关于电源系统的B类保护和C类保护

2011-05-19 23:57:58来源: 互联网
摘要:本文主要介绍了低压配电系统中B类和C类防雷保护的区别、作用和避雷器产品的一些选型方法,介绍了一种新型火花间隙避雷器的工作原理,对不同特性的B类保护避雷器作了较多的分析和对比,使广大读者对B类和C类保护避雷器有一个全面的认识和了解。

关键词:特征能量解耦电感额定通流容量残压避雷器

通常把电源系统的防雷保护划分为B类保护和C类保护。B类保护的主要作用是要处理掉强大的雷电电磁脉冲干扰,抵御直击雷的闪击,C类保护主要的作用是完成经过B类粗保护后的精保护工作,将电源系统的瞬态过电压限制在电器绝缘许可的范围内。通常这两级的协调配合,能大大提高电源系统的防雷保护水平,使设备在雷雨季节工作起来更加安全可靠。

1C类保护

根据我们国家有关部门的要求,如图1所示,通信电源设备上都已按照3+1的方式(相线对零线分别接三个避雷器,零线对地线接一个避雷器)安装C类避雷器,能对一般的感应雷起到有效的保护。这类避雷器主要是压敏电阻类避雷器,通流容量一般是15kA~20kA(8/20μs),额定通流容量时的残压≤1.5kV(通信电源的绝缘强度为1.5kV),避雷器最大持续工作电压(IEC标准)分为AC275V和AC385V,选择时要注意大于电网的最大波动电压,同时也要注意这个问题:最大持续工作电压的提高,会使避雷器的残压跟着升高。在供电情况良好的城市站,可选用最大持续工作电压为AC275V的产品,在供电情况较差的农村站,最好选用最大持续工作电压为AC320V的产品,如VAL?MS320ST。

压敏电阻类避雷器的主要不足是:

图13+1保护电路

(1)残压会随着流过电流的增加而增加,当系统受到大的雷电脉冲干扰时,流过避雷器的电流常常会大于避雷器的额定通流容量,随着残压的升高(超过1.5kV时)会危及到设备的安全,不能对设备起到可靠的保护作用。

(2)使用时会发生老化现象。压敏电阻类避雷器的使用寿命通常是承受额定通流容量20次左右的冲击,失效时会发生雪崩现象。

为了能使这类避雷器时刻处于可靠的工作状态,保障电源线路的安全,避雷器通常附加有失效检测、脱离和遥信功能。

图2火花间隙工作原理

①起动电压点燃电弧②电火花连接两个电极

③电火花向外部扩散④电火花达到撞击板

⑤产生分电火花⑥电火花中断并熄灭

2B类避雷器

B类保护的主要作用已如前所述,常见的直击雷有两种情形:

(1)直接闪击电源线路并沿着电源线路传导进入设备;

(2)闪击室外避雷针后传导入地,使地电位瞬间升高(几万伏以上),由于电源零线和设备外壳均接在这个地网上,地电位的瞬间升高会使设备的绝缘击穿。

按照IEC的有关标准规定,这类避雷器的通流容量应大于或等于25kA(10/350μs)。在技术上这类避雷器又分为空气间隙型和压敏电阻型。

空气间隙型避雷器也称作雷电流型避雷器,是B类避雷器的首选产品。这类避雷器是在古老的间隙放电原理的基础上,增加了切断电弧的技术(见图2),使避雷器在处理完雷电流之后,能将网络后续电流切断,避免电网对地短路,使避雷器重新恢复到初始工作状态。这类避雷器的特点是通过雷电流的能力非常强,能承受直击雷的闪击,由于电极是耐电弧腐蚀的特种合金,能够承受额定通流容量的上万次冲击。这类避雷器的主要不足是:

(1)动作延时是压敏电阻的4倍(100ns);

(2)点火电压在3kV~4kV之间。(正确的说点火电压高不算是缺点,由于雷电流的变化率很大,能达到2.5kA/μs,雷电流流过这段距离C类保护10m长的电源线路时,经过电感和电阻的作用所产生的电压降远大于4kV,满足间隙型避雷器的点火条件。)

压敏电阻型避雷器[通流容量在60kA(8/20μs)以上]是B类保护的代用产品。这类避雷器是通过多片压敏电阻的并联来扩大通流容量(增容:1+1<1.7,并联越多效率越低),还要有解决电流均衡分配的特殊技术,使得这类避雷器变得体积大、价格高。这类避雷器特征能量小,满足不了处理雷电能量的要求,在使用中常会发生爆炸和起火现象。

表1是不同类型的避雷器在同等测试波形(10/350μs)条件和相同的通流容量下的性能比较:

表1不同类型避雷器性能比较*

  间隙型避雷器 压敏电阻型避雷器 备注
通流容量 相同 相同  
能量特性 相差数倍
动作延时(ns) 100 25  
额定通流容量时的残压(kV) 3~4 <1.5  
大于额定通流容量时的残压(kV) 3~4 >1.5  
额定通流容量的冲击寿命(次) >10000 20左右  
附属功能(失效检测、遥信等) 不需要 需要  
体积  
价格  

项目*注1压敏电阻类避雷器如果没有10/350μs的通流容量

指标时,可以按下式换算:

通流容量:I(8/20μs)÷5=I(10/350μs)

注2该表的比较前提是相同的雷电流通流容量

3B类保护和C类保护的配合

B类保护和C类保护均采用压敏电阻的保护方案,所具有的优点和缺点也就是压敏电阻避雷器所具有的优缺点,主要的不足是难以达到很大的通流容量;能量特性小;使用寿命短(额定通流容量约20次左右);当雷电流超出额定通流容量时,残压会升高,对设备不能有效保护。

两级保护分别采用间隙与压敏电阻的保护方案具有优势互补的特点,能把两种避雷器的优点都充分发挥出来,是一个比较理想的方案配合。间隙型避雷器承受大电流的能力强,经久耐用(>10000次),在方案配合中承担主要的保护任务,动作延迟和起动电压高的问题由C类保护的压敏电阻避雷器去解决,在间隙型避雷器动作延迟期间,由于雷电脉冲电流不会超过C类保护的额定通流容量值,C类保护能有效处理并且能保证残压值小于1.5kV,对设备起到有效保护。在这种方案配合当中,由于C类保护仅承担少量的保护任务,还能大大提高压敏电阻的使用寿命。

为了使B类保护和C类保护的配合能协调得更好,在安装时要注意两级之间的解耦问题,场地允许时线路直线距离要?10m,否则在线路中要串线路中要串联一个解耦电感。

如前所叙,通信电源设备上都已按照3+1的方式安装有C类保护,在做B类保护时,最好也采用3+1的安装方式,这种安装方式适应性广,即适用于TT电网,也适用于TN等电网,还能保障人身安全。

关键字:电源系统  系统  保护

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0519/article_8767.html
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