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關(guān)于低壓電源系統SPD通流容量要求的思考

發(fā)布時(shí)間:2015-09-16  

在有關(guān)低壓電源系統SPD的選用標準中,對第一級SPD要求采用IEC 61543-1規定的Ⅰ級試驗,而雷電流的分流基準采取防雷系統Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級水平的雷電總電流。對此爭論很大。葉蜚譽(yù) 教授就這個(gè)問(wèn)題談一些看法。
    爭論的焦點(diǎn)在于Ⅰ級試驗的電流波形(10/350μs)的波尾長(cháng)度較傳統的試驗電流波形(8/20μs)長(cháng)得多,而且對避雷器/電涌保護器的放電電流要求較高壓避雷器的電流(標稱(chēng)放電電流通常為5,10kA,8/20μs)大得多。這兩方面與國內外電力系統防雷和避雷器幾十年運行經(jīng)驗不符,從概率上講也低得驚人。自然界是否有如此長(cháng)的雷電流波形?分流到建筑物內的第一級SPD有幾十kA之大嗎?
1 自然界是否有如此長(cháng)的雷電流波形?
    眾所周知,雷電流試驗波形,并不是天上打下來(lái)的真正的那一次雷電流。雷電活動(dòng)有很大的分散性,因此任一種具體波形出現的概率幾乎是零(微分概率)。根據GB50057-94的附錄(引自 IEC 1312-1),首次雷擊電流的參量為:波形10/350μs,幅值Ⅰ對應一類(lèi)、二類(lèi)、三類(lèi)防雷建筑為200、150、100 kA,電荷量對應為100、75、50庫。并注曰:因為全部電荷量Qs本質(zhì)部分包含在首次雷擊中,故所規定的值考慮合并了所有短時(shí)間雷擊的電荷量。這里Qs指雷閃中的電荷。這就是說(shuō),10/350μs波形是考慮了一次雷閃的全部電荷,也就是多個(gè)單次雷電流的合并,因此顯得波尾很長(cháng)。從單個(gè)雷電流的波尾長(cháng)度(半峰值)看,大于200μs的概率<5%,大于350μs的概率更小。按國外雷電觀(guān)測,70%的雷閃包括(沿同一先導通道)多次雷擊(2-20次,平均3-4次),每次雷擊一個(gè)主放電電流。這個(gè)現象可稱(chēng)之為多重雷擊,已為國外研究者注意,對金屬氧化物避雷器在多次雷電流沖擊下的特性進(jìn)行了多年試驗研究,因為有些避雷器的損壞用短波形得不到解釋。如果從雷閃電荷的統計特性看,利用IEC1312所附雷電流參數概率曲線(xiàn),考慮10%為正極性,90%為負極性,查閱正、負兩條雷閃電荷曲線(xiàn),得到大于10、75、50庫相應的累積概率為4.45%,10.25%(兩種極性綜合),說(shuō)明多重雷擊是有一定可能性的。從我國運行實(shí)際看,電信部門(mén)發(fā)現了標稱(chēng)放電電流40-60 kA(8/20μs)的低壓避雷器在雷擊下?lián)p壞,超出了電力部門(mén)避雷器常規標稱(chēng)放電電流10 kA(特別是20 kA),顯現了2-6重雷擊的蹤跡。
    現在的問(wèn)題是:是否可能常有17重雷擊之多的雷閃?我覺(jué)得可能將來(lái)考慮少一點(diǎn)的雷擊重數,例如5-6重,波尾100μs左右是比較妥當的,形成8-100μs波形。但是現在,有鑒于 IEC TC 81,TC64,TC37A等都采納了10/350μs波形,而我國還沒(méi)有提出波形問(wèn)題的正式的、系統的意見(jiàn),更沒(méi)有得到IEC受理我國的意見(jiàn),我們在制訂標準時(shí)只能先從原則上接受這種波形,但是在招行中更謹慎、更仔細地選擇各種情況的通流容量。
2 雷電流分流下來(lái)以后,避雷器是否會(huì )有很大的雷電流?
    有些國外資料將最大的雷電流幅值200 kA、長(cháng)波10/350μs、單相系統分流下來(lái),要求每個(gè)模塊50-100 kA的通流容量,達到驚人的地步。其實(shí)按照標準所列的分流原則,考慮接地裝置和各種接地管道分流,信號線(xiàn)、電源線(xiàn)分流,電源三相系統相線(xiàn)和中線(xiàn)的分流,以及變壓器中性點(diǎn)接地電阻的分流和線(xiàn)路屏蔽的阻塞/分流作用,到每個(gè)相的模塊不過(guò)幾個(gè)kA,即使是10/350μs波形,通流容量也大不到那里去。具體情況還要具體分析,考慮各種分流的有利因素,做到“精打細算”,盡量控制通流容量的要求。
3 10/350μs波形對避雷器選擇究竟有多大影響?
    10/350μs波形只用于SPD的Ⅰ級試驗,而在Ⅰ級試驗,而在Ⅰ級試驗中也不僅僅是10/350μs一種波形。Ⅰ級試驗中首先是預備試驗,用8/20μs波形的標稱(chēng)放電電流沖擊15次,然后才將10/350μs電流迭加在工頻電壓之上,進(jìn)行動(dòng)作責務(wù)試驗,而且只要2次沖擊。這說(shuō)明是一種極限通流試驗,反映的是小概率的雷擊情況-大電流、多重雷擊的情況。這種要求在高壓避雷器標準中也是有的。而標稱(chēng)放電電流就反映大概率的雷擊情況。標稱(chēng)放電電流小于通流容量,可承受多閃(15次)。在避雷器選擇中,極限放電電流和標稱(chēng)放電電流都要考慮,往往是極限放電電流控制了產(chǎn)品選擇??此扑x極限放電電流很大,其實(shí)標稱(chēng)放電電流不大。后者最多是前者的二分之一。
4 至于為什么用8/20μs檢驗、標稱(chēng)放電電流不大的避雷器在電力系統的運行經(jīng)驗      很滿(mǎn)意,是很值研究的問(wèn)題,本人現在還不大清楚。但是我認為要做深入分析,分析高壓系統和低壓系統各自的過(guò)電壓/電涌保護條件,不能簡(jiǎn)單地做比較。例如高壓系統的避雷器是在變電站里,通常都有很長(cháng)一段進(jìn)線(xiàn)保護,站內的接閃器多為獨立避雷針,使直擊—反擊幾無(wú)可能,而長(cháng)線(xiàn)的波阻抗限制了避雷器的電流,避雷器正是這樣的選的。又例如裝在線(xiàn)路上的線(xiàn)路型避雷器,在確定其通流容量時(shí)考慮了架空線(xiàn)絕緣子、空氣間隙多處擊穿分流,結果流過(guò)避雷器的電流比較小。這些條件與建筑物防雷不同。此外,電力系統避雷器故障率的具體數據也不了解。建議進(jìn)一步研究分析。

5 在試驗中,10/350μs波形是在沖擊電流發(fā)生器短路是調試的電流波形,實(shí)際到SPD接入回路電流波形很難保持不變,IEC 61643-1只要求在10ms內電荷量滿(mǎn)足要求而不論波形如何了。這也說(shuō)明10/350μs的電荷累積意義。
6 在分析低壓系統電涌保護問(wèn)題時(shí),不能在任何情況下都用10/350μs波形。只有在級間能量配合時(shí)用長(cháng)波10/350μs,而在過(guò)電壓分析時(shí)還應采用8/20μs波形。

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