防雷文本文档 - 简版

panpanky
楼主
2008-03-21 00:13:17
1、假如已经安装了避雷针,还需要电涌防护器吗?
  还需要。避雷针是不能替代电涌防护器的。避雷针把直击雷产生的大部分有害能量从建筑物外分流入地,从而可以避免建筑物起火或爆炸。但是雷击可以产生巨大的磁场,并在电源线和数据线上产生强大的过电压。这就是所谓感应现象。如果这时已经安装了高质量的电涌防护器,建筑物内的敏感电气设备就可以受到保护。但是如果安装了低质量的电涌防护器或没有安装,设备仍会被毁坏。这种实例很多,这里不再一一列举。 
2、电源线保护器(SPD)与数据线保护器(DLP)有何区别?仅安装一种是否可以起到防护作用?
  电涌不仅会通过电源线,还会通过数据线损坏设备。任何与电源连接的电气设备均会被通过电源线的电涌损坏。与调制解调器或计算机网络连接的设备,同样需要数据线电涌防护器来防止电涌的破坏。 
3、如何选择电涌防护器的型号和安装位置?
  最大的电涌产生在建筑物外,由雷电和电力公司切换负载所致,这种感应电涌可沿电力线传输,进入建筑物内。因此,应在建筑物入口处安装电涌防护器。单一的MCG电涌防护器,安装在建筑物电力入口处,将保护整个建筑内的电气设备免受这些来自外部电涌的损坏。MCG的电涌防护器有不同的型号,如何正确的选用电涌防护器的型号,基本有三点,供参考:
  1、可根据变压器的大小:通常,变压器的KVA越大,该电力线经受的电涌会越大。如果变压器的容量在750KVA以上,使用一个chinaspdT较为合适。
  2、是否处于高雷区:中国的主要城市,如北京、上海、广州都被认为处在高雷区。在高雷区中,如果建筑物本身不高并处在低海拔区,则受雷击的可能性远低于山顶部的高建筑。中国有记录的最大雷击放电超过140kA。因此,高雷区的建筑入口处的配电盘至少应安装一个160kA的电涌防护器;低海拔区或受直击雷可能性较小的地区,可安装125kA或更小的电涌防护器。 
  3、可根据被保护设备的价值和被保护设备需要连续在线工作的重要性:越是贵重的设备,越需要可靠的保护装置。在高雷区,即使是一台设备,倘若它非常关键、价值很高,采用一台防护终端来保护它,也是值得的。美国有统计表明:银行由于设备网络故障,每小时的停机就造成几百万美元的经济损失。我国银行计算机网络故障停机是经常性的,50%的故障停机可归结为电涌的干扰。14)如果在建筑物入口处安装了电涌防护器,在建筑物内部,是否还需要安装其他的电涌防护器? 
在建筑物主配电盘的入口处,一台型号合适、安装合理的MCG电涌防护器可安全地保护建筑物内部所有的设备,包括雷电在内的免受建筑物外产生的电涌的干扰。但是,80%的电涌来自建筑物内,如升降机的马达、空调机、激光打印机、复印机等;为处理这些由内部大型设备造成的这些电涌,建议在给被保护设备供电的分支配电盘或本地配电盘处安装浪涌保护器。
4、如果在建筑物入口处安装了电涌防护器,在建筑物内部是否还需要安装其他的电涌防护器?
  在建筑物主配电盘的入口处,一台型号合适、安装合理的电涌防护器可安全地保护建筑物内部所有的设备,包括雷电在内的免受建筑物外产生的电涌的干扰。但是,80%的电涌来自建筑物内,如升降机的马达、空调机、激光打印机、复印机等;为处理这些由内部大型设备造成的这些电涌,建议在给被保护设备供电的分支配电盘或本地配电盘处安装CHINASPD80或CHINASPD40。 
5、在恶劣的电源条件下,压敏电阻能长期保持有效吗?
  在以往的应用中,跨接在电源线上的压敏电阻器出现过起火燃烧,危机临近其它元器件的事故。对此,制造者和使用者共同进行了大量研究和分析工作,采取了相应的对策,极大地降低了这类事故的概率,但尚未杜绝,因此,压敏电阻的使用安全性仍是个值得重视、需要继续研究解决的课题。压敏电阻起火燃烧的表观现象,大体上可分为老化失效和暂态过电压破坏两种类型:
  ①老化失效,这是指电阻体的低阻线性化逐步加剧,漏电流恶性增加且集中流入薄弱点,薄弱点材料融化,形成1kΩ左右的短路孔后,电源继续推动一个较大的电流灌入短路点,形成高热而起火。这种事故通常可以通过一个与压敏电阻串联的热熔接点来避免。热熔接点应与电阻体有良好的热耦合,当最大冲击电流流过时不会断开,但当温度超过电阻体上限工作温度时即断开。研究结果表明, 若压敏电阻存在着制造缺陷,易发生早期失效, 强度不大的电冲击的多次作用,也会加速老化过程,使老化失效提早出现。
  ②暂态过电压破坏,这是指较强的暂态过电压使电阻体穿孔,导致更大的电流而高热起火。整个过程在较短时间内发生,以至电阻体上设置的热熔接点来不及熔断。在三相电源保护中,N-PE线之间的压敏电阻器烧坏起火的事故概率较高,多数是属于这一种情况。相应的对策集中在压敏电阻损坏后不起火。
6、电涌防护器的反应时间?
  有一种观点认为,压敏电阻和其它各种过电压保护器件的响应时间是个重要的指标,希望越小越好,并以它来判断器件的优劣,这是一种误解。
  1998年和2000年先后发表的凉粉关于电涌保护器的重要国际技术标准,IEC61643-1和IEC61643-21都没有提及响应时间。2000年发表的IEEE标准C62.62第7.12条款对此作了明确的说明:"SPD对冲击电压波前的响应特性,依赖于侵入波的上升速率、冲击源阻抗、保护器件内部电抗的作用,以及抑制元件内部导电机理所决定的响应特性。换句话说, 对波前的响应,除了受抑制元件响应速度的影响外,更多地受包括连结线阻抗在内的试验线路状态的制约。此外,在规定条件下测得的相应电压的峰值,对冲击保护目的而言,才是具有头等重要意义的特征。因此,对于本标准所述器件的典型应用而言,对波前的响应,被认为是一个可能引起误导的且没有必要的技术要求。因此,在没有特殊要求的情况下,对波前响应不规定技术要求,也不进行试验、测量、计算或认证。"
  美国GE公司实际测量了压敏电阻抑制冲击电压的过程,得出的结论是压敏电阻在不到1ns的时间内即对冲击电压发生抑制作用,其原因是因为压敏电阻的导电机理与其它半导体器件相类似,所以本质上是很快的,即使在ns范围内页看不到明显的响应滞后。在实用中,引线和连结线的电感,完全抹杀了压敏电阻的快速响应。 
7、如果有了UPS,是否还需要电涌防护器?
  UPS的作用是对供电系统突然停电或电压不足提供支持,在突然断电时,UPS保护电气和电子系统、处理控制器和数据免受部分或全部的损坏。有些UPS带有低能的电涌抑制器。这种内置的低能电涌抑制器只能用来保护和UPS相连的负载免受数量有限的弱电涌的袭击,因此,不能作为专门的解决电涌问题的方案。更重要的是:有研究表明UPS设备中的敏感电气控制线路极易受到电涌的破坏。而这些线路经常是监视UPS的状态以及UPS的交流电源的输入、输出状态的。1884年成立的电气与电子工程师协会(IEEE),是世界最大的技术专业团体,曾十分关注UPS可能受到破坏,并在IEEE标准1100-1992中专门采用了一章9.11.3:UPS电涌防护。其中指出:雷电和其它产生瞬态电压的现象,对大部分UPS设备和敏感的电气负载设备是有害的。因此,建议UPS的整流器输入系统和辅助的UPS旁路系统(包括人工保养的旁路系统)都应加装IEEEC62.41-1991标准中规定的有效的电涌防护装置。
8、压敏电阻如何串联和配对?
  压敏电阻可以很简单地串联使用。将两只电阻体直径相同(通流量相同)的压敏电阻串联后,漆压敏电压、持续工作电压和限制电压相加,而通流量指标不变。例如在高压电力避雷器中,要求持续工作电压高达数千伏,数万伏,就是将多个ZnO压敏电阻阀片迭和起来(串联)而得到的。
压敏电阻可以并联,目的是获得更大的通流量,或者在冲击电流峰值一定的条件下减小电阻体中的电流密度,以降低限制电压。
  当要求获得极大的通流量[ 例如8/20,(50~200)KA ],且压敏电压又比较低(例如低于200V)时,电阻体的直径 / 厚度比太大,在制造技术上有困难,且随着电阻体直径的加大,电阻体的微观均匀性变差,因此通流量不可能随电阻体面积成比例地增大。这是用较小直径的电阻片并联可能是个更合理的方法。 
由于高非线性,压敏电阻片的并联需要特别小心谨慎,只有经过仔细配对,参数相同的电阻片相并联,才能保证电流在各电阻片之间均匀分配。针对这种需求,本公司专门为用户提供配对的电阻片。
此外,纵向连结的几个压敏电阻器,使用经过配对的参数一致的压敏电阻器后,当冲击侵入时,出现在横向的电压差可以很小。在这种情况下,配对也是有意义的。
9、压敏电阻如何与气体放电器件的串联和并联?
  压敏电阻可以与气体放电管、空气隙、微放电间隙等气体放电器件相串联(图10.5a),这个串联组合的正常工作要满足两个基本条件:①、系统电压上限值应低于气体放电器件G的直流击穿电压;②、G点火后在系统电压上限值下,压敏电阻MY中的电流应小于G的电弧维持电流,以保证G的熄弧。
这种串联组合具有电容量小,工作频率高;漏电流极小安全性好;以及不存在压敏电阻MY在系统电压下老化的问题,因而可靠性高等优点,但同时也有气体放电器件相应慢所引起的"让通电压"问题。 
压敏电阻也可与气体放电管并联,以降低气体放电管的冲击点火电压。
10、压敏电阻如何再线检测?
  安装在重要场合的压敏电阻器,一般每年检测一次,对于防雷保护用器件,安排在雷雨季节前进行检测,发现劣化的器件及时更换。这样做的目的有两个,一是保证重要系统的正常工作,二是为研究和提高压敏电阻的可靠性提供信息。更好的做法是在压敏电阻的使用现场安装专用纪录仪,记录运行过程中压敏电阻实际承受的冲击电流。 
11、设备一定需要"三级"保护吗?
  假如你只是采用过时的技术,你就一定需要"三级"保护;要是采用MCG的防护技术,就不一定需要。所有的敏感电气设备的运行都是在严格的电压范围内进行的。超过1kV的高速过电压,对电气设备都非常危险。任何雷电防护措施的目的,都是要把过电压限制在1kV以下。单用一个MCG电涌防护器,就可做到这点。而一些较老旧的技术必须使用三级才能把过电压限制到1kV以下。在主张三级系统的一个主要制造商的一份手册中,用下面这样一个表说明他的系统是如何工作的:
第一级 第二级 第三级
  把 6kV限制到 4kV 把 4kV限制到 2.5kV 把 2.5kV限制到 1.5kV
  换句话讲,"三级"系统中所使用的这种技术,不能在单级中的将过电压钳制到安全的范围内。即使是使用了三级,他们也只能将过电压钳制到1.5kV。一个正确安装的单一的MCG电涌防护器,可以负荷 6kV的过电压并将通过电压降低到1kV以下,不需其他附加级。
12、市场上的组合技术电涌防护器(或称作双保险设计)是指什么? 
  组合技术产品是指通过将几种技术方法结合在一起使用,从而达到一种通过单一技术所不能取得的效果。目前在电涌防护器市场上常见的两种组合技术产品分别是: 
a) 硒光电池加压敏电阻 
  采用这种组合技术的厂商宣称硒光电池可以进一步降低钳制电压,但这仅仅是一种市场宣传手段,因为所有超过1000安的电涌基本上是通过压敏电阻分流掉的。有些厂家宣称硒光电池可使MOV 停止退降,试验没有证实这种说法
b) 压敏电阻加雪崩二极管 
  和硒光电池一样,雪崩二极管处理电涌的能力十分有限。当电涌很大时,只有压敏电阻才真正起到作用。10,000只雪崩二级管处理电涌的能力仅相当于一只40mm压敏电阻的处理能力。由于这些组合技术所能起到的保护作用微乎其微,所以MCG的电源线电涌防护器从来不采用它。
接地基本概念 《接地的概念》章长东 
为了正确地进行接地工作,首先必须明确“地”和“接地”的概念以及有关的主要名词术语,并了解接地在防止人身遭受电击、减少财产损失和保证电力系统正常运行中的作用。
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一、“地”和“接地”的概念
1.地
  (1)电气地 大地是一个电阻非常低、电容量非常大的物体,拥有吸收无限电荷的能力,而且在吸收大量电荷后仍能保持电位不变,因此适合作为电气系统中的参考电位体。这种“地”是“电气地”,并不等干“地理地”,但却包含在“地理地”之中。“电气地”的范围随着大地结构的组成和大地与带电体接触的情况而定。
  (2)地电位 与大地紧密接触并形成电气接触的一个或一组导电体称为接地极,通常采用圆钢或角钢,也可采用铜棒或铜板。图 1示出圆钢接地极。当流入地中的电流I通过接地极向大地作半球形散开时,由于这半球形的球面,在距接地极越近的地方越小,越远的地方越大,所以在距接地极越近的地方电阻越大,而在距接地极越远的地方电阻越小。试验证明:在距单根接地极或碰地处 20m 以外的地方,呈半球形的球面已经很大,实际已没有什么电阻存在,不再有什么电压降。换句话说,该处的电位已近于零。这电位等于零的“电气地”称为”地电位”。若接地极不是单根而为多根组成时,屏蔽系数增大,上述 20m 的距离可能会增大。图 1中的流散区是指电流通过接地极向大地流散时产生明显电位梯度的土壤范围。地电位是指流散区以外的土壤区域。在接地极分布很密的地方,很难存在电位等于零的电气地。 (3)逻辑地 电子设备中各级电路电流的传输、信息转换要求有一个参考的电位,这个电位还可防止外界电磁场信号的侵入,常称这个电位为“逻辑地”。这个“地”不一定是“地理地”,可能是电子设备的金属机壳、底座、印刷电路板上的地线或建筑物内的总接地端子、接地干线等;逻辑地可与大地接触,也可不接触,而“电气地”必须与大地接触。
  2.接地
  将电力系统或电气装置的某一部分经接地线连接到接地极称为“接地”。“电气装置”是一定空间中若干相互连接的电气设备的组合。“电气设备”是发电、变电、输电、配电或用电的任何设备,例如电机、变压器、电器、测量仪表、保护装置、布线材料等。电力系统中接地的一点一般是中性点,也可能是相线上某一点。电气装置的接地部分则为外露导电部分。“外露导电部分”为电气装置中能被触及的导电部分,它在正常时不带电,但在故障情况下可能带电,一般指金属外壳。有时为了安全保护的需要,将装置外导电部分与接地线相连进行接地。“装置外导电部分”也可称为外部导电部分,不属于电气装置,一般是水、暖、煤气、空调的金属管道以及建筑物的金属结构。外部导电部分可能引入电位,一般是地电位。接地线是连接到接地极的导线。接地装置是接地极与接地线的总称。  超过额定电流的任何电流称为过电流。在正常情况下的不同电位点间,由于阻抗可忽略不计的故障产生的过电流称为短路电流,例如相线和中性线间产生金属性短路所产生的电流称为单相短路电流。由绝缘损坏而产生的电流称为故障电流,流入大地的故障电流称为接地故障电流。当电气设备的外壳接地,且其绝缘损坏,相线与金属外壳接触时称为“碰壳”,所产生的电流称为“碰壳电流”。
  3.接触电压
在图2 中,当电气装置M绝缘损坏碰壳短路时,流经接地极的短路电流为 Id 。如接地极的接地电阻力 Rd ,则在接地极处产生的对地电压 Ud = Id·Rd ,通常称 Ud为故障电压,相应的电位分布曲线为图 2 中的曲线 C 。一般情况下,接地线的阻抗可不计,则M上所呈现的电位即为 Ud 。当人在流散区内时,由曲线 C 可知人所处的地电位为 Uφ 。此时如人接触M,由接触所产生的故障电压 Ut = Ud -Uφ 。人站立在地上,而一只脚的鞋、袜和地面电阻为 Rp,当人接触M时.两只脚为并联,其综合电阻为 Rp/2 。在 Ut的作用下,Rp/2 与人体电阻RB串联,则流经人体的电流 IB = Uf/(RB+Rp/2),人体所承受的电压 Ut = IB·RB = Uf ·RB/(RB+Rp/2)。这种当电气装置绝缘损坏时,触及电气装置的手和触及地面的双脚之间所出现的接触电压Ut与M和接地极间的距离有关。由图 2 可见,当 M 越靠近接地极,Uφ 越大,则 Uf 越小,相应地 Ut 也越小。当人在流散区范围以外,则 Uφ = 0,此时 Uf = Ud,Ut = Ud·RB/(RB+Rp /2),Ut为最大值。由于在流散区内人所站立的位置与 Uφ 有关,通常以站立在离电气装置水平方向 0.8m 和手接触电气装置垂直方向 1.8m 的条件计算接触电压。如电气装置在流散区以外,计算接触电压 Ut 时就不必考虑上述水平和垂直距离。
  4.跨步电压
  人行走在流散区内,由图 2 的曲线 C 可见,一只脚的电位为 Uφ1 ,另一只脚的电位为 Uφ2 ,则由于跨步所产生的故障电压 Uk = Uφ1 - Uφ2 。在Uk 的作用下,人体电流 IB从人体的一只脚的电阻 Rp ,流过人体电阻 RB ,再流经另一只脚的电阻 Rp ,则人体电流 IB = Uk/(RB十2Rp)。此时人体所承受的电压 Ut = IB·RB = Uk·RB/(RB+2p) 。这种当电气装置绝缘损坏时,在流散区内跨步的条件下,人体所承受的电压 Uk为跨步电压。一般人的步距约为 0.8m,因此跨步电压 Uk以地面上 0.8m 水平距离间的电位差为条件来计算。由图 2 可见,当人越靠近接地极,Uφ1 越大。当一只脚在接地极上时 Uφ1 = Ud ,此时跨步所产生的故障电压 Uk为最大值,即图 2 中的 Ukm,相应地跨步电压值也是最大值。反之,人越远离接地极,则跨步电压越小。当人在流散区以外时,Uφ1 和 U φ2 都等于零,则 Uk = 0 ,不再呈现跨步电压。
  5.流散电阻、接地电阻和冲击接地电阻
接地极的对地电压与经接地极流入地中的接地电流之比,称为流散电阻。  电气设备接地部分的对地电压与接地电流之比,称为接地装置的接地电阻,即等于接地线的电阻与流散电阻之和。一般因为接地线的电阻甚小,可以略去不计,因此,可认为接地电阻等于流散电阻。  为了降低接地电阻,往往用多根的单一接地极以金属体并联连接而组成复合接地极或接地极组。由于各处单一接地极埋置的距离往往等于单一接地极长度而远小于40m,此时,电流流入各单一接地极时,将受到相互的限制,而妨碍电流的流散。换句话说,即等于增加各单一接地极的电阻。这种影响电流流散的现象,称为屏蔽作用,如图 3所示。
  由于屏蔽作用,接地极组的流散电阻,并不等于各单一接地极流散电阻的并联值。此时,接地极组的流散电阻
Rd = Rd1/(n·η)   (1)
式中:Rd1──单一接地极的流散电阻   n ──单一接地极的根数   η ──接地极的利用系数,它与接地极的形状、单一接地极的根数和位置有关
以上所谈的接地电阻,系指在低频、电流密度不大的情况下测得的,或用稳态公式计算得出的电阻值。这与雷击时引入雷电流用的接地装置的工作状态是大不相同的。由于雷电流是个非常强大的冲击波,其幅度往往大到几万甚至几十万安的数值。这样,使流过接地装置的电流密度增大,并受到由于电流冲击特性而产生电感的影响,此时接地电阻称为冲击接地电阻,也可简称冲击电阻.  由于流过接地装置电流密度的增大,以致土壤中的气隙、接地极与土壤间的气层等处发生火花放电现象,这就使土壤的电阻率变小和土壤与接地极间的接触面积增大。结果,相当于加大接地极的尺寸,降低了冲击电阻值。  长度较长的带形接地装置,由干电感的作用,当超过一定长度时,冲击电阻不再减少,这个极限长度称为有效长度、土壤电阻率越小,雷电流波头越短,则有效长度越短。  由于各种因素的影响,引入雷电流时接地装置的冲击电阻,乃是时间的函数。接地装置中雷电流增长至幅值IM的时间,是滞后于接地装置的电位达到其最大值 UM 的时间的。但在工程中已知冲击电流的幅值IM和冲击电阻 Rds的条件下,计算冲击电流通过接地极流散时的冲击电压幅值 UM = IM·Rds 。由于实际上电位与电流的最大值发生于不同时间,所以这样计算的幅值常常比实际出现的幅值大一些,是偏于安全的,因此在实际中还是适用的。