)在用戶供電系統(tǒng)入口進(jìn)線各相和大地之間的大容量電源防雷器。一般要求該級電源防雷器具備每相XXXKA以上的最大沖擊容量，要求的限制電壓小于1500V，稱之為CLASSI級電源防雷器。這些電磁防雷器是專為承受雷電和感應(yīng)雷擊的大電流以及吸引高能量浪涌而設(shè)計(jì)的，可將大量的浪涌電流分流到大地。它們僅提供限制電壓（沖擊電流流過電源防雷器時(shí)，線路上顯現(xiàn)的最大電壓稱為限制電壓）為中等級別的愛護(hù)，由于CLASSI級愛護(hù)器主要是對大浪涌電流進(jìn)行汲取，僅靠它們是不能完全愛護(hù)供電系統(tǒng)內(nèi)部的敏感用電裝備的。第一級電源防雷器可防范10/350μｓ、XXXKA的雷電波，到達(dá)IEC規(guī)定的最高防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。其技術(shù)參考為：雷電通流量大于或等于XXXKA（10/350μｓ）；殘壓值不大于2.5KV；響應(yīng)時(shí)間小于或等于XXXns。2、第二級防護(hù)目的是進(jìn)一步將通過第一級防雷器的剩余浪涌電壓的值限制到1500—20XXV，對LPZ1—LPZ2實(shí)施等電位聯(lián)結(jié)。分配電柜線路輸出的電源防雷器作為第二級愛護(hù)時(shí)應(yīng)為限壓型電源防雷器，其雷電流容量不應(yīng)低于20KA，應(yīng)安裝在向重要或敏感用電裝備供電的分路配電處。這些電源防雷器對于通過了用戶供電入口處浪涌放電器的盈余浪涌能量進(jìn)行更完善的汲取，對于瞬態(tài)過電壓具有極好的抑制作用。該處運(yùn)用的電源防雷器要求的最大沖擊容量為每相45kA以上，要求的限制電壓應(yīng)小于1200V，稱之為CLASSII級電源防雷器。一般用戶供電系統(tǒng)做到第二級愛護(hù)就可以到達(dá)用電裝備運(yùn)行的要求了第二級電源防雷器采納C類愛護(hù)器進(jìn)行相—中、相—地以及中—地的全模式愛護(hù)，主要技術(shù)參數(shù)為：雷電通流容量大于或等于40KA（8/20μｓ）；殘壓峰值不大于XXX0V；響應(yīng)時(shí)間不大于25ns。3、第三級愛護(hù)目的是最終愛護(hù)裝備的手段，將剩余浪涌電壓的值降低到XXX0V以內(nèi)，使浪涌的能量有致?lián)p壞裝備。在電子信息裝備溝通電源進(jìn)線端安裝的電源防雷器作為第三級愛護(hù)時(shí)應(yīng)為串聯(lián)式限壓型電源防雷器，其雷電通流容量不應(yīng)低于10KA。最終的防線可在用電裝備內(nèi)部電源部分采納一個(gè)內(nèi)置式的電源防雷器，以到達(dá)完全消退微小的瞬態(tài)過電壓的目的。該處運(yùn)用的電源防雷器要求的最大沖擊容量為每相20KA或更低一些，要求的限制電壓應(yīng)小于XXX0V。對于一些特別重要或特別敏感的電子裝備具備第三級愛護(hù)是必要的，同時(shí)也可以愛護(hù)用電裝備免受系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓影響。對于微波通信裝備、移動機(jī)站通信裝備及雷達(dá)裝備等運(yùn)用的整流電源，宜視其工作電壓的愛護(hù)需要分別選用工作電壓適配的直流電源防雷器作為末級愛護(hù)。4、依據(jù)被愛護(hù)裝備的耐壓等級，假設(shè)兩級防雷就可以做到限制電壓低于裝備的耐壓水平，就只需要做兩級愛護(hù)，假設(shè)裝備的耐壓水平較低，可能需要四級甚至更多級的愛護(hù)。第四級愛護(hù)其雷電通流容量不應(yīng)低于5KA。四、電源防雷器分級防護(hù)的一般配置配置電源防雷器時(shí)應(yīng)留意以下事項(xiàng)1、若電源進(jìn)線為架空線，則在電源總配電柜處安裝標(biāo)稱通流容量在20KA（10/350μｓ）及以上的開頭型電源防雷器，其放電電壓Usg≥4Uc（Uc為最大工作電壓）；也可安裝標(biāo)稱通流容量在80KA（8/20μｓ）以上的限壓型電源防雷器，標(biāo)稱導(dǎo)通電壓Un≥4Uc，響應(yīng)時(shí)間小于或等于XXXns，該電源防雷器作為一級防護(hù).2、若電源進(jìn)線為埋地引入電纜且長度大于50m，則在電源總配電柜處安裝標(biāo)稱通流容量在60KA（8/20μｓ）以上、標(biāo)稱導(dǎo)通電壓Un≥4Uc、響應(yīng)時(shí)間小于或等于XXXns的電源防雷器作為一級防護(hù)。3、在樓層電源的分配電箱上應(yīng)安裝標(biāo)稱通流容量在40KA（8/20μｓ）以上、標(biāo)稱導(dǎo)通電壓Un≥3Uc、響應(yīng)時(shí)間小于或等到于50ns的電源防雷器作為二級防護(hù)。4、在裝備前應(yīng)安裝標(biāo)稱通流容量在20KA（8/20μｓ）以上、標(biāo)稱導(dǎo)通電壓Un≥2.5Uc、響應(yīng)時(shí)間小于或等到于50ns的電源防雷器作為三級防護(hù)。5、對于重要的電子裝備和計(jì)算機(jī)機(jī)房，在不間斷電源后宜安裝標(biāo)稱通流容量在10KA（8/20μｓ）以上、標(biāo)稱導(dǎo)通電壓Un≥2Uc、響應(yīng)時(shí)間小于或等到于50ns的電源防雷器作為精細(xì)防護(hù)。6、在二次（直流）電源的裝備前宜安裝低壓直流電源防雷器，其標(biāo)稱容量大于或等于10KA（8/20μｓ），標(biāo)稱導(dǎo)通電壓Un≥1.5Uz（Uz為直流工作電壓），響應(yīng)時(shí)間小于或等于50ns。為防止電源防雷器老化造成短路，電源防雷器安裝線路上應(yīng)用過電流愛護(hù)裝置；宜選用有劣化顯示功能的電源防雷器。五、電源系統(tǒng)SPD的安裝：1、雷電會在配電線路上感應(yīng)出雷電過電壓，它既可能是相線對地或中性線對地的感應(yīng)過電壓，也可能是相線與中性線之間的感應(yīng)過電壓。在不同的配電系統(tǒng)中SPD的安裝方法是不一樣的：TN系統(tǒng)一般采納相線、中性線分別對地加裝過壓型SPD的方式；TT系統(tǒng)一般采納相線分別對中性線加裝過壓型SPD的方式，中性線對地采納放電間隙SPD。2、依據(jù)GB50343-20XX中規(guī)定，電源線路浪涌愛護(hù)器的安裝應(yīng)符合以下規(guī)定：2．1、電源線路的各級浪涌愛護(hù)器應(yīng)分別安裝在被愛護(hù)裝備電源線路的前端，浪涌愛護(hù)器各接線端應(yīng)分別與配電箱內(nèi)線路的同名端相線聯(lián)結(jié)。浪涌愛護(hù)器的接線端與配電箱的愛護(hù)接地線（PE）接地端子板聯(lián)結(jié)，配電箱接地端子板應(yīng)于所處防雷區(qū)的等電位接地端子板聯(lián)結(jié)。各級浪涌愛護(hù)器聯(lián)結(jié)導(dǎo)線應(yīng)平直，其長度不宜超過0.5米。2．2、帶有接線端子的電源線路浪涌愛護(hù)器應(yīng)采納壓接；帶有接線柱的浪涌愛護(hù)器宜采納線鼻子與接線柱聯(lián)結(jié)。3、假如各級電源的SPD單獨(dú)安裝，則應(yīng)首先確定各級SPD的安裝位置，保證各級間的導(dǎo)線長度符合《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中的有關(guān)要求，滿意各級能量協(xié)作的要求，并且留意最終的一級SPD的安裝飾與所要愛護(hù)的裝備間的導(dǎo)線距離盡量短，防止在裝備前端的線路上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓進(jìn)入裝備。在由直流電源供電的裝備機(jī)房內(nèi)，在開關(guān)電源直流輸出端要安裝直流浪涌汲取愛護(hù)器。六、接地1、接地的目的和種類：接地是利用大地作為接地電流回路，在電氣裝備與大地之間完成低阻抗的電氣聯(lián)結(jié)，它將裝備接地處的電位固定為所答應(yīng)的值。接地的目的一是為裝備的操作人員提供安全保障；二是防止裝備損壞和提高裝備工作的穩(wěn)定性。接地電位的大小，除與電流的幅值和波形有關(guān)外，還和接地體的幾何尺寸及大地的電磁參數(shù)有關(guān)。在電氣裝備中，根據(jù)接地用途的不同，可分為工作接地、愛護(hù)接地、屏蔽接地和防過電壓接地。2、電源防雷器接地時(shí)應(yīng)留意以下事項(xiàng)：2．1為了使接地電位相等，被愛護(hù)裝備與防雷器必需再用一個(gè)接匯合排。2．2為了減小防雷器泄放的雷電流在接地引線上形成殘壓，防雷器的接地線應(yīng)盡可能短、粗、直。2.3為了使被愛護(hù)裝備的地電位與接地匯合排的地電位相等，裝備的愛護(hù)接地線中不能有電流流過，接地聯(lián)結(jié)線可恰當(dāng)加長。2．4避雷針（帶）引下線和其他干擾電流不能流