操作過(guò)電壓的介紹以及對(duì)浪涌保護(hù)器可能造成的影響。

2022-07-06 · 閱讀453

1、前言

操作沖擊產(chǎn)生的過(guò)電壓、電流及其持續(xù)時(shí)間通常比雷電沖擊產(chǎn)生的電壓、電流及持續(xù)時(shí)間低。然而，在某些情況下，特別是在建筑物內(nèi)部或接近操作過(guò)電壓起始處，操作沖擊產(chǎn)生的電應(yīng)力將會(huì)高于雷電沖擊產(chǎn)生的電應(yīng)力。

必須知道操作沖擊產(chǎn)生的能量，以便選擇合適的SPD浪涌保護(hù)器。

包括故障和熔斷器瞬態(tài)動(dòng)作在內(nèi)的操作持續(xù)時(shí)間比雷電沖擊持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)。

通常在一個(gè)電氣裝置內(nèi)任何開(kāi)關(guān)動(dòng)作、故障開(kāi)始、中斷等，總會(huì)伴隨著暫時(shí)過(guò)電壓的產(chǎn)生。在一個(gè)系統(tǒng)中發(fā)生的突變將會(huì)引起高頻阻尼振蕩(由網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率決定)，直到系統(tǒng)再次穩(wěn)定到一個(gè)新的狀態(tài)。

操作過(guò)電壓的幅值取決于許多參數(shù)，如回路類(lèi)型、操作種類(lèi)(關(guān)、開(kāi)、重燃)、負(fù)載、斷路器或熔斷器。

操作產(chǎn)生的振蕩頻率由系統(tǒng)特性和諧振特性決定，在這種情況下，可能引起很高的過(guò)電壓。通常，操作與系統(tǒng)工頻發(fā)生諧振的可能性很小，然而，如果系統(tǒng)開(kāi)關(guān)頻率特性接近系統(tǒng)中一個(gè)或多個(gè)諧振頻率，將會(huì)發(fā)生瞬態(tài)諧振。

2、綜述

操作電涌的典型波形取決于低壓裝置的響應(yīng)。在大多數(shù)情況下，會(huì)產(chǎn)生鳴震波，其頻率通常為每微秒幾十萬(wàn)赫茲。上升最大速率為每微秒幾千伏。電涌持續(xù)時(shí)間范圍較大。如果由熔斷器動(dòng)作引起的操作過(guò)電壓被排除，典型的持續(xù)時(shí)間(到半峰值)從1μs~50μs。

統(tǒng)計(jì)顯示，產(chǎn)生高幅值和持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)(大于100μs)的電涌的可能性較低。

3、斷路器和開(kāi)關(guān)操作引起的過(guò)電壓

斷路器和開(kāi)關(guān)廣泛用于每個(gè)電氣裝置和控制設(shè)備中，以便在過(guò)載或短路情況下斷開(kāi)電氣設(shè)備或由開(kāi)關(guān)控制設(shè)備動(dòng)作來(lái)對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行保護(hù)和控制。開(kāi)關(guān)操作的頻率依其使用的場(chǎng)合而定，在工業(yè)上其使用頻率較高，在家庭中其使用頻率相對(duì)較低。

阻性負(fù)載的操作電流是在電氣設(shè)備的額定電流范圍內(nèi)。而對(duì)于使用開(kāi)關(guān)模式進(jìn)行供電的設(shè)備，設(shè)備的操作電流高于額定電流。因此，如對(duì)于一個(gè)功率為100W的電視機(jī)，其額定電流為0.4A，而涌入的電流約為20A，高達(dá)50倍。

無(wú)論對(duì)于手動(dòng)開(kāi)關(guān)或電動(dòng)開(kāi)關(guān)，每次操作過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生電弧。由于電感和電容相互作用使電壓發(fā)生改變，從而引起高頻振蕩。該振蕩會(huì)使線(xiàn)路之間以及線(xiàn)路與地之間的電壓改變，電氣設(shè)備絕緣總電壓由導(dǎo)體部分和其他回路承擔(dān)。與經(jīng)由公共配電網(wǎng)進(jìn)人用戶(hù)的過(guò)電壓相比，由用戶(hù)裝置開(kāi)關(guān)操作引起的過(guò)電壓不經(jīng)過(guò)衰減，其瞬態(tài)幅值反而會(huì)更高一些。

①在用戶(hù)室內(nèi)的斷路器和開(kāi)關(guān)操作

與合閘相比，分閘會(huì)產(chǎn)生更高幅值的電壓。在分閘時(shí)，在負(fù)載側(cè)比在線(xiàn)路側(cè)有更高的電涌幅值。無(wú)論如何，這點(diǎn)對(duì)于設(shè)備的設(shè)計(jì)，尤其是絕緣方面的設(shè)計(jì)是個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題。如果有與其并聯(lián)的設(shè)備，該設(shè)備也將承受電應(yīng)力。由于線(xiàn)路側(cè)與整個(gè)系統(tǒng)及其他設(shè)備相聯(lián)，故與負(fù)載側(cè)相比，線(xiàn)路側(cè)的過(guò)電壓更應(yīng)考慮。

②在供電系統(tǒng)(LV和HV)中斷路器和開(kāi)關(guān)的操作

在每一個(gè)供電系統(tǒng)中，電氣設(shè)備上都能觀察到瞬態(tài)過(guò)電壓。在地下供電系統(tǒng)中，幾乎所有的瞬態(tài)過(guò)電壓都是機(jī)械操作引起的。

在高壓和低壓裝置中，具有電感性的設(shè)備，如變壓器、阻抗線(xiàn)圈、接觸器線(xiàn)圈和繼電器等與電源并聯(lián)，設(shè)備的操作都會(huì)引起振蕩，產(chǎn)生高達(dá)幾千伏的過(guò)電壓。因?yàn)橛芯€(xiàn)路的自感，這種情況也存在于縱向電感線(xiàn)圈中，例如，導(dǎo)體線(xiàn)圈和縱向阻抗線(xiàn)圈中，或系統(tǒng)自身的開(kāi)斷中。

在電源側(cè)，操作過(guò)電壓由開(kāi)關(guān)操作、旋轉(zhuǎn)電機(jī)的刷狀電弧、電機(jī)或變壓器負(fù)載突然下降以及功率因數(shù)補(bǔ)償電容器組的操作引起。

在極少數(shù)情況下，這種過(guò)電壓的頻率和能量比雷電過(guò)電壓在低壓裝置上的頻率和能量要高。

低壓電源操作引起的瞬態(tài)過(guò)電壓，幅值可能達(dá)到數(shù)千伏。低壓系統(tǒng)操作時(shí)，一定條件下，過(guò)電壓最大值可以被限制，可通過(guò)電源系統(tǒng)安裝保護(hù)電器來(lái)限制過(guò)電壓，預(yù)期最大幅值為6kV的電壓，一般不超過(guò)低壓用戶(hù)內(nèi)部裝置耐受值。

與操作過(guò)電壓對(duì)應(yīng)的另一些現(xiàn)象是高壓供電系統(tǒng)發(fā)生短路和接地故障。接地故障可以在無(wú)故障導(dǎo)線(xiàn)上引起線(xiàn)一地過(guò)電壓，范圍在線(xiàn)電壓之間。而且，同時(shí)也產(chǎn)生瞬態(tài)過(guò)電壓，這種瞬態(tài)過(guò)電壓會(huì)從高壓電源側(cè)傳遞到低壓電源側(cè)。

③熔斷器動(dòng)作(限流熔斷器) 

熔斷器廣泛被用于配電系統(tǒng)和電力裝置，用來(lái)保護(hù)過(guò)流并斷開(kāi)短路回路。

例如，如果熔斷器動(dòng)作，配電系統(tǒng)斷開(kāi)一個(gè)短路的回路，該動(dòng)作產(chǎn)生近似于三角波的一個(gè)過(guò)電壓，頻率相對(duì)較低。過(guò)電壓發(fā)生在系統(tǒng)的線(xiàn)線(xiàn)間，也可能出現(xiàn)在線(xiàn)和保護(hù)地線(xiàn)之間，取決于接地的中性導(dǎo)體，或者取決于一個(gè)IT系統(tǒng)，或者取決于接地電容。

因此，該過(guò)電壓也作用于裸露導(dǎo)電部件絕緣和其他回路。當(dāng)然，相對(duì)于由動(dòng)作電流開(kāi)斷引起的過(guò)電壓，這種過(guò)電壓很少發(fā)生。過(guò)電壓通過(guò)母線(xiàn)也會(huì)傳輸?shù)酵慌潆娤到y(tǒng)的其他用電設(shè)備中。

和開(kāi)關(guān)動(dòng)作引起的其他電涌相比，熔斷器動(dòng)作引起電涌的概率較少。但此時(shí)斷開(kāi)短路的回路，可能產(chǎn)生強(qiáng)烈的電涌，影響因素主要有短路電流的上升率、熔斷器的額定電流及特性、回路的電感。

由安裝在靠近母線(xiàn)排的熔斷器斷開(kāi)配電系統(tǒng)饋線(xiàn)的短路是非常重要的，因?yàn)橛扇蹟嗥鲃?dòng)作產(chǎn)生的過(guò)電壓會(huì)影響到與同一母線(xiàn)排相連的其他一些用電設(shè)備。

實(shí)際的統(tǒng)計(jì)情況表明，在低壓公共供電系統(tǒng)中，發(fā)生此種故障是非常少見(jiàn)的。然而，當(dāng)考慮工業(yè)配電系統(tǒng)時(shí)，這種類(lèi)型的故障具有一定的代表性，發(fā)生此種短路并非少見(jiàn)。

總結(jié)：以上就是關(guān)于操作過(guò)電壓的介紹，在實(shí)際的浪涌保護(hù)器選型中，操作過(guò)電壓的因素相對(duì)很少考慮進(jìn)去，其對(duì)浪涌保護(hù)器的影響相對(duì)也不算大，相關(guān)防雷驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)也沒(méi)有詳細(xì)介紹，所以目前主流還是按國(guó)標(biāo)GB50057等配置一二三級(jí)浪涌保護(hù)器即可。

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