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關(guān)于低壓電源系統(tǒng)SPD通流容量要求的思考

閱讀：2316發(fā)布時(shí)間：2015-1-22

　　葉蜚譽(yù)教授，1957年清華大學(xué)高電壓技術(shù)專業(yè)研究生畢業(yè)，1981-1999年任浙江大學(xué)電機(jī)系副主任；浙江省電力學(xué)會(huì)高電壓技術(shù)專業(yè)委員會(huì)副主任，終端電器和過電壓保護(hù)委員會(huì)資深委員，中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)“建筑物低壓電源電涌保護(hù)器選用、安裝、驗(yàn)收和運(yùn)行規(guī)程”（報(bào)批稿）主要起草人。在會(huì)議、雜志（ISH，IEEETransaction,亞洲氣體放電會(huì)議,防雷會(huì)議ICLP等）論文5篇；在國(guó)內(nèi)會(huì)議、雜志（高電壓技術(shù)，中國(guó)雷電與防護(hù)，電氣工程應(yīng)用，高電壓技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議，電磁兼容學(xué)術(shù)會(huì)議等）論文15篇；翻譯《低電壓系統(tǒng)防雷保護(hù)》（Dr.PeterHasse）。
　　
　　在有關(guān)低壓電源系統(tǒng)SPD的選用標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)*級(jí)SPD要求采用IEC61543-1規(guī)定的Ⅰ級(jí)試驗(yàn)，而雷電流的分流基準(zhǔn)采取防雷系統(tǒng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)水平的雷電總電流。對(duì)此爭(zhēng)論很大。我就這個(gè)問題談一些看法。
　　
　　爭(zhēng)論的焦點(diǎn)在于Ⅰ級(jí)試驗(yàn)的電流波形（10/350μs）的波尾長(zhǎng)度較傳統(tǒng)的試驗(yàn)電流波形（8/20μs）長(zhǎng)得多，而且對(duì)避雷器/電涌保護(hù)器的放電電流要求較高壓避雷器的電流（標(biāo)稱放電電流通常為5，10kA，8/20μs）大得多。這兩方面與國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)防雷和避雷器幾十年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)不符，從概率上講也低得驚人。自然界是否有如此長(zhǎng)的雷電流波形？分流到建筑物內(nèi)的*級(jí)SPD有幾十kA之大嗎？
　　
　　1自然界是否有如此長(zhǎng)的雷電流波形？
　　
　　*，雷電流試驗(yàn)波形，并不是天上打下來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(xiàn)的概率幾乎是零（微分概率）。根據(jù)GB50057-94的附錄（引自IEC1312-1），雷擊電流的參量為：波形10/350μs，幅值Ⅰ對(duì)應(yīng)一類、二類、三類防雷建筑為200、150、100kA，電荷量對(duì)應(yīng)為100、75、50庫(kù)。并注曰：因?yàn)槿侩姾闪縌s本質(zhì)部分包含在雷擊中，故所規(guī)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，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(zhǎng)。從單個(gè)雷電流的波尾長(zhǎng)度（半峰值）看，大于200μs的概率＜5%，大于350μs的概率更小。按國(guó)外雷電觀測(cè)，70%的雷閃包括（沿同一先導(dǎo)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(xiàn)象可稱之為多重雷擊，已為國(guó)外研究者注意，對(duì)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(yàn)研究，因?yàn)橛行┍芾灼鞯膿p壞用短波形得不到解釋。如果從雷閃電荷的統(tǒng)計(jì)特性看，利用IEC1312所附雷電流參數(shù)概率曲線，考慮10%為正極性，90%為負(fù)極性，查閱正、負(fù)兩條雷閃電荷曲線，得到大于10、75、50庫(kù)相應(yīng)的累積概率為4.45%，10.25%（兩種極性綜合），說明多重雷擊是有一定可能性的。從我國(guó)運(yùn)行實(shí)際看，電信部門發(fā)現(xiàn)了標(biāo)稱放電電流40-60kA（8/20μs）的低壓避雷器在雷擊下?lián)p壞，超出了電力部門避雷器常規(guī)標(biāo)稱放電電流10kA（特別是20kA），顯現(xiàn)了2-6重雷擊的蹤跡。
　　
　　現(xiàn)在的問題是：是否可能常有17重雷擊之多的雷閃？我覺得可能將來考慮少一點(diǎn)的雷擊重?cái)?shù)，例如5-6重，波尾100μs左右是比較妥當(dāng)?shù)模纬?-100μs波形。但是現(xiàn)在，有鑒于IECTC81，TC64，TC37A等都采納了10/350μs波形，而我國(guó)還沒有提出波形問題的正式的、系統(tǒng)的意見，更沒有得到IEC受理我國(guó)的意見，我們?cè)谥朴啒?biāo)準(zhǔn)時(shí)只能先從原則上接受這種波形，但是在招行中更謹(jǐn)慎、更仔細(xì)地選擇各種情況的通流容量。
　　
　　2雷電流分流下來以后，避雷器是否會(huì)有很大的雷電流？
　　
　　有些國(guó)外資料將zui大的雷電流幅值200kA、長(zhǎng)波10/350μs、單相系統(tǒng)分流下來，要求每個(gè)模塊50-100kA的通流容量，達(dá)到驚人的地步。其實(shí)按照標(biāo)準(zhǔn)所列的分流原則，考慮接地裝置和各種接地管道分流，信號(hào)線、電源線分流，電源三相系統(tǒng)相線和中線的分流，以及變壓器中性點(diǎn)接地電阻的分流和線路屏蔽的阻塞/分流作用，到每個(gè)相的模塊不過幾個(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(xì)算”，盡量控制通流容量的要求。
　　
　　310/350μs波形對(duì)避雷器選擇究竟有多大影響？
　　
　　10/350μs波形只用于SPD的Ⅰ級(jí)試驗(yàn)，而在Ⅰ級(jí)試驗(yàn)，而在Ⅰ級(jí)試驗(yàn)中也不僅僅是10/350μs一種波形。Ⅰ級(jí)試驗(yàn)中首先是預(yù)備試驗(yàn)，用8/20μs波形的標(biāo)稱放電電流沖擊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(zé)務(wù)試驗(yàn)，而且只要2次沖擊。這說明是一種極限通流試驗(yàn)，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(biāo)準(zhǔn)中也是有的。而標(biāo)稱放電電流就反映大概率的雷擊情況。標(biāo)稱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(biāo)稱放電電流都要考慮，往往是極限放電電流控制了產(chǎn)品選擇。看似所選極限放電電流很大，其實(shí)標(biāo)稱放電電流不大。后者zui多是前者的二分之一。
　　
　　4至于為什么用8/20μs檢驗(yàn)、標(biāo)稱放電電流不大的避雷器在電力系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)很滿意，是很值研究的問題，本人現(xiàn)在還不大清楚。但是我認(rèn)為要做深入分析，分析高壓系統(tǒng)和低壓系統(tǒng)各自的過電壓/電涌保護(hù)條件，不能簡(jiǎn)單地做比較。例如高壓系統(tǒng)的避雷器是在變電站里，通常都有很長(zhǎng)一段進(jìn)線保護(hù)，站內(nèi)的接閃器多為獨(dú)立避雷針，使直擊—反擊幾無可能，而長(zhǎng)線的波阻抗限制了避雷器的電流，避雷器正是這樣的選的。又例如裝在線路上的線路型避雷器，在確定其通流容量時(shí)考慮了架空線絕緣子、空氣間隙多處擊穿分流，結(jié)果流過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(tǒng)避雷器故障率的具體數(shù)據(jù)也不了解。建議進(jìn)一步研究分析。
　　
　　5在試驗(yàn)中，10/350μs波形是在沖擊電流發(fā)生器短路是調(diào)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，IEC61643-1只要求在10ms內(nèi)電荷量滿足要求而不論波形如何了。這也說明10/350μs的電荷累積意義。
　　
　　6在分析低壓系統(tǒng)電涌保護(hù)問題時(shí)，不能在任何情況下都用10/350μs波形。只有在級(jí)間能量配合時(shí)用長(zhǎng)波10/350μs，而在過電壓分析時(shí)還應(yīng)采用8/20μs波形。

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