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工业企业和民用建筑过电压的危害及防范

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-01-03  来源:中国建筑电气网
 工业企业和民用建筑过电压的危害及防范

龚 炳 林

中盐江西兰太化工有限公司 (江西新干  331302)

摘 要:本文就盐化工业企业和民用建筑的配电线路的过电压现象及危害进行了分析,提出了防范过电压危害的实用措施。

关键词:工业企业;电源过电压;产生形式;浪涌保护

前言

盐化工业企业和民用建筑中,使用的电源大多是10KV以下的三相或单相电源,一般是供电部门引来的10KV高压电源,通过用户的配电变压器或供电部门的公用变压器变为0.4/0.23KV的低压三相四线制供电电源,输送给用户作为照明和动力电源。正常情况下,这个三相四线制的电源电压值是比较稳定的,能确保各类负荷的正常工作。然而,当电力系统出现故障(如出现短路、中性线断开、操作过电压等)或遭受雷击等天灾时,其电压值将变得不稳定,或严重偏离各类用电设备的要求范围,造成过电压或低电压。当用电设备长时间处于过电压状态下工作时,将遭受电击等损害,造成设备的绝缘受损,直到烧毁设备。

1过电压形式

据不完全统计,盐化工业企业及民用建筑电气设备遭受过电压危害一般是由供电线路上的过电压引起的。实践证明,供电线路上的过电压主要有电网线路故障及操作产生的过电压和雷击过电压两种。这两种过电压都是通过供电线路侵入电气设备的。本文结合故障现象,参照有关的标准,分析电源线路上的过电压产生形式,提出了防护措施,并简要介绍一体化浪涌保护器产品的特点。

1.1 纵向过电压

纵向过电压(以低压三相四线制线路为例)是指三根相线和一根中性线对地线的过电压。雷击电磁脉冲在并行布设的电源线(相线和中性线)上会同时对地感应出过电压,因此,在电路上纵向过电压也常被认为是一种共模过电压。这种共模过电压具有产生几率大,危害较小的特点。产生几率大主要因为输电线在变压器低压端的相、零线都是架空、远距离传输的,容易被雷电流感应,在相线和零线上产生对地的过电压。由于地线与设备外壳直接相连,故纵向过电压直接加在电源的输入端与外壳之间。当过电压高出设备所承受过电压能力(绝缘耐压水平)时,有可能击穿电气设备的绝缘层,损坏电气设备。如电气设备内部电路与外壳有直接电气连接(如数字式接地方式),则纵向过电压可能直接进入设备的内部器件。这样,危害更大。如图1所示。

1.2 横向过电压

横向过电压是指由于某种原因,使平衡电路的线间或不平衡电路的线与地之间出现的超过容许值的电压,这种过电压也称为差模电压。如图2所示。

横向过电压主要由雷击和电网故障及操作引起的,当在下列情况时,雷击可引起横向过电压。

 A.每根线对地的阻坑不一致,一般情况下,中性线与地为低阻抗(这与低压配电系统的接地制式有关,如我国用的TN制式)。因此,相线与中性线之间可能有较高的横向过电压。

 B.当纵向过电压保护器的动作不一致时,每根线间都会引起较高的横向过电压。我国国标GB7450-87《电子设备雷击保护导则》中有明确说明。

因相线与中性线的阻抗一般不等,并且过电压保护器的响应时间也不一样,故雷击时常常会引起相线和中性线的横向过电压产生。

电网故障及操作过电压是指电源线路短路、断线及电源开关(特别是负载较大的电源开关)和大功率设备动作时引起的横向过电压。此电压的高低主要由短路及断线点后及开关后的负载大小来决定。空调等都可能引起较高的、对设备有害的过电压。单相电源(一般设备多为单相供电)开关动作时会引起相线与中性线的过电压。通常,相线与相线之间的横向过电压产生几率较小。

横向过电压的危害较大,一般的弱电子设备都是单相供电,其电源输入电路基本上是两种形式,而计算机等设备大都采用开关电源,应特别注意这种横向过电压对计算机的危害,否则,计算机就容易被过电压而损坏。当然,一般的电子式的电气设备,在关机或长期不使用时,必须将其电源开关断开,或将电源插头与插座分开。这样,雷电或其它形式的过电压就不会对电气设备形成危害。

2 横向过电压的危害

 

2(a)中是有变压器的电路,这是传统的电源电路。图2 (b)是经滤波后直接进入整流电路的电路,这就是计算机等设备常用的开关电源电路。如果过电压产生在相线和保护地线之间(VLE纵向过电压),一般情况下,VLE不会直接进入整流以后的电路,VLE必须先击穿变压器和设备的绝缘层才能进入整流后的电路,而变压器和设备的绝缘层耐压能力是较高的。因此,VLE必须足够高才能损坏设备;如果过电压产生在相线和中性线之间(VLN横向过电压),从图2(a)可看出,VLN可经变压器直接进入整流电路。从图2(b)可看出,VLN就直接进入了整流电路。由此可见,VLN只要超出整流电路中电子元件的最大工作电压或后续电路中电子元件的最大工作电压,设备就将会被损坏。然而,电子元件的最大工作电压一般都是比较低的。所以,相线与中性线之间的横向过电压的危害比纵向过电压大,相线与相线之间的横向过电压大多数只对三相供电的设备有害,而三相供电设备大都是能承受较高过电压的,如电动机等。因此,相线与相线之间的横向过电压的危害比相线和中性线之间的横向过电压相对小得多。

2过电压防范措施

2.1减少电网故障及操作过电压

    电网中的短路与断线及操作过电压,大多数情况下与人们的维护与管理有一定的关系。因此,加强电网的维护与管理,注意做好电气设备与线路的检测与保养,及时消除故障隐患,把故障消灭在萌芽状态;另外,严格执行操作规程,一切按规范办事,并注意对实际操作的分析与总结,善于摸索和总结维护与操作的技巧和规律,寻找出最佳操作时机与操作方法,将误操作机率降至最低。这样,就能减少人为原因形成的过电压。

2.2做好纵向保护 

纵向过电压的防护主要是在电源线进入设备前,每根线对地之间安装过电压保护器(SPD)及避雷器,尤其以浪涌的过电压保护器为好。我们依赖这些过电压保护器,可以将过电压抑制在设备能承受的安全范围内(弱电电子产品一般在700V,8/20ns)。当然,安装过电压保护器的前提是配电系统或用电部位的接地装置必须完好。长期以来,人们都用普通钢材来接地装置,这样很容易受到污染而产生腐蚀。要一改过去这种普通钢材来接地装置的传统做法,除在环境条件好的地域采用普通钢材做接地装置外,对一些有腐蚀状态的环境,最好是采用不锈钢、全铜做接地材料。然而,近年来推出的铜覆钢接地材料,既有钢的强度,又有铜的良好导电牲,是一种较好的接地材料。如果接地装置未做好,或维护不当,再好的保护器也无能为力,过电压现象的危害是难以消除的。

2.3不忘横向保护

在线与线之间安装过电压保护器,将过电压抑止在设备能承受的安全范围内。值得注意的是,人们对横向过电压考虑甚少(延续着原来有变压器的电源电路),在对计算机等弱电设备进行过电压保护时,忽视横向保护。如:对单相电源的保护停留在相线和中性线对地之间安装两个保护模块,没有横向保护,存在较大雷击隐患。因此,对一些电子式的电气设备,必须高度重视在线与线之间安装过电压保护器,将它列为过电压保护的重要方面。

3结束语

综上所述,在过电压形式中,纵向过电压产生几率大,对设备有较大的危害;横向过电压产生几率相对较小,对设备的危害更大。消除过电压危害的有效办法是加强管理,消除人为因素引起的过电压;同时,安装适当的浪涌式过电压保护器或避雷器,并且保持良好状态的接地装置,真正做到共模模式与差模模式全保护,把过电压现象的危害抑制在电气设备能承受的安全范围内,使电力更好地为盐化工业企业和民用建筑服务。

龚炳林(1963— )男,江西省新干县人,大学文化,工程师;现为中盐江西兰太化工有限公司主任工程师;主要从事为电气及自动化设备技术工作。   

 

 
 
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