操作過電壓的介紹以及對浪涌保護器可能造成的影響。

2022-07-06 · 閱讀528

1、前言

操作沖擊產生的過電壓、電流及其持續時間通常比雷電沖擊產生的電壓、電流及持續時間低。然而，在某些情況下，特別是在建筑物內部或接近操作過電壓起始處，操作沖擊產生的電應力將會高于雷電沖擊產生的電應力。

必須知道操作沖擊產生的能量，以便選擇合適的SPD浪涌保護器。

包括故障和熔斷器瞬態動作在內的操作持續時間比雷電沖擊持續時間更長。

通常在一個電氣裝置內任何開關動作、故障開始、中斷等，總會伴隨著暫時過電壓的產生。在一個系統中發生的突變將會引起高頻阻尼振蕩(由網絡的諧振頻率決定)，直到系統再次穩定到一個新的狀態。

操作過電壓的幅值取決于許多參數，如回路類型、操作種類(關、開、重燃)、負載、斷路器或熔斷器。

操作產生的振蕩頻率由系統特性和諧振特性決定，在這種情況下，可能引起很高的過電壓。通常，操作與系統工頻發生諧振的可能性很小，然而，如果系統開關頻率特性接近系統中一個或多個諧振頻率，將會發生瞬態諧振。

2、綜述

操作電涌的典型波形取決于低壓裝置的響應。在大多數情況下，會產生鳴震波，其頻率通常為每微秒幾十萬赫茲。上升最大速率為每微秒幾千伏。電涌持續時間范圍較大。如果由熔斷器動作引起的操作過電壓被排除，典型的持續時間(到半峰值)從1μs~50μs。

統計顯示，產生高幅值和持續時間很長(大于100μs)的電涌的可能性較低。

3、斷路器和開關操作引起的過電壓

斷路器和開關廣泛用于每個電氣裝置和控制設備中，以便在過載或短路情況下斷開電氣設備或由開關控制設備動作來對電氣設備進行保護和控制。開關操作的頻率依其使用的場合而定，在工業上其使用頻率較高，在家庭中其使用頻率相對較低。

阻性負載的操作電流是在電氣設備的額定電流范圍內。而對于使用開關模式進行供電的設備，設備的操作電流高于額定電流。因此，如對于一個功率為100W的電視機，其額定電流為0.4A，而涌入的電流約為20A，高達50倍。

無論對于手動開關或電動開關，每次操作過程中都會產生電弧。由于電感和電容相互作用使電壓發生改變，從而引起高頻振蕩。該振蕩會使線路之間以及線路與地之間的電壓改變，電氣設備絕緣總電壓由導體部分和其他回路承擔。與經由公共配電網進人用戶的過電壓相比，由用戶裝置開關操作引起的過電壓不經過衰減，其瞬態幅值反而會更高一些。

①在用戶室內的斷路器和開關操作

與合閘相比，分閘會產生更高幅值的電壓。在分閘時，在負載側比在線路側有更高的電涌幅值。無論如何，這點對于設備的設計，尤其是絕緣方面的設計是個關鍵的問題。如果有與其并聯的設備，該設備也將承受電應力。由于線路側與整個系統及其他設備相聯，故與負載側相比，線路側的過電壓更應考慮。

②在供電系統(LV和HV)中斷路器和開關的操作

在每一個供電系統中，電氣設備上都能觀察到瞬態過電壓。在地下供電系統中，幾乎所有的瞬態過電壓都是機械操作引起的。

在高壓和低壓裝置中，具有電感性的設備，如變壓器、阻抗線圈、接觸器線圈和繼電器等與電源并聯，設備的操作都會引起振蕩，產生高達幾千伏的過電壓。因為有線路的自感，這種情況也存在于縱向電感線圈中，例如，導體線圈和縱向阻抗線圈中，或系統自身的開斷中。

在電源側，操作過電壓由開關操作、旋轉電機的刷狀電弧、電機或變壓器負載突然下降以及功率因數補償電容器組的操作引起。

在極少數情況下，這種過電壓的頻率和能量比雷電過電壓在低壓裝置上的頻率和能量要高。

低壓電源操作引起的瞬態過電壓，幅值可能達到數千伏。低壓系統操作時，一定條件下，過電壓最大值可以被限制，可通過電源系統安裝保護電器來限制過電壓，預期最大幅值為6kV的電壓，一般不超過低壓用戶內部裝置耐受值。

與操作過電壓對應的另一些現象是高壓供電系統發生短路和接地故障。接地故障可以在無故障導線上引起線一地過電壓，范圍在線電壓之間。而且，同時也產生瞬態過電壓，這種瞬態過電壓會從高壓電源側傳遞到低壓電源側。

③熔斷器動作(限流熔斷器) 

熔斷器廣泛被用于配電系統和電力裝置，用來保護過流并斷開短路回路。

例如，如果熔斷器動作，配電系統斷開一個短路的回路，該動作產生近似于三角波的一個過電壓，頻率相對較低。過電壓發生在系統的線線間，也可能出現在線和保護地線之間，取決于接地的中性導體，或者取決于一個IT系統，或者取決于接地電容。

因此，該過電壓也作用于裸露導電部件絕緣和其他回路。當然，相對于由動作電流開斷引起的過電壓，這種過電壓很少發生。過電壓通過母線也會傳輸到同一配電系統的其他用電設備中。

和開關動作引起的其他電涌相比，熔斷器動作引起電涌的概率較少。但此時斷開短路的回路，可能產生強烈的電涌，影響因素主要有短路電流的上升率、熔斷器的額定電流及特性、回路的電感。

由安裝在靠近母線排的熔斷器斷開配電系統饋線的短路是非常重要的，因為由熔斷器動作產生的過電壓會影響到與同一母線排相連的其他一些用電設備。

實際的統計情況表明，在低壓公共供電系統中，發生此種故障是非常少見的。然而，當考慮工業配電系統時，這種類型的故障具有一定的代表性，發生此種短路并非少見。

總結：以上就是關于操作過電壓的介紹，在實際的浪涌保護器選型中，操作過電壓的因素相對很少考慮進去，其對浪涌保護器的影響相對也不算大，相關防雷驗收標準也沒有詳細介紹，所以目前主流還是按國標GB50057等配置一二三級浪涌保護器即可。

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