（高电压与绝缘技术专业论文）低压配电系统中spd保护和配合的研究.pdf

摘要 低压配电系统中s p d 保护和配合的研究 摘要 雷电过电压是低压配电系统中危害用电设备安全及系统正常运行的重要干扰源。有 关统计资料显示，平均每年因雷电过电压造成的损失占低压系统中所有损失的7 0 左 右，作为主要传播通道的低压配电系统的雷电过电压防护工作引起了越来越多的关注， 研究低压配电系统的雷电过电压防护问题具有非常重要的实际意义。 s p d 的保护和配合问题是低压配电系统中雷电过电压防护的核心问题，国内外对此 已进行了大量的研究工作，但这些研究工作多是从应用的角度出发，以工程经验、软件 仿真、实验分析和简单的理论分析为主，缺乏全面的和一定深度的理论分析，难以为工 程应用提供很好的理论指导和参考。 针对存在的闯题，本文对低压配电系统的s p d ( s u r g ep r o t e c t i v ed e v i c e ) 保护和配 合问题进行了深入的理论分析、软件仿真和一定的实验验证。本文主要研究了s p d 的有 效保护范围、多级s p d 的配合、线路电阻对s p d 配合和保护范围的影响以及多分支电路 系统中的s p d 保护和配合等方面的内容。 在s p d 保护范围问题研究中，利用雷电波的波长远大于s p d 与被保护设备间线路 长度的特点，提出用简化型等值电路( l c 振荡电路) 代替分布参数线路，用电路法 代替行波法研究了线路末端负荷电压的振荡情况。对不同性质和大小的负荷( 电阻负荷、 电容负荷、电感负荷、综合负荷) ，给出了负荷电压的解析解公式，分析了负荷电压的 振荡机理和影响因素，首次给出了s p d 有效保护范围的近似计算公式。对研究中的模型 误差( 用l c 振荡电路代替分布参数线路) 问题，利用对一个算例的软件仿真，给出了 误差变化趋势曲线。此外，在研究中，提出使用一个直流分量和一个时变分量之和来更 准确的描述s p d 残压波形的上升沿，通过理论计算和软件仿真，发现负荷电压最大值并 非文献中常给出的2 倍s p d 残压最大值。 第1 页 摘要 在多级s p d 配合研究中，利用行波法研究了两级s p d 配合中的导通次序问题，考虑 了负荷对s p d 导通次序的影响，给出了导通次序判断公式。利用集中参数电路模型，求 解了流过各s p d 的电流解析解，分析了不同导通次序对s p d 分流配合的影响机理，并给 出了s p d 配合设计中线路参数的计算公式。文中还对s p d 的导通次序、线路参数的对s p d 配合的影响、线路参数的确定、冲击电流波形对s p d 配合的影响、开关型s p d 和m o v 型 s p d 的配合、组合型s p d 和m o v 型s p d 的配合进行了仿真研究，验证了理论分析的正确 性。 在已有的s p d 保护范围和多级配合的理论研究中，为了突出主要问题和简化分析过 程，常忽略线路电阻，采用无损波阻抗或电感来代替线路。通过建立集中参数等值电路， 理论分析了线路电阻对s p d 配合中末级s p d 分流的影响，仿真研究了多种线路模型的计 算精度，以及在多种线路参数和不同外加冲击电流幅值情况下，末级s p d 分流的误差情 况和误差变化趋势。关于线路电阻对s p d 保护范围的影响，计算给出了考虑线路电阻时 的负荷电压解析解，分析了各种负荷情况下，线路电阻对保护范围的影响，并给出了量 化分析公式。 利用行波法对更接近实际工程情况的多分支电路系统中s p d 保护和配合问题迸行了 理论分析了。研究了多分支线路和负荷的并联效果对s p d 保护范围的影响。研究了多分 支线路的并联效果对不同类型s p d 间配合的影响，并通过软件仿真验证了理论分析的正 确性。 关键词：浪涌保护器，过电压防护。保护距离，s p d 配合，低压配电系统 第页 a b s t r a ( 玎 s t u d yo nt h ep r o t e c t i o na n dc o o r d i n a t l o no f s u r g ep r o t e c t i v ed e v i c e si nl o w - v ol ，r a g e d i s t r i b u t i o ns y s t e m s a b s t r a c t i nl o w - v o l t a g ed i s t r i b u t i o ns y s t e m s , o v e r - v o l t a g ec a u s e db yl i g h t n i n gi sam a i ns o u i g oo f t h r e a tt ot h es a f e t yo fe l e c t r o n i ca n de l e c t r i c a le q u i p m e n t s a c c o r d i n gt ot h es t a t i s t i cd a t a , t h e l o s s e sc a u s e db yl i g h t n i n go v e r v o l t a g ei nl o w - v o l t a g es y s t e m sa r ea b o u t7 0p e r c e n ta m o n ga l l l o s s e se a c hy e a r a sam a i np r o p a g a t i o np a t ho fo v e r v o l t a g e ，t h eo v e r v o l t a g ep r o t e c t i o n p r o b l e mi nl o w - v o l t a g ed i s t r i b u t i o ns y s t e mh a sa t t r a c t e dm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n s a sar e s u l t ， s t u d yo nt h el i g h t n i n go v e r v o l t a g ep r o t e c t i o np r o b l e mi nl o w - v o l t a g ed i s t r i b u t i o ns y s t e m sh a s v e r yi m p o r t a n tp r a c t i c a lm e a n i n g s t h ep r o t e c t i o na n dc o o r d i n a t i o np r o b l e m sa r cc o p r o b l e m so f | i g h m i n go v e r v o l t a g e p r o t e x z t i o np r o b l e m si nl o w - v o l t a g ed i s t r i b u t i o ns y s t e m s a n df o rt h e s ep r o b l e m s ，t h e r eh a v e l o to f r e s e a r c hw o r k sc o n d u c t e ah o m ea n da b r o a d h o w e v e r , t h e s ee x i s t i n gr e s e a r c h i n gw o r k s a h n o s ta l ls t a r t e df r o mt h ev i e wo fa p p l i c a t i o na n dm a i n l yc o u n to nt h et o o l so fe n g i n e e r i n g e x p c t i e n c 髓，s o f t w a r es i m u l a t i o n , e x p e r i m e n t a la n a l y s i sa n ds i m p l et h e o r e t i c a la n a l y s i s t h e r e a r el a c ko f o v e r a l la n dd e e pt h e o r e t i c a la n a l y s e s , a n dh a r d l yt op r o v i d et h e o r e t i c a lg u i d ea n d r e f e r e n c ef o re n g i n e e r i n gp r a c t i c e s a i m e da tt h em e n t i o n e dp r o b l e m s ，i nt h i sd i s s e r t a t i o n , t h ed e e pt h e o r e t i c a la n a l y s e sa r c c a r r i e do u tf o r t h ep r o t e c t i o nd i s t a n c ep r o b l e ma n dc o o r d i n a t i o np r o b l e mo fs p d t h e r e s e a r c hw o r k sa r cm a i n l yc o n c e n t r a t e do nt h ee f f e c t i v ep r o t e c t i o nd i s t a n c eo fs p d ，c a s c a d e d c o o r d i n a t i o no fs p d ，t h ei n f l u e n c e so fl i n er e s i s t a n c eo nt h ep r o t e c t i o nd i s t a n c ea n d c o o r d i n a t i o no fs p d , a n dt h ep r o t e c t i o nd i s t a n c ep r o b l e ma n dc o o r d i n a t i o np r o b l e mo fs p d 第m 页 a b s l l 0 址了 i nm u l t i l i n ec i r c u i ts y s t e m s i nt h er e s e a r c ho f p r o t e c t i o nd i s t a n c ep r o b l e mo fs p d ，a c c o r d i n gt ot h ep r o p e r t yt h a tt h e w a v el e a g t ho fl i 掣m 出毽w a r c - ei sm u e h c rb i g g e rt h a nt h ep h y s i c a ll e n g t ho ft h el i n e c o n n e c t i n gs p da n de q u i p m e n t , t h es i m p l i f i e d7 c - t y p ee q u i v a l e n tc i r c u i t ( l co s c i l l a t i o n c i r c u i t ) i su s e dt os u b s t i t u t et h ed i s t r i b u t i n gp a r a m e t e rl i n e ，a n da n a l y t i c a lm e t h o di su s e dt o s u b s t i t u t et h el r a v e l i n gw a v t 。m e t h o dt os t u d yt h eo s c i l l a t i o np h e n o m e n ao ft h el o a dv o l t a g e f o rd i f f e r e n tl o a dc h a r a c t e r i s t i ca n dm a g n i t u d e ( r e s i s t a n c el o a d ，c a p a c i t i v el o a d i n d u c t i v e l o a da n di n t e g r a t e dl o a d ) ，t h ea n a l y t i c a ls o l u t i o n so f l o a dv o l t a g ea r eg i v a a ，a n dt h eo s c i l l a t i o n m e c h a n i s ma a di n f l u e a c ef a c t o r sa r ea n a l y z e d f o rt h e 丘r s tt i m e , t h ea p p r o x i m a t ec o m p u t i n g e q a t i o n sf o rd e t e r m i n i n gt h ee f f e c t i v ep r o t e c t i o nd i s t a n c eo fs p d a r eg i v e n t h em o d e le l t o r ( u s i n gz - t y p ee q u i v a l e n tc i r c u i tt os u b s t i t u t et h ed i s t r i b u t i n gp a r a m e t e rl i n e ) i sa l s os t u d i e d t h r o u g ha ne x a m p l eb yu s i n gt h es i m u l a d o ns o l , r a r e t h ec h a n g i n gt r e n do ft h em o d e le l t o l i sg i v e n f o t h e r m o r e , ad i r e c tc u r r e n tt e r ma n dat i m e - v a r i a n tt e r ma r cu s e dt oe x p r e s st h e a s c e n to ft h er e s i d u a lv o l t a g eo fs p df o rt h ef i r s tt i m ei nt h er e s e a r c h t h r o u g ht h e o r e t i c a l c o m p u t a t i o na n ds o t 讪a r es i m u l a t i o n , i ti sf o u n dt h a tt h em a x i m u m l o a dv o l t a g ei sn o tt h et w o t i m e so f t h em a x i m ur e s i d u a lv o l t a g eo fs p dg i v e ni nt h ee x i s t i n gr e s e a r c hw o r k s f o rc a s c a d e dc o o r d i n a t i o no fs p d ，t h et r a v e l i n gw a s t em e t h o di su s e dt os t u d yt h et u r no n o r d e ro f c a s e a d e ds p d t h ei n f l u e n c eo f l o a di st a k e ni n t oa c c o u n ti nc o o r d i n a t i o na n a l y s i so f c a s c a d e d $ p da n dt h ej u d g i n ge q u a t i o ma g i v e nf o rt h ef i r s tt i m e b ya , 1 a l r t i n gt h e l u m p e d - p a r a m a t e re q u i v a l e n te i r e u i _ t ，t h ea n a l y t i c a ls o l u t i o n so f t h ec u r r e n tf l o w i n gt h r o u 曲 e a c hs p da 碍o b t a i n e d t l a ei n f l u e n c e so fd i f f e r e n tt u r no l lo r d e l 0 1 1 t h ec o o r d i n a t i o n 锄 a n a y z e , ta n dt h ee q u a t i o nf o rd e t e r m i n i n gt h en e c e s s a r yl i n ep a r a m a t e r si nt h ec o o r d i n a t i o n d e s i g no fc a s c a d e ds p di sg i v e nf o rt h ef i r s tt i m e i nt h ed i s s e r t a t i o n , t h et u r n0 1 1o r d e ro f s p d ，t h ei n f l u e n c eo fl i n ep a r a m e t e ro nt h ec o o r d i n a t i o no fs p d ，t h ed e t e r m i n a d o no fl i n e p a r a m e t e ri nt h ec o o r d i n a t i o n , t h ei n f l u e n c eo fs u r g ew a v e s h a p e0 1 1 t h ec o o r d i n a t i o n , t h e e o o r d i n a t i o ao fv o l t a g es w i t c h i n gt y p es p da n dv o l t a g el i m i t i n gt y p es p d ，t h ec o o r d i n a t i o n 第页 a b s l l u u c t b 婀v 烈mt o wv o l t a g el i m i t i n gt y p es p da r es t u d i e db ys o f t w a r es i m u l a t i o nt ow 玎i 窍t h e c o r r e c t n e s so f t h et h e o r e t i c a la n a l y s i ne x i s t i n gr e s o a l c h e sa b o u tt h ep r o t e c t i o nd i s t a n c ea n dc a s c a d e dc o o r d i n a t i o no fs p d ，t o h i # i # tt h em a i np r o b l e ma n ds i m p l i f yt h ea n a l y s i sp r o c e s s , l i n er e s i s t a n c ei su s u a l l y n 嘲e c t e da n dt h el o s s l e s sw a v ei m p e d 趾e eo ra l li n d u c t a n c ei su s e dt or e p l a c ec o n n e c t i n gl i n e i nt h ed i s s e r t a t i o n , t h ei n f l u e n c eo f l i n er e s i s t a n c eo nt h ed i v e r t i o no f l i g h t n i n gc m r e n to f t h e e n ds p di sa n a l y z 司t h e o r e t i c a l l y a n dt h ec o m p u t i n ga c c u r a c yo fs e v e r a ll i n em o d e l s , t h e e l t o rc h a n g i n g 仃e n d so ft h ec u r r e n t f l o w i n gt l l r o u g ht h ee n ds p du n d e rd i f f e r e n t l i n e p a r a m a t e r sa n dd i f f e r e n ts u r g em a g i t u d e sa l es t u d i e db yu s i n gs o , w a r es i m u l a t i o n f o rt h e i n f l u e n c eo fl i n er e s i s t a n c eo l le f f e c t i v ep r o t e c t i o nd i s t a n c eo fs p du n d e rd i f f e r e n tl o a d c o n d i t i o n s ，t h ea n a l y t i c a ls o l u t i o n so fl o a dv o l t a g e sa r eg i v e mt h ed i f f e r e n ti n f l u e n c e sf o r d i f f e r e n tl o a d sa r ea n a l y s e d t h ep r o t e c t i o nd i s t a n c ep r o b l e ma n dc o o r d i n a t i o np r o b l e mo fs p di nt h em u l t i - l i n e c i r c u i ts y s t e r a s , w h i c hi si n o l ec l o s e dt ot h ep r a a i c a le n g i n e e r i n gs i t u a t i o n , a l et h e o r e t i c a l l y s t u d i e da n dd e m o n s t r a t e db ys o f t w a r es i m u l a t i o n t h ep a r a l l e le f f e c to fl i n ei m p e d a n c ea n d l o a do nt h ep r o t e c t i o nd i s t a n o fs p di ss t u d i e d t h ep a r a l l e le f f e c t so fl i n ei m p e d a n c eo n t h ec o o r d i n a t i o no fd i f f e r e n tt y p es p da i es t u d i e d a n dt h es o f t w a r es i m u l a t i o ni su s e dt o p r o v et h ec o l t e c t n e s so f t h ea n a l y s i s k e y w o r d s ：s u r g ep r o t e c t i v ed e v i c e ( s p d ) ，o v e r - v o l t a g ep r o t e c t i o n , p r o t e c t i o nd i s t a n c e ， c o o r d i n a t i o no f s p d ，l o w - v o l t a g ed i s t r i b u t i o ns y s t e m 第v 页 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密彤 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名弓氏苷杂 日期。劲旷i t 月f 伊 脚：锑参碳 日期易尹。日 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：认褙 日期：7 ，夕年，月f 夕日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 低压配电系统过电压防护的重要性 雷电灾害是发生最频繁的一种自然灾害，对人类的生命和财产安全有着巨大 的危害。据有关研究统计，全球平均每年因雷电灾害造成的损失中，仅直接损失超过 1 0 亿美元【l , 2 1 。 2 0 0 多年前避雷针的发明，很好地防护了建筑物等设施的直击雷危害。而随 着现代科学技术的高速发展，各种电子设备和大规模集成电路的应用越来越广泛，计 算机和各种微电子设备成为工业应用以及人们的日常生活中不可缺少的一部分。由于微 电子设备工作电压低，功耗小，过电压耐受能力低，因此对系统电源和信号中的 过电压极为敏感。过电压不仅可以引起电子设备的工作失误，系统误操作，还可 以造成电子设备的永久性损坏，从而造成直接损失以及相关的间接损失。例如， 1 9 9 0 年7 月1 0 日下午，雷直击江苏仪征输油泵站，造成油罐液位计和变送器的集 成电路损坏，仪表中断使用一年多才经修复重新投入运行。1 9 9 4 年4 月1 9 日晚，该站 又遭重大雷击，站区内所有微机、巡检仪、液位计、可燃气体测报仪以及采样变送器全 部损坏，严重影响了生产，造成了重大经济损失【3 】。 1 9 9 2 年6 月2 2 日晚，雷直接击中北京国家气象中心大楼，造成楼内计算机网络中 断，6 条同步线路和1 条国际同步线路中断，系统工作被迫中断4 6 小时，损失数十万元， 并使气象业务受到严重的直接影响，其间接影响更是无法统计【4 】。 由上面的两起雷害事故可以发现，低压电气、电子设备并不是遭受直接雷击损坏的。 而是在发生雷击后，雷电电磁脉冲通过由多种途径传入低压电源系统引起过电压或由电 磁干扰而造成损坏的。 现在人们对低压配电系统的过电压问题越来越重视，这主要是由于以下几个方面的 原因：一是随着技术进步，连接在低压配电系统中的电气、电子设备的体积、功耗越来 越小，耐受过电压、过电流的能力越来越弱；二是随着低压电气、电子设备的使用越来 越广泛，随之出现的过电压问题也越来越多，造成的直接和间接损失与影响越来越大， 由此也推动了对低压配电系统过电压问题的认识越来越深刻；三是由于电磁兼容概念的 普及，现代低压电气、电子设备一般都采取了屏蔽等电磁干扰防护措施，以低压配电系 第1 页 第一章绪论 统为传播途径的各种过电压成为危害用电设备安全的重要来源，低压配电系统的过电压 防护问题也因此受到更多的重视。 低压配电系统和低压电气、电子设备一般都安装在建筑物内，因此低压配电系统的 过电压防护与建筑物的防雷问题密切相关，这在1 e c 和i e e e 给出的雷电电磁干扰防护 标准中也能看出。随着对建筑物内雷电电磁干扰防护措施的不断完善，要保证低压电气、 电子设备的安全可靠运行，低压配电系统的过电压防护问题成为迫切需要解决的重要课 题。 1 2 低压配电系统中过电压的来源 低压配电系统中的过电压形式主要有雷电过电压和操作过电压两大类。 雷电引起的低压配电系统过电压主要有以下4 种形式【5 州： ( i ) 雷电直击过电压。 雷电直击低压配电线路引起的过电压，以及雷击低压线路附近的建筑物造成建筑物 对低压线路闪络引起的过电压。 雷电直击低压配电线路，雷电以波的形式沿导线传播而引入室内。雷击点上的电位相 当高，可达数百万伏至数千万伏甚至更高。但是当雷电波沿着导线传播的时候，高电压 每经过一根电秆，秆上瓷瓶将对地闪络放电，把雷电的高电位降落成瓷瓶的闪络电压 3 0 - 4 0 k v 。一般低压架空线的波阻抗为3 0 0 - 6 0 0 t 2 。则终端入地电流较小，但若霄击点距建 筑物入户处很近，入地峰值电流可达到l o k a 以上。 ( 2 ) 雷电感应过电压。 由雷击在低压线路附近的地面上而在低压线路上感应出的过电压。 雷云对大地放电或雷云之间迅速放电形成的静电感应及电磁感应，通过场耦合到各 种配电线路中，产生几千伏到几十千伏的高电位，以波的形式沿着导线传播而引入低压 电源系统中。 ( 3 ) 反击过电压。 雷击避雷针等接闪装置或接地系统，造成地电位升高，造成反击过电压。 由于雷电直击建筑物和建筑物附近，或建筑物各种接地装置采用共用接地，在接地 极上泄放雷电流，因阻性耦合在接地极上产生数十千伏至数百千伏的高电位，该电位通 过配电系统的零线，保护地线、或弱电系统的地线，也以波的形式传入室内设备的接地 点或外壳，形成反击过电压毁坏电器设备。反击过电压值由冲击电流峰值和地网的冲击 接地电阻值决定。 。 第2 页 第一章绪论 ( 4 ) 传递过电压。 雷电直击高压系统的输电线路引起的过电压以及雷击高压线路附近的地面而在高 压线路上感应出的过电压，通过降压变压器传递到低压系统中 图i - i 为上述4 种形式的过电压的示意图。图中，( 1 ) 表示雷电直击过电压；( 2 ) 表示 雷电感应过电压；( 3 ) 表示反击过电压；( 4 ) 表示传递过电压。 图卜l 低压配电系统中的雷电过电压形式 f i g i io r i g i l lo f t h e1 i 驴“i 】go v e r - v o l l a g e si nl o w - v o l t a g es y s t e m s 在低压配电系统中，除雷电过电压外，还有电力系统中的各种操作引起的操作过电 压，即电力系统中的断路器、隔离开关、继电器、可控硅开关等通断转接时，在系统电 路中、电路对地以及开关两端所产生的过电压。其中开断电感性负载和投切电容器组引 起的过电压，是低压配电系统中最为普遍的一种操作过电压【l o - 1 1 1 2 j 。 产生操作过电压的原因是由于线路及其中的元器件都带有电感和电容，储存在电感 中的磁能和储存在电容中的静电场能，在电路状态突变时产生能量转换，过渡的振荡过 程引发过电压。在有些情况下，操作过电压的值可能超过1 s k y a 。 操作过电压通常比雷电过电压发生频繁，持续时间比雷电过电压长。但雷电过电压 具有电流大，电压高，危害大的特点，是低压配电系统过电压防护的主要对象。 1 3 低压配电系统雷电过电压防护简介 在高压输电系统中，接入系统的各高压电力设备的耐压水平相近或相同，接线方式 相对简单，避雷器只需保护其安装处的电力设备即可，几乎不采用多级避雷器配合保护。 在现代低压配电系统中，就我国的实际情况，雷电直击配电线路的概率非常小，更 多的是雷击建筑物后，雷电流分流进入配电系统引起的过电压或雷电感应过电压，因此 低压配电系统的雷电过电压防护与建筑物的防雷具有紧密联系。为了方便过电压防护的 管理和操作，在i e c 6 1 3 1 2 1 中，根据雷击情况和雷电流强度划分了防雷保护区，并根 第3 页 第一章绪论 据要防护的雷电流的大小，划分了保护等级唧。另外，在低压配电系统中，根据电气、 电子设备的耐压水平，划分了4 类过电压类别。通过在各防雷保护区交界处或过电压保 护类别交界处安装电涌保护器( s p d ) ，逐步的降低雷电过电压水平，实现对不同耐压 水平的电气、电子设备的分级保护。在低压配电系统中，根据接地方式的不同，还分有 i t 系统，t t 系统和t n 系统。 对低压配电系统雷电过电压防护简介如下。 1 3 1 雷电流模型及参数 雷电作为干扰源一般被认为是电流源，因为雷云中电荷区之间和雷云到地之间在未 击穿之前具有很大的阻抗，其性质和电容器的放电类似。基于这种考虑，雷电放电可近 似用等效电流源代表，国际和各国防雷规范也常以雷电流的参数作为防雷分类的主要参 数0 3 1 4 j 。 雷电波一般采用波头时n 半峰值时间的表示方法1 1 3 , 1 5 】，如图1 2 所示，乃为波头 时间，乃为半峰值时间。由于实际的雷电波难以用统一波形来描述，因而根据不同的工 程应用领域而使用多种标准波形，例如电力系统广泛采用1 2 5 0 肛冲击电压、8 2 0 姆冲 击电流表示雷电波；建筑物防雷研究中，则使用1 0 3 5 0 i t s 表示首次雷击波形；8 2 0 p a 波形常用来表示非直击雷电波形，同时也是a n s i i e e ec 6 2 4 1 中指定的低压系统中的 浪涌测试波形，i e c 6 1 6 4 2 1 中也规定8 2 0 i l s 波形为i i 级分类试验的测试电流波形。 标准雷电流波形的双指数式表示为1 2 , 1 6 1 ( f ) = i 瓯( p 1 一p 肛) ( 1 1 ) 其中口被称为波头时间常数，p 被称为波尾时间常数。 图1 - 2 雷电流波形图 f i g r l - 2w a v e f o r mo f l i g h m i n gc u r r e n t 第4 页 第一章绪论 1 3 2 防雷保护区的划分l d l 图1 - 3 防雷保护区的划分 f 弛1 - 3d i v i d i n go f l i g h t n i n gp r o t e c t i o nz o n e s 图l - 3 中，l p z o a 是指未受到任何防护的空间，这个空间内的物体将会遭受直接雷 击，并承受全部雷电流，这个空间内的电磁场也没有得到衰减。l p z0 b 是指受到防护的 空间，此空间内的物体被认为不会遭受直接雷击( 此区内雷击概率很小，虽然不为零) ， 但雷电流未受到减弱，雷电电磁场也未得到衰减。这是得到接闪器或其它可提供直击雷 防护的物体的保护范围，一般在建筑物之外( 建筑物顶部和建筑物外部地面周围) l p z 1 是雷电流得到分流和雷击电磁场得到衰减的空间，这是建筑物内部的空间。l p z2 是 雷电流得到进一步分流和雷击电磁场得到进一步衰减的空间，是建筑物内部某一设有屏 蔽和电涌保护的空间，比如电子设备机房m 。 基于图l - 3 的s p d 配置图见图1 4 ，l b b 是接地等电位连接排l o c a lb o n d i n gb a r ) 。 图中，s p d 配置在各防雷保护区的交界面上，以限制过电压从一个保护区传递进入另一 个保护区，同时限制传递的电流值。 第5 页 1 3 3 雷电保护等级i 廿l 图1 - 4 建筑物内s p d 的配置图 f i 晷1 - 4l o c a t i o no f s p d si na s h u g , t u r e 在i e c 6 1 3 1 2 i 中，将首次雷击的保护等级分为4 类，各保护等级下的雷电流参数 见表1 1 表1 1 首次雷击时的雷电流参数 t a b l ei - ll i g h t n i n gc u r r e n tp a r a m e t e r so f t h ef i r s ts t r o k e 保护等级 雷电参数 单位 i i i i 一 电流峰值， k a 2 0 0 1 5 0 l o o 波前时间乃邮 1 01 01 0 半峰值时间乃 t t s 3 5 03 5 03 5 0 脉冲电荷量g cl o o7 55 0 比能量聊f m j ，n1 05 62 5 1 3 a 低压配电系统的保护等级 在i e c 6 0 3 6 4 中【嘲，将建筑物内电气装置按安装位置、过电压耐受水平分为4 类： i ，i 和，其电压分别为l1 s k v ，2 5 k v 。4 k v ，6 k v 。见表i - 2 。 第6 页 第一章绪论 表1 - 22 2 0 3 8 0 v 系统设备保护等级 t a b l e1 - 3p r o t e c t i o nl e v e li n2 2 0 3 8 0 vd i s t r i b u t i o ns y s t e m 保护等级 ihi l li v 冲击耐压( k v ) 1 52 546 负载类型需要特殊保用电设备配电线路和分电源处的设备 护的设备支线路的设备 1 3 s 低压配电系统的主要接线方式i 硐 i e c6 0 3 6 4 4 4 l 中给出了低压系统的三种基本配电方式： at n 一系统；b t t 一系统；c 。i t 一系统。 字母的含义如下： 第一个字母表示供电电源的接地方式： “t ”电源的一点直接接地( 通常是变压器绕组的中性点) ； 。i ”所有带电部分与地绝缘，或电源的一点通过阻抗接地。 第二个字母表示电气系统的裸露导电部分的接地方式： “t ”不论电源如何接地，裸露导电部分直接接地。 “n ”裸露导电部分直接连接工作接地电极( 电源的接地) 第三个字母表示中性线和保护线的布线方式 “s ”中性线和保护线分开 “c ”中性线和保护线结合( 同一根导线) 此外，根据地线和保护线的连接方式，在t n 一系统中有三种变化： t n s ：t n 吨 t n - c s 。在各种接线方式的配电系统中，典型s p d 配置方式如图1 - 5 至图卜8 所示； ，。，n 、旦 竺 i i il f m i 卿i l = t t f鞠ml lli f 刚fl 划i ui 俐 图1 - 5t n - s 系统电涌保护器安装方式 f i g1 - 5i n s t a l l a t i o ns c h e m eo f s p d i nt n ss y s t e m 第7 页 第一章绪论 _ - - h g l r a 0 6 i - _ 岫d _ 一 l 2二i= l 二f= l _ il 一l一中l 划 l 啦j il 噬刖i 图i - 6t n - c s 系统电涌保护器安装方式 f i g1 - 6i n s t a l l a t i o ns c h e m eo f s p d i l it n - c ss y s t e m ，r m l 一一 一 u = l二i = il二l 一- ii i 一卿i一嘞中l 划l 啤m l ll 啦列l i 图l - 7t t 系统电涌保护器安装方式 f i g1 - 7i n s t a l l a t i o ns c h e m eo f s p di l it ts y s t e m - h 由h 蝴d _ _ s 一_ - h 抽n p _ _ “h m - u 制 = l t 2 二l p e 一 脚f一嘞i u i 皂刚il 啦_ j l村l 图i 8i t 系统电涌保护器安装方式 f i g1 - 8i n s t a l l a t i o ns c h e m eo f s p d i ni ts y s t e m 第s 页 第一章绪论 1 3 6 低压配电系统s f d 配置接线示意图1 1 卫 图i - 9 低压配电系统s p d 配置示意图 f i g 1 9s c h e m eo f l o c a t i o no f s p di nl o w - v o l t a g ed i s t r i b u t i o ns y s t e m s 1 3 7 常用保护器件 低压系统的过电压保护装置一般由各种保护器件组成，目前用于低压系统过电压保 护的非线性保护器件很多，主要有3 大类【1 9 2 0 1 ： ( 1 ) 开关型s p d ( v o l t a g es w i t c h i n g t y p es p d ) 。在没有过电压作用时呈现高阻抗， 而在外加电涌电压达到一定阈值时，会突然变为很低的阻抗值，其卜i 特性曲线不连续。 用作开关型s p d 的器件主要有放电间隙和气体放电管( g a s t u b e ) 。 ( 2 ) 限压型s p d ( v o l t a g el i m i t i n gt y p es p d ) 。在没有过电压作用时呈现高阻抗， 而其阻抗会随着外加冲击电流和电压的增大而逐渐减小，具有连续的v - i 特性曲线。用 作限压型s p d 的器件主要有：氧化锌压敏电阻( v a r i s t o r ) 、齐纳二极管和雪崩二极管等。 ( 3 ) 组合型s p d ( c o m b i n a t i o n t y p es p d ) 。一个s p d 同时包含有开关型元件和限压 型元件，并根据外加冲击电压的不同，会呈现出开关特性、限压特性、或同时具有开关 和限压两种特性。 第9 页 第一章绪论 1 4 低压配电系统雷电过电压保护的特点 由上述介绍可见，低压配电系统中的雷电过电压防护具有以下明显的特点。 ( 1 ) 具有分级保护，多级配合的特点。