交流電氣裝置過電壓保護設計要求和限制措施46677

1、交流電氣裝置過電壓保護設計說明書文章摘要：交流電氣裝置過電壓保護設計要求及限制措施，SPD設置及接地線設計1.1過電壓概述表1 -1低壓系統(tǒng)過電壓類別大氣過電壓直擊雷過電壓感應雷擊過電壓雷電波侵入過電壓電容器組操作容性負載過電壓空載長線路空載變壓器操作過電壓電抗器操作感性負載過電壓電動機真空斷路器諧振引起的過電壓工頻過電壓并列或解列過電壓負載的投入和切除IT系統(tǒng)發(fā)生接地故障引起對地電壓升高TN系統(tǒng)或TT系統(tǒng)中性線開路引起對地電壓升高上5低壓系統(tǒng)相導體和中性導體間的短路時中性線對地電壓升高L4弘低壓系統(tǒng)故障相的接地故障電壓不超過50V，非故障相對地電壓升高高壓系統(tǒng)接地故障電壓竄入低壓側 （高壓為

2、接地系統(tǒng)，變電所內(nèi)一個接地系統(tǒng)）。當切斷時間大于 5s時，允許的工頻過電壓 U0+250V ;當切斷時間小于或等于 5s時，允許的工頻過電壓 U0+1200V。1.2耐沖擊類別（過電壓類別）的劃分耐沖擊類別（過電壓類別）劃分的目耐沖擊類別標識數(shù)字越高，表明設備的耐沖擊性能越高，可供選擇的抑制過電壓的方法越多。耐沖擊類別這一概念適用于直接從電源線上接電的設備。耐沖擊類別是根據(jù)對設備預期不間斷供電和能承受的事故后果來區(qū)分設備適用性的不同等級。 通過對設備耐沖擊水平的選擇， 使整 個電氣裝置達到絕緣配合，將故障的危害性降低到允許的水平，以提 供一個抑制過電壓的基礎。2.耐沖擊類別（過電壓類別）說明I

3、類耐沖擊設備是打算和建筑物固定電氣裝置相連的設備。保護措施應在此設備之外，既可固定在電氣裝置內(nèi)也可固定在電氣裝置和 此設備之間，以限制瞬態(tài)過電壓在規(guī)定的水平。II類耐沖擊設備是和建筑物固定電氣裝置相連的設備。注：此類設備舉例：家用電器、便攜式工具以及類似負荷。皿類耐沖擊設備是固定電氣裝置的組成部分和其他預期具有較高適用性類別的設備。注：此類設備舉例：固定電氣裝置的配電盤、斷路器、布線系統(tǒng), 包括電纜、母線、接線盒、開關、插座），工業(yè)用設備以及某些其他 設備，如和固定電氣裝置永久相連的固定式電機。IV類耐沖擊設備是用于建筑物電氣裝置主配電盤來電側電源進 線端或其附近的設備。注：此類設備舉例：電氣

4、測量儀表、一次過電流保護電器以及濾 波器。1.3過電壓抑制的配置需裝設電涌保護器時，應符合下列各條：1自身抑制在電氣裝置全部由低壓地下系統(tǒng)而不含架空線供電的情況下，依據(jù)表1 -2所規(guī)定的設備耐沖擊電壓值便足夠了，而不需要附加的大 氣過電壓保護。在電氣裝置由低壓架空線供電或含有低壓架空線供電的情況下， 且外界環(huán)境影響為AQ1 （雷暴日數(shù)25日/年）時，不需要附加的大 氣過電壓保護。2.保護抑制一、電氣裝置由架空線或含有架空線的線路供電， 且當?shù)乩纂娀?動符合外界環(huán)境影響條件 AQ2 （雷暴日數(shù)25日/年）時，應裝設大 氣過電壓保護。保護裝置的保護水平不應高于表 2列出的II類過電壓 水平二、在一

5、、條件下，建筑物電氣裝置的大氣過電壓保護可采取以下措施：按照IEC60364-5-534 （過電壓保護電器）安裝具有II類保護水平的電涌保護器?；蛲ㄟ^其他方法提供至少等效的電壓衰減量。表1 -2要求的設備額定耐沖擊電壓值電氣裝置標稱電壓*要求的耐沖擊電壓值VkV電氣裝置電源配電裝置和木帶中性點有特殊保護的三相系進線端的設備級電路的設備用電器具的設備統(tǒng)單相系統(tǒng)（耐沖擊類別（耐沖擊類別（耐沖擊類別H ）（耐沖擊類別I）IV)山）12024042.51.50.8230/400277/48642.51.50400/698642.50100012864*根據(jù) IEC60038 : 1983三、在架空線上

6、使用保護抑制的導則對過電壓水平的保護抑制可通過在電氣裝置中直接安裝電涌保 護器，或在架空線上安裝電涌保護器來獲得。例如，可以采取以下措 施：a）如果是架空供配電網(wǎng)，應在電網(wǎng)的結點，尤其在每個長度超過500m的線路末端建立過電壓保護。沿供配電線路每隔500m就應 安裝過電壓保護器件。過電壓保護器件之間的距離應小于1000m。b）如果供配電網(wǎng)中部分為架空線路，部分為地下線路，在架空 電網(wǎng)應按照上述a）進行過電壓保護，并應在從架空線至地下電纜的 轉換點進行過電壓保護。c）在TT配電網(wǎng)供電的電氣裝置中，在由自動切斷電源為間接 接觸提供保護的地方，要為相導體和中性導體提供過電壓保護器件。 在供電網(wǎng)的中性

7、導體直接接地的地方，不必為中性導體安裝過電壓保 護器件。d）在TN配電網(wǎng)供電的電氣裝置中，在由自動切斷電源為間接 接觸提供保護的地方，連接到相導體的過電壓保護器件的接地導體和 PEN導體相連或和PE導體相連。1.4建筑物電氣裝置中電涌保護器（SPD）的選擇和安裝1.4.1電涌保護器（SPD）的接線應在電氣裝置的電源進線端或其附近設電涌保護器（SPD），至少應在下面各點之間裝設：1當在電氣裝置電源進線端或其附近，中性線和PE （保護線）直接連接，或沒有中性線時：接在每一相線和接地端子或總保護線之間，取其路徑最短者；注：在IT系統(tǒng)，中性線和PE線之間接了阻抗，不能認為二者 是直通的。2當在電氣裝置

8、的電源進線端或其附近， 中性線和PE （保護線） 不直接相連時：接線形式1:接在每一相線和接地端子或總保護線之間，和接在 中性線和接地端子或總保護線之間，取其路徑最短者；或接線形式2:接在每一相線和中性線之間和接在中性線和總保護 端子或總保護線之間，取其路徑最短者。1.4.2電涌保護器（SPD）的選擇1.電涌保護器（SPD）的電壓保護水平（UP）電涌保護器必需能承受預期通過它們的雷電流， 并應符合以下兩 個附加要求：通過電涌時的最大鉗壓，有能力熄滅在雷電流通過后產(chǎn) 生的工頻續(xù)流。在建筑物進線處和其它防雷保護區(qū)界面處的最大電涌電壓，即電涌保護器的最大鉗壓加上其兩端引線的感應電壓應和所屬系統(tǒng)的基

9、本絕緣水平和設備允許的最大電涌電壓協(xié)調一致。為使最大電涌電壓足夠低，其兩端的引線應做到最短。TLTN/JT4引出中迪 臬疣電麗保護皋的漿設L2criLJ丘帖L5si 1 SI1 一hh- i r .根梶需要可熾殳L1L2L3LPE接集撇式1根m可燔設| m2糧摘需娶可熔役在不同界面上的各電涌保護器還應和其相應的能量承受能力相一致。若用一套電涌保護器（SPD）達不到所要求的保護電壓水平時， 應采用附加的配合協(xié)調的電涌保護器 （SPD），以確保達到要求的保 護水平。2選擇電涌保護器（SPD）持續(xù)運行電壓（UC）一、按圖1 1接線的TT系統(tǒng)中，UC不應小于1.55U0。二、 按圖1 2和圖1 3接線

10、的TN和TT系統(tǒng)中，UC不應小 于 1.15U0。三、按圖1 4接線的IT系統(tǒng)中UC不應小于1.15U （U為線間 電壓）。li ,=J一u.1片*D nnT*D nHI注：U0是低壓系統(tǒng)相線對中性線的標稱電壓，在 220/380V三 相系統(tǒng)中，U0 = 220V。1裝置的電壓；2配電盤；3總接地端或總接地連接帶；4 電涌保護器（SPD） ; 5 電涌保護器的接地連接，5a或5b ; 6 需要保護的設備；7-剩余電流保護器，應考慮通雷電流的能力； F -保護電涌保護器推薦的熔絲、斷路器或剩余電流保護器； RA -本 裝置的接地電阻；RB 供電系統(tǒng)的接地電阻1裝置的電壓；2配電盤；3總接地端或總

11、接地連接帶；4 電涌保護器（SPD） ； 5 電涌保護器的接地連接，5a或5b ； 6 需要保護的設備；7 PE和N線的連接帶；F 保護電涌保護器推薦 的熔絲、斷路器或剩余電流保護器；RA-本裝置的接地電阻；RB 供電系統(tǒng)的接地電阻圖1 2TN系統(tǒng)中的電涌保護器注：當采用TN C S或TN S系統(tǒng)時，在N和PE線連接處 電涌保護器用三個，在其以后N和PE線分開處安裝電涌保護器時用 四個，即在N和PE線間增加一個，類似于圖1 1圖1 3TT系統(tǒng)中電涌保護器安裝在剩余電流保護器的電源側1裝置的電壓；2配電盤；3總接地端或總接地連接帶；4 電涌保護器（SPD） ; 4a 電涌保護器或放電間隙；5 電

12、涌保護 器的接地連接，5a或5b； 6需要保護的設備；7剩余電流保護器， 可位于母線的上方或下方；F-保護電涌保護器推薦的熔絲、斷路器 或剩余電流保護器；RA 本裝置的接地電阻；RB 供電系統(tǒng)的接地 電阻注：當電源變壓器高壓側碰外殼短路產(chǎn)生的過電壓加于4a設備時不應動作。在高壓系統(tǒng)采用低電阻接地和供電變壓器外殼、低壓系統(tǒng)中性點合用同一接地裝置以及切斷短路的時間小于或等于5s時，該過電壓可按1200V考慮。圖1 4IT系統(tǒng)中電涌保護器安裝在剩余電流保護器的負何側1裝置的電壓；2配電盤；3總接地端或總接地連接帶；4 電涌保護器（SPD） ； 5 電涌保護器的接地連接，5a或5b ； 6 需要保護的

13、設備；7 -剩余電流保護器；F-保護電涌保護器推薦的 熔絲、斷路器或剩余電流保護器；RA-本裝置的接地電阻；RB-供 電系統(tǒng)的接地電阻3選擇電涌保護器（SPD ）標稱放電電流（In）和沖擊電流（limp）在LPZOA或LPZOB區(qū)和LPZ1區(qū)交界處，在從室外引來的線路 上安裝SPD，應選用符合I級分類試驗的產(chǎn)品。應通過SPD的10/350卩s雷電流幅值。當線路有屏蔽時，通過 每個SPD的雷電流可按上述確定的雷電流的 30%考慮。SPD宜靠 近屏蔽線路末端安裝。以上述得出的雷電流作為Ipeak來選用SPD。當按上述要求選用配電線路上的 SPD時，其標稱放電電流In不 宜小于15kA。若第一級SP

14、D的電壓保護水平加上其兩端引線的感應電壓保護 不了該配電盤內(nèi)的設備，應在該盤內(nèi)安裝第二級SPD，其標稱放電電流不宜小于8/20卩s5kA。當被保護設備沿線路距安裝的 SPD不大于10m時，若該SPD 的電壓保護水平加上其兩端引線的感應電壓小于被保護設備耐壓水 平的80%，般情況在被保護設備處可不裝 SPD。在考慮被保護設備的耐壓水平時宜按其值的 80 %考慮。在一般情況下，當在線路上多處安裝 SPD且無準確數(shù)據(jù)時，電 壓開關型SPD和限壓型SPD之間的線路長度不宜小于10m，限壓 型SPD之間的線路長度不宜小于5m。4選擇電涌保護器（SPD）耐受的預期短路電流電涌保護器（SPD ）耐受短路電流

15、（當電涌保護器（SPD）失效 時產(chǎn)生）和和之相連接的過電流保護器（設置于內(nèi)部或外部）一起承 受等于和大于安裝處預期產(chǎn)生的最大短路電流， 選擇時要考慮到電涌 保護器（SPD ）制造廠規(guī)定應具備的最大過電流保護器。此外，制造廠所規(guī)定電涌保護器（SPD）的額定阻斷續(xù)流電流值 不應小于安裝處的預期短路電流值。在TT系統(tǒng)或TN系統(tǒng)中，接于中性線和PE線之間的電涌保護 器（SPD）動作（例如火花間隙放電）后流過工頻續(xù)流，電涌保護器（SPD ）額定續(xù)流電流值應大于或等于 100A。在IT系統(tǒng)中，接于中性線和PE線之間的電涌保護器（SPD） 的額定續(xù)流電流值和接在相線和中性線之間的電涌保護器（SPD）是相同的

16、。4.防止電涌保護器（SPD）失效的后果和過電流保護防止電涌保護器（SPD ）短路的保護是采用過電流保護器，應當 根據(jù)電涌保護器（SPD）產(chǎn)品手冊中推薦的過電流保護器的最大額定 值選擇。如果過電流保護器的額定值小于或等于推薦用的過電流保護器 的最大額定值，則可省去過電流保護器。重點是要保證供電的連續(xù)性還是保證保護的連續(xù)性取決于在電 涌保護器（SPD）故障時，斷開電涌保護器（SPD ）的過電流保護器 所安裝的位置。在所有情況下，應當明確設置的保護器間的區(qū)別：若過電流保護器安裝在電涌保護器 （SPD）的回路中，貝何保 證供電的連續(xù)性，但再發(fā)生過電壓時，無論是電氣裝置或是設備都得 不到保護（見圖1

17、5）。這些過電流保護器可以是設于內(nèi)部的電涌 保護器（SPD ）脫離器。SPT-見涌保護轉3M）圖1 5重點保證供電連續(xù)性-若過電流保護器接入設有電涌保護器 （SPD ）保護電路的電氣 裝置進線前端，則電涌保護器（SPD ）故障時可導致供電中斷，要等 到更換電涌保護器（SPD ）后才能恢復供電（見圖1 6）。為了提高在同一時間內(nèi)供電連續(xù)性和保護連續(xù)的概率和可靠性， 允許使用圖1 7所示的接線方式。圖1 6重點保證保護連續(xù)性圖1 -7供電連續(xù)性和保護連續(xù)性的結合這種情況是將兩個相同的電涌保護器（SPD1和SPD2 ）分別接 到兩個相同的保護器（PD1和PD2）。當一個電涌保護器（SPD1） 發(fā)生故

18、障，不會影響另一電涌保護器（如 SPD2 ）工作，并且將使其 本身的保護器動作（如PD1 ）。這種方式將顯著提高供電連續(xù)性和 保護連續(xù)性的概率。6間接接觸防護間接接觸防護即使當電涌保護器 （SPD）故障時，對所有電氣裝 置的保護也應保持有效。當采用自動切斷供電時：在TT系統(tǒng)中可采用下述a）或者b）實現(xiàn)間接接觸防護：1）將電涌保護器（SPD）安裝在剩余電流保護器（RCD）的負 荷側；2）將電涌保護器（SPD）安裝在剩余電流保護器（RCD ）的 電源側，由于接在中性線和PE線之間的電涌保護器（SPD） 也可能發(fā)生故障，因此，在TN系統(tǒng)中，一般可在電涌保護 器（SPD）的電源側裝設過電流保護器實現(xiàn)間接接觸防護；a）根根據(jù)接線形式2來安裝電涌保