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低压配电系统浪涌保护器安装方法探讨
摘要:对低压配电系统中浪涌保护器两端的电压、前后级的有效距离进行计算分析,阐明浪涌保护器正确安装与否决定防雷结果的成败。由此,提出根据理论和实际相结合的改进安装方法并给出前后级合理搭配的依据和方法。
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
[2] 中国建筑标准设计研究院. GB50343 -2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》[S]. 北京: 中国建筑工业出版社,2004
[3] 张赛忠等.实施建筑物防雷设计规范中的常见问题[A].第七届中国国际防雷论坛论[C] , 2008
[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
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