韓成 馬峰超
摘 要:信號(hào)綜合樓對(duì)鐵路正常運(yùn)行至關(guān)重要,而感應(yīng)雷則會(huì)對(duì)其內(nèi)部的低壓供電系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響,需設(shè)計(jì)有效的SPD設(shè)置方案,對(duì)信號(hào)樓進(jìn)行雷擊電磁脈沖防護(hù)。本文結(jié)合相關(guān)國家及鐵路行業(yè)相關(guān)規(guī)范,通過對(duì)SPD的工作原理、設(shè)備特點(diǎn)、主要參數(shù)等進(jìn)行研究分析,總結(jié)出合理可行的信號(hào)樓低壓配電系統(tǒng)SPD安裝位置及使用型號(hào)。
關(guān)鍵詞:信號(hào)樓;防雷;浪涌保護(hù)器
中圖分類號(hào):TU895 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
鐵路信號(hào)綜合樓內(nèi)與行車相關(guān)的重要設(shè)備較多,通信信號(hào)等設(shè)備的供電安全和正常運(yùn)轉(zhuǎn)直接關(guān)系到鐵路的運(yùn)營安全。在實(shí)際工況中,雷擊電磁脈沖往往是以導(dǎo)線傳播和輻射傳播同時(shí)發(fā)生的方式,引起對(duì)低壓供電系統(tǒng)和弱電系統(tǒng)的危害。進(jìn)入建筑物內(nèi)部防雷區(qū)的線路防雷擊電磁脈沖主要通過設(shè)置浪涌保護(hù)器(SPD)加以控制,通常設(shè)置在各防雷保護(hù)區(qū)的交界面處。
1 浪涌保護(hù)器工作原理
浪涌保護(hù)器(SPD)是一種用于限制瞬時(shí)過電壓和泄放電涌電流的電器,它至少包括一個(gè)非線性的元件,利用放電間隙、氣體放電管或壓敏電阻的相關(guān)特征,通過把瞬時(shí)的過電流導(dǎo)入大地對(duì)過電壓進(jìn)行限制,系統(tǒng)端的電壓與限制器上的電壓相等,并同限制器導(dǎo)通后的殘余電壓相等。浪涌保護(hù)器工作原理如圖1所示。
2 浪涌保護(hù)器分類
浪涌保護(hù)器(SPD)分為電壓開關(guān)型和限壓型兩種。
2.1電壓開關(guān)型SPD
(1)當(dāng)沒有過電壓(無電流流過)時(shí),它具有高阻抗特性。當(dāng)有過電壓時(shí),阻抗在100ns內(nèi)迅速降到0.1Ω~1Ω。
(2)電壓保護(hù)水平Up:當(dāng)釋放沖擊電流到地面時(shí),由接線端子之間的電涌保護(hù)器給定的電壓。它直接由變阻器和火花間隙產(chǎn)生,不可超過連接在下級(jí)設(shè)備的耐受電壓值。
(3)沖擊電流Iimp:測試該器件一般采用10/350μs的模擬雷電。
(4) 通常將其安裝于相關(guān)建筑物的LPZ0與LPZl交界位置,以便盡可能多地消除電網(wǎng)后續(xù)電流,從而對(duì)10/350μs的雷電沖擊電流進(jìn)行疏解。
電壓開關(guān)型浪涌保護(hù)器工作原理如圖2所示。
2.2 限壓型SPD
(1)在沒有浪涌情況下處在高阻狀態(tài),在浪涌電流和浪涌電壓增大時(shí),它的阻抗會(huì)持續(xù)減小。
(2)殘壓比較低,一般采用8/20μs的模擬雷電來測試該器件。
(3)通常安裝于雷電保護(hù)區(qū)建筑物內(nèi),常用于II級(jí)或II級(jí)以下的操作過電壓保護(hù)及雷電過電壓保護(hù)。用于對(duì)8/20μs雷電沖擊電流進(jìn)行疏導(dǎo),存在逐級(jí)限制雷電過電壓的重要保護(hù)作用。
其工作原理如圖3所示。
3 浪涌保護(hù)器主要參數(shù)
(1)Uc—最大持續(xù)運(yùn)行電壓,即直流電壓或交流電壓有效值,亦即不斷加于浪涌保護(hù)器后特性發(fā)生變化或不被激活的電壓峰值。
(2)In—標(biāo)稱放電電流,可耐受波形為8/20μs電流波的最高值,并耐受多次(按要求規(guī)定)而不會(huì)受到損壞,這個(gè)指標(biāo)主要反映了浪涌保護(hù)器分級(jí)上。
(3)Imax—最大放電電流,即通過電流的能力,可耐受波形為8/20μs的浪涌最大值一次,也可以說是破壞性試驗(yàn),最大放電電流是標(biāo)稱放電電流的兩倍。
(4)Iimp—沖擊放電電流,可耐受波形為 10/350μs的最大電流值試驗(yàn),可體現(xiàn)耐受直擊雷水平,自到達(dá)峰值開始,波形為10/350μs的電流波較波形為8/20μs的電流波含有的能量大很多,沖擊放電電流為Ⅰ級(jí)分類試驗(yàn)項(xiàng)目,但最大放電電流屬于Ⅱ級(jí)分類試驗(yàn)項(xiàng)目。
(5)Up—電壓保護(hù)器能力,屬于體現(xiàn)浪涌保護(hù)器限制接線端子間電壓性能的重要參數(shù),可以將端子間電壓限制在小于其值的范圍內(nèi)。
4 浪涌保護(hù)器的選型及安裝位置
4.1 低壓線路總配電箱的SPD選型
根據(jù)有關(guān)防雷設(shè)計(jì)規(guī)范及鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),有如下規(guī)定:
(1)應(yīng)在低壓電源線路進(jìn)線處的總配電箱、配電柜處裝設(shè)通過Ⅰ級(jí)分類試驗(yàn)驗(yàn)證的SPD,它的電壓保護(hù)水平值應(yīng)不大于2.5 kV。
(2)每一個(gè)保護(hù)模式下的雷電沖擊電流值,若無法確定,應(yīng)按照不小于12.5 kA取值。
(3)如果有低壓線路從設(shè)置變電所的建筑物內(nèi)引出,并敷設(shè)至其他設(shè)有獨(dú)立接地裝置的設(shè)備時(shí),應(yīng)在變電所的低壓母線上裝設(shè)通過Ⅰ級(jí)分類試驗(yàn)驗(yàn)證的SPD,SPD每一個(gè)保護(hù)模式的沖擊電流值,若無法確定,應(yīng)按照不小于12.5 kA取值。
(4)如果沒有低壓線路從設(shè)置變電所的建筑物內(nèi)引出,應(yīng)在母線上裝設(shè)通過Ⅱ級(jí)分類試驗(yàn)的SPD,其每一保護(hù)模式下的In值,應(yīng)按照不小于5 kA取值,SPD的電壓保護(hù)水平值應(yīng)不大于2.5 kV。
4.2 Up的選擇
(1)根據(jù)GB50057—2010 《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》6.4.6條,SPD的有效電壓保護(hù)水平, 應(yīng)符合下列規(guī)定:
限壓型SPD:
Up/f=Up+ΔU (1)
開關(guān)型SPD,應(yīng)取下列公式中的較大者:
Up/f=Up或Up/f=ΔU (2)
式中:Up/f為SPD的有效電壓保護(hù)水平(kV);ΔU為SPD兩端引線的感應(yīng)電壓,戶外線路引入建筑物按照1kV/m,其后的按照ΔU=0.2Up。
可選用有較小電壓保護(hù)水平值的SPD,從而可以取得較小的SPD有效電壓保護(hù)水平。
(2)配電設(shè)備耐沖擊過電壓類別、額定值及電源SPD裝設(shè)位置詳見表1。
電源線路浪涌保護(hù)器在各個(gè)位置安裝時(shí),浪涌保護(hù)器的連接導(dǎo)線應(yīng)短直,其總長度不宜大于0.5m。有效保護(hù)水平Up/f應(yīng)小于設(shè)備耐受沖擊電壓額定值Uw。
4.3 Iimp 、In值的選擇
由表3中數(shù)據(jù)可得,TN系統(tǒng)中Uc不應(yīng)小于1.15U0 (253V)。
4.5 信號(hào)綜合樓SPD設(shè)置方案
通過以上研究分析,信號(hào)樓內(nèi)SPD安裝位置及型號(hào)為:
(1)在總照明配電箱處可以安裝Iimp≥12.5kA(10/350μs波形)的開關(guān)型SPD;也可以安裝In≥50kA(8/20μs波形)的限壓型浪涌保護(hù)器作為一級(jí)防護(hù),有效電壓保護(hù)水平小于或等于2.5kV,最大持續(xù)運(yùn)行電壓大于或等于253V。
(2)在樓層分配電箱安裝標(biāo)稱放電電流In≥10kA(8/20μs波形)的限壓型SPD作為二級(jí)防護(hù),有效電壓保護(hù)水平不大于2.5kV,最大持續(xù)運(yùn)行電壓不小于253V。
(3)在通信、信號(hào)配電箱處安裝標(biāo)稱放電電流In≥5kA(8/20μs波形)的限壓型SPD,有效電壓保護(hù)水平不大于2.5kV。
(4)在通信、信號(hào)等電子系統(tǒng)的引入端弱電箱內(nèi)裝設(shè)的浪涌保護(hù)器由系統(tǒng)供應(yīng)商負(fù)責(zé)提供。
結(jié)論
信號(hào)綜合樓作為鐵路正常運(yùn)行的重要保障,預(yù)防雷擊危害極其重要。本文根據(jù)國家及鐵路相關(guān)規(guī)程、規(guī)范,并結(jié)合鐵路行業(yè)的特點(diǎn),對(duì)信號(hào)樓低壓配電系統(tǒng)中SPD的使用進(jìn)行了分析和總結(jié),對(duì)實(shí)際工程的防雷設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)作用。
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