进入配电系统的雷电流大小和电涌保护器通流量的相关研究！

2022-07-18 · 阅读234

在浪涌保护器选型中，其放电电流，也就是通流容量的大小如何选择是很关键的一项参数。所以，对进入配电系统的雷电浪涌通流量大小的计算，会有助于我们对浪涌保护器通流量大小的选择。

中为防雷从以下内容进行介绍：

根据下图所示，一个带有LPS系统的建筑物遭受雷击。雷击电流IL将会沿着避雷针流入被击建筑物的接地系统。这将导致电压潜在升高，继而产生闪络或者电涌保护器的动作,所以雷电流部分进入了系统的4条线路中。

说明：
Rn——中线接地电阻；
Reg——被击建筑物的接地电阻；
Rei——第i个建筑物接地电阻；
Ree——除建筑物的接地电阻以外的总接地电阻；
iL——被击建筑物的雷电流；
Im——进人电源系统的雷电流。
注：这种计算，临近建筑物的接地电阻Ree等于或小于建筑物雷击的接地电阻Reg。

经过分配的部分电流Im会在系统和设施中产生过电压，并作用在绝缘和相连的仪器设备上。因此，不仅受到雷击的建筑物有危险，与建筑物相邻的建筑物或设施也存在危险。

简化网络（图2）可用于简单计算流入配电系统的部分电流Im。

注：该计算只对能量分配有效(雷电流的波尾)。

电涌保护器在电涌的条件下承受的应力是许多复杂且相关联的参数的函数，包括：

——建筑物中SPD浪涌保护器的位置：它们位于主配电盘或者是二级配电盘的设施内，甚至是在最后一级用户的设备前边；

——电涌保护器上游的元件：例如熔断器、导线横截面积等，都可能会限制整个系统的电涌承受能力和电涌保护器所承受的最大电应力；

——设备与雷击的耦合路径：例如，是经过雷电直击建筑物的雷电防护系统，还是由于附近的雷击感应到建筑物配线上；

——雷电流在建筑物中的分布：例如,雷电流中有多少进入了接地系统，剩下多少雷电流通过配电系统和等电位连接的SPD浪涌保护器寻找路径流向远处的大地；

——配电系统的类型：中性线的接地方式会显著影响雷电流在配电系统的分布。例如，中性线多重接地的TN-C系统可提供一条比TT系统更直接和更低阻抗的泄放雷电流的路径；

——与设备相连的其余导电装置：它们将分流一部分雷电流，从而减少了通过等电位连接SPD电涌保护器而流入配电系统的雷电流。应注意到由于这些导电装置可能被非导电物体代替，这部分分流功能可能会消失；

——波形类型：在产生电涌的情况下，不能仅简单地考虑SPD电涌保护器传导的电流峰值，还必须考虑电涌的波形。

人们已经做了大量的尝试来定量分析电气环境和设施内不同位置的SPD电涌保护器将经受的“威胁等级”。

GB/T21714.4-2008已经基于雷电保护水平通过考虑SPD电涌保护器上可能出现的最大电涌幅值来阐述这个问题。例如，该标准假设在I类雷电保护水平下，直接击中建筑物雷电防护系统的雷电流幅值可高达10/350 200kA。如果达到这个水平，它发生的统计概率仅为1%。换言之，99%的情况下放电电流将小于假设的200kA峰值电流水平。

另外，假定电涌电流中的50%是通过建筑物的接地系统泄放，50%通过连接到三相四线配电系统的等电位浪涌保护器泄放。假设没有其他的导电装置存在，这意味着初始200kA的雷电流分配到每个SPD中的电流都是25kA。

电流分布的简化假设对确定电涌保护器可能承受的威胁等级是十分有用的，但要注意考虑假设条件。在上述例子中，已经考虑一个200kA的雷电放电。进而可知在99%的情况下，等电位浪涌保护器的威胁水平将小于25kA。

另外，这种流过电涌保护器的电流分量的波形与初始放电电流的波形相同，然而实际电流波形可能由于建筑物内线缆的阻抗而发生改变。

基于长时间的现场经验积累，许多标准考虑了运行中的电涌保护器可能经受的威胁等级。例如IEEE标准C62.41.1和C 62.41.2,给出了不同电涌保护器安装位置的暴露水平。

从上可知，合适的浪涌保护器参数Imax和Iimp的选取，很显然取决于许多复杂和相互关联的参数。用户不仅要考虑到注入的电流是如何在建筑物以及配电系统中传播的，还要考虑到与放电电流的幅值和波形相关的概率统计问题。

必须注意到，通过电力线路、电话线以及数据线进入建筑物的电涌对建筑物内电子系统造成破坏的概率远大于雷电直击建筑物本身造成破坏的概率。

有些建筑物没有或可能不需要LP系统，这样的话，也许不需要高电流的I类电涌保护器，而采用低保护水平Up的II类电涌保护器。

由于上述问题的复杂性，应牢记选择电涌保护器最重要的一点是在预期电涌发生时电涌保护器限制电压的性能，而不是其所能耐受的能量大小(Imax、Iimp和Uoc)。一个具有低限制电压的电涌保护器，可以确保对设备提供足够的保护，而一个具有高耐受能量的电涌保护器仅能延长其运行寿命。