一种新型电源线路全模保护模式
来源: 陈泽同 摘自中国防雷   发布时间: 2014-02-18 20:53   2271 次浏览   大小:  16px  14px  12px
本文介绍了一种新型电源线路结构形式,在电源系统中防护雷电及电磁脉冲具有全对称、全保护模式功能。
文章较好的阐述了目前市场上通用的防雷方式及全模保护方式,作者提到“半全模”,通过降低单片的压敏值,增加压敏数量,达到相间及线地的综合保护。

1、电源SPD安装模式现状

目前SPD或压敏电阻在电源线路上的应用,最典型,最全面的接线形式为七组合全模保护模式,如图1所示:

图1  16+1全模保护方式

这种保护模式的优势在于任意相,线间与地之间均有保护,劣势在于线零与相间使用的SPD戓压敏电阻导通电压不一样,极易造成误接线;組合多成本高也是这种接法不被接收的重要原因。这种6+1全保护结构模式只有特别重要场合才会采用

在图1所示的6+1全模保护模式的基础上,改进变形为目前最常用的电源保护模式,如下图2称为半全模结构模式。俗称“3+1”,意指3个限压型元器件加上1个开关型元器件组成的电路。它的优势在于线零,线地间保护较完善,组合简单,不易接错线,成本下降七分之三,但也存在明显的劣势。

                            

2 “3+1”保护模式

   劣势一是线间的SPD为了供电电源在单相对地短路情况下不出故障,往往釆用Uc=385V的保护单元,若不考虑这种故障,直接釆用Uc=275V的单元,可更有效的节约资源。

    劣势二是在半全模的半字上,其相间保护釆用二个单元在N点串接而成。如图2中L1,L2之间是由R1与R2在N点串接而形成保护,按照绝缘配合要求,低压系统设备的耐压一般为2500V/1min,尽管系统设备瞬时耐压会比较高,在什么情况下高到什么程度,是没有任何数据的,更何况新老设备的现状亦有很大不同。所以系统的绝缘耐压配合往往是按2500v/1min条件进行设计与匹配。2L1L2相间使用的SPD保护单元R1R2常为Uc:385VImax::40kAIn:20kA规格(MOV片采用34×34/621的规格),若在In条件下其残压值为:

1

其中UIn:  In条件下的限制电压

UIn/620: In条件下限制电压与导通电压比值

 注:2.3倍的电压比值仅按MOV片620V标准导通电压与In下最低的1430V限制电压计算不包含制作成SPD后所加金属结构件残压

计算结果很明显,因限制电压较高,有可能对相间绝缘耐压造成威胁。

    因此,虽然图2解决了1的成本高,易接错线的不足,但同时带来相间限制电压过高,可能对相间绝缘耐压造成威胁不容怱视。图3为最常用在单相电源保护上的模式,它的优缺点与上述大致相同。读者可自行分析。

图3 常用的单相电源保护模式

2模式改进

图4针对“6+1”、“3+1”模式的缺陷而提出的一种接法,称之为五模全对称全保护模式。该电路特点是:降低了毎单元的导通电压,节约了资源;在电源系统中做到导通电压,限制电压、残压、动态内阻基本相等;可靠保证其任意二线间的残压远远小于2500V(In=30kA条件下)。

仔细观察图4,在三相五线供电系统中,其中任意二线间的保护均由二个限压型SPD单元或MOV元件串联连接R1R2一组,R3R4一组,二组串接中线互连后又与R51一端连接,组成五模全对称全保护模式该模式的单元参数选择分析如下:

                               

图4五模全对称全保护模式

三相五线供电系统中由于二相间电压380V,又因SPDMOV単元串联组成,所以每组单元的最低导通电压是应遵循下式

           

                                                        (2

   式中:  V1mA=导通电压    U+U×10%=相电压有效值加10%电压波动率

        (U+U×10%)×1.4=相电压加波动率的峰值电压  

            10%=限压型单元导通电压的误差率   10%=安全余度

计算结果正好落在Uc=420v的范围内,若系统电压波动大,运行环境恶劣,则需提高波动率和安全余度。将上述结果平分,即是每个限压型单元的最低导通电压,本着就高不就低的原则,选择合适的MOV标称电压应该是361规格。此时按照1式计算相间残压值则为:

  360V×2×2.3=1650V     (3

远小于2500V的绝缘耐压要求。

 R51导通电压的选择与使用地点有关,若使用在变电站低压侧,需考虑高低压共地所产生的转移过电压。在一般二级防护中也可适当选高些。

  R51亦可用目前普遍使用的放电管,成为图5,电路对地内阻会降低各部的对称性,平衡性会有所下降

图5采用放电管的五模全保护模式

比较图1图2与图4的选择要点,限压型单元的导通电压是原用的近1/2左右,MOV基片价格下降,总组件成本持平或稍有上升,保护效果优势明显,减少资源浪费,做到物尽其用。

 图6是单相电源系统的全对称全保护的电路,其优点与上述相同。为了改善接地电阻,R51可以改用放电管,如图7所示。

                             

                 图6单相全对称全保护电路   图7采用放电管的单相全对称全保护电路