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关键词:低压配电;浪涌保护器;线间压降;等电位连接;探讨
1引言
平时我们都很重视综合防雷方案的合理性、科学性,注重防雷器材的质量安全,可是往往没有把好现场施工的施工质量,因为现场情况千变万化,难以按技术规范标准上的理论去控制质量。这里通过相关计算分析低压配电系统中浪涌保护器(以下简称SPD)不正确安装所存在的安全隐患,并结合实际提出技术改良措施并给出前后级合理搭配的依据和方法。
2 SPD引线方法
2.1 SPD两端的电压分析。如设备前安装了相应的SPD,则设备AB点之间的压降UAB=UP+UL1+ UL2其中:UP为SPD电压保护水平,UL1为上连接导线的压降,UL2为下接地线的压降。
假设是一个第二类建筑物,从室外引入水管、电力线、信息线。电力线为TN-C-N,在入口界面装设3片SPD,L1+L2=1m,1m长的多股铜导线其电感约为1uH,UP=4KV,线路无屏蔽。根据GB50057-94(2000版)《建筑物防雷设计规范》(以下简称GB50057)第6.4.7条计算UAB=UP+L*di/dt=4+8.4×1=12.4KV。GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》(以下简称GB50343)规定:SPD的连接导线应平直且长度不宜大于0.5m,那么取L1+L2=0.5m时,UAB=8.2KV。
显然,UAB电压过高就失去对设备的保护作用。SPD的引线是影响设备两端电压的一个重要因子,所以GB50057要求:为使电涌电压足够低,SPD两端的引线应做到最短。做到这点是SPD安装的重要环节。
2.2改进的引线方法。常规SPD引线做法:配电系统的接地干线连接到接地排,然后从接地排连接线到SPD接地端,设备外壳接地直接利用接地排或PE线接地。常规的引线方法遇到实际中的特殊情况时,要做到引线尽可能短降低SPD两端的电压,往往做不到,因此,要采用改进的方法。试作以下探讨。
2.2.1并接线方法。利用做法:改引入配电箱(屏)内的接地干线直接连接到SPD下端,然后从SPD下端连接到配电箱内接地排,设备外壳接地直接利用接地排或PE线接地。这样对设备来说,其等电位点为配电箱SPD的接地端(下端),下连接线L2等于零,UL2也等于零。这种方法解决了接地排离SPD距离过远,无法实现引线小于0.5的技术要求。同样原理利用引线方法,实现了上引线等于零,UL1也等于零,减少了对要保护设备的冲击。
2.2.2V形引线法。如引线方法,其实就是两种方法的组合。这种方法等于上下引线长度都是零了,UAB=UP,但并不是所有系统都适合这种方法,根据实际采用。
2.2.3多级并接法。实际施工中多级并接法进行,原理这里不多说了。
2.2.4就近接地法。对于金属配电箱,可把SPD的下引线直接就近接在箱体上,再接地干线和接地排就近跟箱体可靠电气贯通。箱体是板状而不是线状的,具有良好的低电感特性,保证了SPD下端的低电位,降低SPD两端的电压。
2.2.5进出线绑扎法。当缩短引线有难处时,把SPD的进线L1和出线L2用电胶布一起扎紧,以抵消感应。电流流过导线,导线存在电感,从而在导线周围会产生磁场,磁场具有方向性,电流进去(L1)出来(L2)会产生互相相反的磁场,两个磁场靠近时会互相抵消。所以L1和L2绑扎在一起就会抵消由此产生的压降了,达到降低SPD两端电压的目的。
3在低压配电系统中SPD的安装位置
3.1连排系统中SPD的安装位置。如SPD要对1、2、3线路的保护,首选方法是把SPD安装在SPD1的位置,对所有的电气设备具有同等的保护水平。但受空间限制时,可在连排系统中安装,如装在SPD2的位置,成排导线比总线(SPD1处的导线)具有更低的感抗,图中SPD2处只有总线1/3的感抗,可是SPD2的引线除了CB间长度的外还有BA段,这是我们要注意的关键:不能忽视SPD的引线长度。 3.2多级SPD的安装位置。根据GB50057规定,开关型电源SPD与限压型SPD之间的距离不大于10m,两个限压型SPD之间的距离大于5m,但这在实际施工中往往会不重视。2级都是限压型的SPD,现利用行波理论计算前后级的有效距离,我们知道波在电缆中的传播速度为V=1.5×108m/s,限压元件的响应时间为25ns,那么两级间的有效距离为:S=V * T=(1.5×108m/s)×(25×109s)=3.75m。如果前级是开关型SPD,放电间隙的动作响应时间T为100ns,那么,波在这个时间差(100-25)ns内向前行进的距离S为:S=V * T=(1.5×108m/s)×(75×10109s)=11.25m。
根据上面的计算,限压型SPD之间的线路长度不小于5m则是合适的,开关型SPD与限压型SPD之间的线路长度不小于10m取得偏小,根据限压型SPD之间计算有效距离是3.75m,而取值5m的比例,开关型SPD与限压型SPD之间的线路长度应不小于15m。SPD安装级间距离达不到GB50057这一要求就要在位置加装退藕装置。
3.3SPD级间退藕电感的确定。在实际的工程中,有时很难保证SPD之间的距离,经常采用集中电感来等效这个距离。作计算如下:
取导线的电感L0≈1.0×106 H/m时,等效10m长导线分布参数的电感量,集中电感为:
L = L0×S =1.0×106 H/m×10m = 10μH
等效5m长导线分布参数的电感量,集中电感为:
L = L0×S =1.0×106 H/m×5m = 5μH
实际应用时,取导线的电感L0≈1.6×106 H/m,开关型跟限压型有效距离为15m比较合理,因此通过计算开关型跟限压型之间的集中电感为24μH,限压型和限压型之间的集中电感为8μH。(下转75页)(上接74页)
4 SPD安装不正确的后果
SPD安装引线过长、位置不准确,SPD就发挥不了应有的作用,就达不到各级SPD的电压保护水平应该始终小于设备耐冲击过电压额定值,满足不了雷击瞬间产生的突变电压加上前级SPD的残压高于后级启动电压,后级SPD便正常启动的作用。就会导致设备损坏、系统瘫痪等安全事故发生。
5结论
5.1 SPD安装要根据实际利用一种或几种方法的组合,要使引线长尽量短,最长不能大于0.5m,以消除或降低引线电感产生的电压,保证设备安全。
5.2 多级SPD时,开关型和限压型间的有效距离大于15m,限压型间有效距离大于5m,如达不到有效距离,期间要加装合适参数的退藕装置。
参考文献:
[1] 机械工业部. GB50057-94建筑物防雷设计规范[S]..北京:中国计划出版社,2000
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[4] 张毅华等.防雷器的正确安装与布线[J].中国防雷,2006,1
[5] 涂山山等.低压配电系统中SPD之间的配合[J].中国防雷,2006,1