雷電放電可能發(fā)生在云層之間或云層內(nèi)部,或云層對地之間;另外許多大容量電氣設(shè)備的使用帶來的內(nèi)部浪涌,對供電系統(tǒng)(中國低壓供電系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn):AC 50Hz 220/380V)和用電設(shè)備的影響以及防雷和防浪涌的保護(hù),已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。
云層與地之間的雷擊放電,由一次或若干次單獨(dú)的閃電組成,每次閃電都攜帶若干幅值很高、持續(xù)時(shí)間很短的電流。一個(gè)典型的雷電放電將包括二次或三次的閃電,每次閃電之間大約相隔二十分之一秒的時(shí)間。大多數(shù)閃電電流在10,000至100,000安培的范圍之間降落,其持續(xù)時(shí)間一般小于100微秒。
供電系統(tǒng)內(nèi)部由于大容量設(shè)備和變頻設(shè)備等的使用,帶來日益嚴(yán)重的內(nèi)部浪涌問題。我們將其歸結(jié)為瞬態(tài)過電壓(TVS)的影響。任何用電設(shè)備都存在供電電源電壓的允許范圍。有時(shí)即便是很窄的過電壓沖擊也會造成設(shè)備的電源或全部損壞。瞬態(tài)過電壓(TVS)破壞作用就是這樣。特別是對一些敏感的微電子設(shè)備,有時(shí)很小的浪涌沖擊就可能造成致命的損壞。
供電系統(tǒng)浪涌的影響
供電系統(tǒng)浪涌的來源分為外部(雷電原因)和內(nèi)部(電氣設(shè)備啟停和故障等)。
雷擊對地閃電可能以兩種途徑作用在低壓供電系統(tǒng)上:
?。?)直接雷擊:雷電放電直接擊中電力系統(tǒng)的部件,注入很大的脈沖電流。發(fā)生的概率相對較低。
?。?)間接雷擊:雷電放電擊中設(shè)備附近的大地,在電力線上感應(yīng)中等程度的電流和電壓。
內(nèi)部浪涌發(fā)生的原因同供電系統(tǒng)內(nèi)部的設(shè)備啟停和供電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的故障有關(guān):
供電系統(tǒng)內(nèi)部由于大功率設(shè)備的啟停、線路故障、投切動作和變頻設(shè)備的運(yùn)行等原因,都會帶來內(nèi)部浪涌,給用電設(shè)備帶來不利影響。特別是計(jì)算機(jī)、通訊等微電子設(shè)備帶來致命的沖擊。即便是沒有造成永久的設(shè)備損壞,但系統(tǒng)運(yùn)行的異常和停頓都會帶來很嚴(yán)重的后果。比如核電站、醫(yī)療系統(tǒng)、大型工廠自動化系統(tǒng)、證券交易系統(tǒng)、電信局用交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)樞紐等。
直接雷擊是最嚴(yán)重的事件,尤其是如果雷擊擊中靠近用戶進(jìn)線口架空輸電線。在發(fā)生這些事件時(shí),架空輸電線電壓將上升到幾十萬伏特,通常引起絕緣閃絡(luò)。雷電電流在電力線上傳輸?shù)木嚯x為一公里或更遠(yuǎn),在雷擊點(diǎn)附近的峰值電流可達(dá)100kA或以上。在用戶進(jìn)線口處低壓線路的電流每相可達(dá)到5kA到10kA。在雷電活動頻繁的區(qū)域,電力設(shè)施每年可能有好幾次遭受雷電直擊事件引起嚴(yán)重雷電電流。而對于采用地下電力電纜供電或在雷電活動不頻繁的地區(qū),上述事件是很少發(fā)生的。
間接雷擊和內(nèi)部浪涌發(fā)生的概率較高,絕大部分的用電設(shè)備損壞與其有關(guān)。所以電源防浪涌的重點(diǎn)是對這部分浪涌能量的吸收和抑制。
供電系統(tǒng)的浪涌保護(hù)
對于低壓供電系統(tǒng),浪涌引起的瞬態(tài)過電壓(TVS)保護(hù),最好采用分級保護(hù)的方式來完成。從供電系統(tǒng)的入口(比如大廈的總配電房)開始逐步進(jìn)行浪涌能量的吸收,對瞬態(tài)過電壓進(jìn)行分階段抑制。
[第一道防線] 應(yīng)是連接在用戶供電系統(tǒng)入口進(jìn)線各相和大地之間的大容量電源防浪涌保護(hù)器。一般要求該級電源保護(hù)器具備100KA/相以上的最大沖擊容量,要求的限制電壓應(yīng)小于2800V。我們稱為CLASS I 級電源防浪涌保護(hù)器 (簡稱SPD))。 這些電源防浪涌保護(hù)器是專為承受雷電和感應(yīng)雷擊的大電流和高能量浪涌能量吸收而設(shè)計(jì)的,可將大量的浪涌電流分流到大地。它們僅提供限制電壓(沖擊電流流過SPD時(shí),線路上出現(xiàn)的最大電壓成為限制電壓)為中等級別的保護(hù),因?yàn)镃LASS I 級的保護(hù)器主要是對大浪涌電流的吸收。僅靠它們是不能完全保護(hù)供電系統(tǒng)內(nèi)部的敏感用電設(shè)備。
[第二道防線] 應(yīng)該是安裝在向重要或敏感用電設(shè)備供電的分路配電設(shè)備處的電源防浪涌保護(hù)器。這些SPD對于通過了用戶供電入口浪涌放電器的剩余浪涌能量進(jìn)行更完善的吸收,對于瞬態(tài)過電壓具有極好的抑制作用。該處使用的電源防浪涌保護(hù)器要求的最大沖擊容量為40KA/相以上,要求的限制電壓應(yīng)小于2000V。我們稱為CLASS II 級電源防浪涌保護(hù)器。一般的用戶供電系統(tǒng)作到第二級保護(hù)就可以達(dá)到用電設(shè)備運(yùn)行的要求了。
[最后的防線] 可在用電設(shè)備內(nèi)部電源部分使用一個(gè)內(nèi)置式的電源防浪涌保護(hù)器,以達(dá)到完全消除微小瞬態(tài)的瞬態(tài)過電壓的目的。該處使用的電源防浪涌保護(hù)器要求的最大沖擊容量為20KA/相或更低一些,要求的限制電壓應(yīng)小于1800V。對于一些特別重要或特別敏感的電子設(shè)備,具備第三級的保護(hù)是必要的。同時(shí)也可以保護(hù)用電設(shè)備免受系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓影響。