配電線路異常電壓的保護研究

莊　棟

（國網(wǎng)山東省電力公司濟南市長清區(qū)供電公司，山東 濟南 250300）

配電線路異常電壓的保護研究

莊棟

（國網(wǎng)山東省電力公司濟南市長清區(qū)供電公司，山東 濟南 250300）

配電線路異常電壓情況包括：架空與地下線路發(fā)生短路、接地及斷線引起的異常電壓（含電壓驟降）變化情形；配電線路異常電壓發(fā)生前、后之暫態(tài)現(xiàn)象以及其對使用電容器、變壓器、電動機及電子設(shè)備等的影響。本文介紹了防止電器燒毀的防制方法，以及提供異常電壓保護設(shè)備的詳細說明。希望通過相關(guān)可行的措施與建議可以給用戶安全用電帶來幫助。

配電線路；異常電壓；保護研究

近年來，配電線路因斷線（欠相）引起異常電壓、用戶中性線接觸不良或遭受外力破壞，以致電壓發(fā)生浮動現(xiàn)象，造成用戶之設(shè)備損壞事故，時有所聞。目前用戶使用電子設(shè)備等用電產(chǎn)品大幅增加，對于接地設(shè)備與系統(tǒng)的好壞更加敏感，于配電線路斷線事故發(fā)生后，產(chǎn)生各種不同形式的異常電壓，多半與用戶電器設(shè)備燒毀相關(guān)。

本研究有必要針對市面上電視家電、電腦照明等電器設(shè)備的耐突波與過電壓的能力進行了解。幫助用戶了解常見的保護手段和裝置，幫助用戶選用性能較優(yōu)的電磁開關(guān)來有效降低因過電壓或電壓復(fù)動所造成的電器燒毀事故。

1.異常電壓保護方式

配電線路因事故引起異常電壓以致電壓發(fā)生浮動現(xiàn)象，造成用戶的設(shè)備損壞事故，因此需靠保護配電線路的電壓變動進而保護電壓表避免燒損。因基本動作的不同分為過電壓檢出與不足電壓檢出的欠電壓兩種。

1.1過電壓

當電壓超過設(shè)定值時接點動作，一般過電壓的電壓設(shè)定值設(shè)定在正常電壓值之的1.1p.u。

1.2欠電壓

當電壓低于設(shè)定值動作的電壓，主要用途為當電壓過低時隔離的保護，一般電壓設(shè)定值為正常電壓值的0.9p.u。

由于無法完全避免異常電壓事故發(fā)生，當短路事故發(fā)生時，唯有靠保護正確與快速動作，使故障區(qū)域隔離降低設(shè)備損害程度。過電流也急速透過比流器檢出電路短路或過負載引起的過電流，再依電流值之大小而動作的保護電驛，當故障電流愈大時，保護動作時間愈快，過電流電驛中有瞬時要素及限時要素兩種動作要素。瞬時要素為檢出額定容量之500%～1500%時動作，具有短時間時限特性；限時要素具有電流值大時動作快的反時限特性。當電流大于額定值1.1p.u即開始計時，一旦過電流持續(xù)時間超過繼電器；動作時間則繼電器動作。

2.常見的異常電壓保護設(shè)備

2.1無熔絲開關(guān)

無熔絲開關(guān)主要作用在于防止電路過載及短路。一般家庭普通使用的開關(guān)有閘刀開關(guān)、無熔絲開關(guān)、漏電斷路器等。閘刀開關(guān)配置有保險絲，當住戶使用過多的電器時，保險絲便會熔斷而斷電，以免屋內(nèi)電線超載而發(fā)火，造成火災(zāi)，因此當發(fā)生保險絲熔斷要更換保險絲時，要注意保險絲的容量，不可任意加大，甚至以銅線替代。無熔絲開關(guān)優(yōu)點是省去保險絲，同時不必因過載跳電而須每次更換保險絲的麻煩，并可重復(fù)使用，如有故障損壞，住戶可自行裝設(shè)。

無熔絲開關(guān)的極數(shù)有1P（極）、2P及3P三種，一般選用無熔絲開關(guān)是以標示中的額定容量（額定電流）為主。在控制系統(tǒng)中的中地線，不可單獨使用無熔絲開關(guān)。連接無熔絲開關(guān)電路的導(dǎo)線安全電流不可小于無熔絲開關(guān)安全電流的額定容量。無熔絲開關(guān)的作動原理可分為熱動式、熱動電磁式及完全電磁式等3種：

（1）熱動式：當負載電流超過額定電流時，雙金屬片因膨脹系數(shù)的不同，呈現(xiàn)彎曲現(xiàn)象。進而觸動額定元件，打開接點，中斷電源的供給。因雙金屬片遇熱彎曲是累積熱的結(jié)果，所以不適用于瞬間啟斷的短路保護，只能做過載保護用。

（2）熱動電磁式：使用雙金屬片遇熱彎曲的特性，做過載保護，原理同熱動式；另以電磁場吸持的方式做短路保護，當線路短路時，因線路瞬時產(chǎn)生大電流，磁場大可迅速吸引可動鐵心，以觸動額定元件，將負載電流切斷，達到短路保護的目的。

（3）完全電磁式：是以電生磁動的方式同時做過載及短路保護。在過載時，電流線圈產(chǎn)生的磁場尚不足以吸持可動鐵片。但卻能夠克服油管內(nèi)的彈簧及油的阻尼作用，緩慢吸引油管內(nèi)的可動鐵心，使可動鐵心漸漸往電流線圈的中心移動，造成磁路磁阻減少，磁場逐漸加強，直至有足夠磁力吸引可動鐵片，觸動額定元件，啟斷負載電流。至于短路時，因短路電流極大，線圈磁場大。因此不用等油管內(nèi)的可動鐵心移入中心位置，即具有足夠的磁力直接吸引可動鐵片，觸動額定元件，啟斷負載電流。

2.2突波吸收器

目前常用之電路保護元件，如保險絲或是無熔絲開關(guān)的反應(yīng)時間約在2毫秒（ms）之內(nèi)，但突波的產(chǎn)生卻是以微秒（ms）的時間來計算，兩者相差1000倍以上，在來不及反應(yīng)的情況下，突波所產(chǎn)生的能量就已損害電器產(chǎn)品。

一般家電產(chǎn)品內(nèi)部只有簡易的電源濾波器，對于防突波能力相當差。而市面上的突波保護器價格又相當昂貴，一般用戶沒辦法負擔。目前以UPS、突波吸收器、防突波延長線較被廣泛使用。

2.3突波保護器

突波保護器（Surge protection Device）是電子設(shè)備雷電防護中不可缺少的一種裝置，過去常稱為“避雷器”或“過電壓保護器”英文簡寫為SPD。突波保護器的作用可避免設(shè)備或系統(tǒng)因瞬間突來的過電壓損壞。

70%以上無法解釋的電腦和電子設(shè)備故障皆因雷擊和突波所造成，雷擊所感應(yīng)的電壓突波由直接雷擊點傳送，范圍可涵蓋1km區(qū)域，造成相當大的破壞。SPD可避免設(shè)備或系統(tǒng)因瞬間突來的過電壓損壞。防雷擊強度高，具有高容量吸收能力。主要可分為以下3種類型：

（1）限壓型SPD：無突波時為高阻抗，隨著突波電流和電壓的增加，阻抗連續(xù)變小。通常采用壓敏電阻、抑制二極體（TVSS）類SPD的組件。漏電流小，反應(yīng)速度快，殘壓低。

（2）電壓開關(guān)型SPD（間隙放電器）：無突波出現(xiàn)時為高阻抗，當出現(xiàn)突波電壓時突變?yōu)榈妥杩?。通常采用放電間隙、充氣放電管類SPD的組件。放電能力強。

（3）組合型SPD：由電壓開關(guān)型組件和限壓型組件組合而成。綜合限壓型組件反應(yīng)快及電壓開關(guān)型組件放電能力強的特點。

2.4電磁開關(guān)

電磁開關(guān)（簡稱MS）是由開閉電流的電磁接觸器（contactor）和保護負載的熱動過電流繼電器（Thermal overload繼電器）組合而成。交流電磁開關(guān)利用主接點來開閉電路，用輔助接點來導(dǎo)通控制迴路。主接點一般只有常開接點，而輔助接點常有兩對具有常開和常閉功能的接點，小型的電磁開關(guān)也經(jīng)常作為中間繼電器配合主電路使用。交流電磁開關(guān)的接點，由銀鎢合金制成，具有良好的導(dǎo)電性和耐高溫燒蝕性?？煽焖偾袛嘟涣髋c直流主回路和可頻繁地接通與大電流控制電路的裝置，因此經(jīng)常運用于電動機作為控制對象，也可用作控制工廠設(shè)備、電熱器和各種電力機組等電力負載，并作為遠距離控制裝置。電磁開關(guān)具有可高頻率的做電源開啟與切斷控制，最高操作頻率可達每小時1200次。而電磁開關(guān)使用壽命很高，機械壽命通常為數(shù)百萬次至一千萬次，電流壽命一般則為數(shù)十萬次至數(shù)百萬次。

交流電磁開關(guān)的動作動力來源于交流電磁鐵，電磁鐵由兩個山字形的幼硅鋼片疊成，其中一個固定，在上面套上線圈，工作電壓有多種供選擇。為了使磁力穩(wěn)定，鐵芯的吸合面，加上短路環(huán)。交流電磁開關(guān)在失電后，依靠彈簧復(fù)位。另一半是活動鐵芯，構(gòu)造和固定鐵芯一樣，用以帶動主接點和輔助接點的開關(guān)。電磁開關(guān)的工作原理可分為以下3種。

（1）直熱式：即電流直接通過雙金屬片，利用雙金屬片受熱會彎曲的特性，推動絕緣板來啟閉接點。

（2）間熱式：即電流通過電熱絲時，其產(chǎn)生的熱量致使旁邊的雙金屬片受熱彎曲，推動絕緣板來啟閉接點。

（3）混合式：即電流通過電熱絲及雙金屬片，兩者同時產(chǎn)生的熱量使雙金屬片受熱彎曲，推動絕緣板來啟閉接點。

結(jié)語

線路欠相事故會造成過電壓、以及過電流、雷擊突波，皆會對用戶端設(shè)備造成嚴重的影響，因此用電安全保護裝置對于用戶端來說是必要的，能有效減少用戶設(shè)備損壞。

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