電涌保護(hù)器(SPD)是取代低壓避雷器的理想保護(hù)器

黎日輝

摘要：文中根據(jù)作者結(jié)合工程實例，對電子表經(jīng)常在雷雨季節(jié)燒毀進(jìn)行了分析總結(jié)，并提出了一些相關(guān)問題及改善措施，供大家參考。

關(guān)鍵詞：電力線路;雷電入侵;低壓避雷器;電涌保護(hù)器

中圖分類號：TU857

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：2095-6487（2019）01-0081-03

0引言

根據(jù)南方電網(wǎng)“十三五”營銷技改與電能計量規(guī)劃，在十三五期間，全網(wǎng)實現(xiàn)對直供直管區(qū)域內(nèi)所有用戶的“全覆蓋、全采集、全費控”。低壓用戶集中抄表系統(tǒng)是將計算機(jī)系統(tǒng)、現(xiàn)代電子、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)綜合運用的自動化系統(tǒng)，集中抄表系統(tǒng)通過對就地居民用戶計量表計數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠、完整、及時采集和進(jìn)行統(tǒng)計分析，可以有效、全面地反映低壓用戶電量使用情況及分析配變的線損，為電力營銷服務(wù)提供可靠技術(shù)保證。

1故障現(xiàn)象及原因

為實現(xiàn)這一目標(biāo)，鶴山市供電局已將全市內(nèi)25萬低壓用電戶的電表更換為智能電子表，隨著大量的電子表投入運行，減輕了抄表人員的工作量，但同時在雷雨季節(jié)，據(jù)供電局營銷中心反映，在雷擊多發(fā)區(qū)很多智能電子表出現(xiàn)下線，不能讀數(shù)的現(xiàn)象，經(jīng)查大部分電子表有燒毀現(xiàn)象。經(jīng)過現(xiàn)場查勘及分析，出現(xiàn)燒壞電子表的臺區(qū)都沒有安裝低壓避雷器或安裝舊式的金屬氧化物避雷器，不能很好的阻止電浪涌雷擊。

電力線路是雷電流侵入電子設(shè)備的重要渠道，其表現(xiàn)方式主要為雷電過電壓，由于電力系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備或構(gòu)筑物遭受來自大氣中的雷擊或雷電感應(yīng)而引起的過電壓。雷電過電壓產(chǎn)生的雷電沖擊波，其電壓幅值可高達(dá)1億伏，對電子表而言，一旦遭受雷電流入侵，低耐壓水平的電子表很輕易被擊壞。所以，對雷電波侵入的防護(hù)應(yīng)予足夠的重視，要解決電浪涌雷擊，必須采用電涌保護(hù)技術(shù)。

2技術(shù)分析

2.1建議380V的線路使用220V的避雷器

經(jīng)檢查，上述出現(xiàn)電子表燒壞的臺區(qū)的變壓器低壓側(cè)上用的避雷器是二次避雷器YHW-0.5/2.6，建議380V的線路使用220V的避雷器。上面提到當(dāng)發(fā)生雷電流入侵時產(chǎn)生雷電過電壓，即會提高線路的電壓。YHW-0.5/2.6避雷器殘壓水平是2600V，如果雷電壓在2000V以下的話，此時避雷器未達(dá)到泄壓水平，產(chǎn)生的雷電壓就要會直接施壓于低壓設(shè)備，如設(shè)備耐壓水平過低的話就會發(fā)生燒毀。220V避雷器正常對地運行的電壓分別是220V，最高運行電壓為280V，泄壓為1000V;而380V避雷器正常對地運行的電壓分別是420V，最高的運行電壓是456V，泄壓為2000V。無論是220V或380V的電器設(shè)備，當(dāng)雷電壓達(dá)到3000V時是不會損壞的，但當(dāng)雷電壓為2000V時對于變壓器及電器設(shè)備為220V的電子產(chǎn)品是極端危險的，所以泄壓水平選擇泄壓水平1000V要比泄壓水平2000V好得多，因為380V的避雷器不能釋放2000V以下的過電壓。所以應(yīng)該選擇220V的避雷器。

2.2低壓避雷器不宜繼續(xù)投入使用

現(xiàn)安裝的舊式的金屬氧化物避雷器保護(hù)特性差，通流能力低，不宜繼續(xù)投入使用。

首先，由于氧化鋅閥片制造工藝水平落后，熱穩(wěn)定性差，為滿足額定電壓和持續(xù)運行電壓的要求以及為降低運行中自爆率的考慮，將用于220V、380V的低壓避雷器直流1mA參考電壓值定得相當(dāng)高，U1mA分別為不小于0.6kV和1.2kV。高的U1mA導(dǎo)致高的雷電沖擊電流殘壓分別為1.3kV和2.6kV，而實際運行表明，通過正、反變換引起的過電壓會使變壓器絕緣破壞。低壓避雷器的保護(hù)特性差，致沖擊絕緣耐受電壓較低的電器裝置得不到可靠的保護(hù)。

其次，因受制于落后的制造工藝水平和被保護(hù)對象的重要性（含經(jīng)濟(jì)價值）相對較低以及當(dāng)時的使用環(huán)境考慮，220V、380V低壓避雷器的通流能力定為：標(biāo)稱放電電流In（8/20μs）1.5kA，最大放電電流Imax（8/20μs）5kA，長持續(xù)時間沖擊電流耐受方波2000μs50A。隨著供用電的發(fā)展，當(dāng)前配電變壓器已有相當(dāng)數(shù)量置于室內(nèi)或箱式變電站中，電器設(shè)備置于有外部防雷裝置（避雷針）保護(hù)的建筑物內(nèi)，鑒于被保護(hù)設(shè)備所置環(huán)境的改變，雷電入侵、傳輸通道的電流分配也隨著變化，使分配于每相低壓避雷器的通流能力要求幾乎成10倍的增加。令低壓避雷器不可能承受如此之大電流而損壞、失效，低壓避雷器原定低的通流能力，已是自身難保，進(jìn)一步提高對通流能力的要求，更使得電器設(shè)備得不到可靠的保護(hù)。

由上可見，低壓避雷器保護(hù)特性差，通流能力低與實際應(yīng)達(dá)到的參數(shù)要求差距甚大。當(dāng)前，需保護(hù)的對象對保護(hù)器的性能提出了更嚴(yán)、更高的要求，據(jù)此，按現(xiàn)行低壓避雷器參數(shù)生產(chǎn)的低壓避雷器不宜繼續(xù)投入使用。

2.3電涌保護(hù)器（SPD）的技術(shù)要點

電涌保護(hù)器（SPD）是在電路中吸收、消耗或轉(zhuǎn)換電涌電流能量，從而限制和吸收瞬態(tài)電壓，是一種新型的防雷擊電磁脈沖保護(hù)器。SPD在正常的情況下處于高電阻狀態(tài)，保證電源正常供電;當(dāng)電網(wǎng)因雷擊或操作過電壓原因?qū)е码娏€路出現(xiàn)電涌過電壓時，SPD立即在納秒級的時間內(nèi)迅速導(dǎo)通，將該電涌電流能量引入大地，從而保護(hù)了電網(wǎng)上的用電設(shè)備。待該電涌過電壓通過SPD且消失后，SPD迅速恢復(fù)為高電阻狀態(tài)，從而不影響電網(wǎng)的正常供電。適用于交流50Hz，額定電壓220V/400V的配電系統(tǒng)和直流110V、220V系統(tǒng)的電涌保護(hù)。

電涌保護(hù)器（SPD）是采用氧化物壓敏電阻芯片，比低壓避雷器響應(yīng)快，防雷效果好等特點。在電力線路正常運行狀態(tài)下，SPD對地呈開路狀態(tài)，對系統(tǒng)及用電設(shè)備的正常運行沒有任何影響。當(dāng)電力線路受雷電沖擊波侵入而形成瞬間過壓時，SPD在短時間內(nèi)迅速對地導(dǎo)通，將雷電流泄放入大地，過電壓被控制在用電設(shè)備可以承受的安全電壓范圍內(nèi)，使被保護(hù)的電子設(shè)備及其他用電設(shè)備免遭高壓浪涌的沖擊，確保安全。當(dāng)雷電流過后，SPD又迅速恢復(fù)高阻狀態(tài)，電力系統(tǒng)恢復(fù)正常輸電，從而使設(shè)備正常運行。

2.4低壓避雷器與電涌保護(hù)器（SPD）性能比較

低壓避雷器與電涌保護(hù)器（SPD）性能比較見表1。

由表1可以看出，SPD通流能力高：標(biāo)稱放電電流或最大放電電流，可選從5kA起至數(shù)十千安，遠(yuǎn)比220、380V低壓避雷器通流能力高。SPD殘壓低：a）Uc385的SPD在1.5kA下的殘壓1.0kV遠(yuǎn)低于380V低壓避雷器在能1.5kA下的殘壓2.6kV。b）Uc385的SpD在5kA下的殘壓≤1.2kV也比用于220V的低壓避雷器在1.5kA下的殘壓1.3kV低。c）Uc275的SPD在1.5kA下殘壓只有0.8kV，3.0kA下殘壓也只有1.0kV。

據(jù)上所述，選用SPD的In可從低壓避雷器In=1.5kA，提高至5kA或10kA，讓SPD進(jìn)入標(biāo)稱放電電流5kA、10kA等級行列。選用Uc385的SPD可取代380V、220V低壓避雷器。當(dāng)選用Uc385、275的SPD當(dāng)電流為1.5kV時殘壓分別為小于1.0kV和0.8kV，對絕緣耐受不低于1000V的電器裝置均具有保護(hù)功能，特別是Uc275的SPD具有良好的保護(hù)特性。

SPD分電壓開關(guān)型和電壓限制型：電壓開關(guān)型即沒有電涌時呈高阻抗，有電涌電壓時能立即轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥杩沟腟PD。應(yīng)用于第一級保護(hù)，即電力系統(tǒng)的站用變壓器低壓側(cè)至交流配電屏之間。電壓限制型即沒有電涌時具有高的阻抗，隨著電涌電流和電壓的上升，其阻抗將連續(xù)地減小的SPD。常用的非性元件為金屬氧化物壓敏電阻和瞬態(tài)抑制二極管。應(yīng)用于第二、第三、第四級保護(hù)。SPD的安裝位置及選型如下表2所示。

3實際應(yīng)用

為避免電子表在雷雨季節(jié)時燒毀造成電表損壞、人力浪費、電量損失，經(jīng)過全市調(diào)查和統(tǒng)計分析，我們選擇發(fā)生雷擊次數(shù)較多的宅梧鎮(zhèn)、雙合鎮(zhèn)的30個農(nóng)村臺區(qū)。這30個臺區(qū)共安裝了1633只電子表，在2016年共被雷擊毀的電子表為59只，比例為3.6%。為此，在2017年雷雨季節(jié)來臨前我們試點安裝了45個低壓側(cè)電源電涌保護(hù)器，對臺區(qū)的總表及用戶電子表進(jìn)行保護(hù)，經(jīng)過近一年的投入運行，未有發(fā)生電子表因雷擊而燒毀現(xiàn)象，效果明顯。這里需特別注意的是在安裝接地網(wǎng)時要將高、低壓地網(wǎng)獨立分開，地線接地電阻≤4Ω，因為當(dāng)雷擊時高壓線路側(cè)高壓避雷器對地泄入雷電流時會產(chǎn)生很高的殘壓，此殘壓對低壓端的SPD造成很高的電位差，這個電位差嚴(yán)重時會損壞低壓SPD。

4結(jié)束語

雷電災(zāi)難被聯(lián)合國確定為世界最嚴(yán)重的十大自然災(zāi)難之一。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展，人類進(jìn)入了電子時代，電網(wǎng)公司加大農(nóng)村電網(wǎng)改造，更新?lián)Q代大量計量準(zhǔn)確、防竊電、功耗低等優(yōu)點的智能電子表，電子設(shè)備對雷電流入侵特別敏感，因而對防雷這一課題也提出了更高的要求。實踐證實，安裝性能良好的電涌保護(hù)器作為防雷系統(tǒng)可以防患于未然，成為現(xiàn)代配網(wǎng)建設(shè)不可缺少的安全保障。

參考文獻(xiàn)

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