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雷电过电压对低压配电系统的多种影响形式!

一、概述


三种情况会引起低压系统中产生电涌过电压:


①自然现象,如雷击,通过直击或感应产生过电压;


②人为因素,如在输变电系统或低压系统终端用户进行的负载或电容器操作;


③非人为因素,如电力系统的故障和恢复或电力系统与信号/通信系统不同系统之间互相作用产生的过电压。


本部分中考虑的冲击过电压是超过两倍峰值工作电压,持续时间从微秒级到毫秒级。


低于两倍峰值工作电压的过电压或者由于电力设备的操作及设备的损坏引起的持续时间较长的过电压同样不在考虑范围内。


因为普通的电涌保护器不对这类低幅值和持续时间长的电涌起作用,它们需用与本部分讨论所不同的保护方式进行保护。


雷电过电压对低压配电系统的多种影响形式!


二、雷电过电压


雷电是不可避免的事件,它会通过几种机理影响低压系统(包括电力系统和信号/通信系统)。最明显的干扰是系统受到直击雷。


但其他耦合机理也会引起系统电压升高,在此将讨论引起低压系统过电压的三种耦合方式。


在讨论过电压时,也考虑与过电压相关的过电流情况,由过电压引起的初始电流也是本附录一个重要方面,三种类型如下:


a) 直击于电力系统,发生于MV/LV配电变压器的原边侧、LV配电系统(架空的或隐埋的),同时也侵入到个别建筑物中;


b)非直接闪络:雷击附近物体,通过感应耦合或公用路径耦合在LV配电系统中产生过电压。虽然非直接闪络产生的过电压和电流低于直接闪络所产生的过电压和电流,但其出现的频率更大;


c)直击到防雷系统或最终用户建筑物的外部(建筑物的钢件及水管、暖气管、升降梯等非电气部分),这会产生两种影响:


一是雷电流通过建筑物外部产生感应耦合;


二是雷电流从建筑物注人到LV系统,从而不可避免地在LV系统中导体和地或装置等电位排之间要用SPD浪涌保护器。对一个闪络,在最终用户使用电器时出现的过电压将反映耦合路径的性能,例如闪络点和终端用户之间的距离及接地情况、接地电阻、SPD浪涌保护器的数量及配电系统的分支。


1、由MV传输到LV系统的电涌


在MV系统中,由于雷击发生的过电压注人到LV配电系统有两种不同的方式:


①通过MV/LV变压器的电容和电感耦合;


②通过接地耦合。


传递的电涌幅值依赖于很多参数:


① LV接地方式(TT、TN、IT);


②LV线路和负载的特性;


③LV过电压保护装置;


④MV和LV接地间的耦合状况;


⑤变压器的结构。


如果雷电直击MV线路,避雷器动作或火花间隙击穿使电涌电流转移到接地系统,并且在MV和LV系统之间产生阻性的耦合,从而导致过电压进入LV系统中。


根据接地阻抗的不同,通过变压器的过电压幅值可能远高于容性耦合的情况。


在TN系统中,如果用户装置内的中性点接地,将会产生轻度的过电压。


值得注意的是,这种类型的电阻耦合可以通过在变压器的LV侧安装一个独立的接地系统来避免。


通过容性耦合和感性耦合输人到MV/LV侧的过电压其典型的取值是相和中性线间相对地电压的2%,是相和地间电压的8%。


这些值对于负载LV电路是相对典型的。当变压器的LV侧开路或者轻载时,这个值会显著的升高,决定于LV系统。


感应雷在MV系统中产生的电涌(通常小于1kA)比直击雷要小得多,并且实际中过电压输人到LV系统仅仅是通过容性耦合,其值不会超过几千伏。


在这种情况下,LV系统(至少是在距离雷击不远的部分)所直接感应的过电压一般比从MV侧输人的要高。如果有一个SPD浪涌保护器动作或者放电发生,电流将会较小,相应的阻性耦合的情况也被忽略。


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