0 引言

随着现代工业技术的不断发展，雷电过电压对电力、电子系统的危害也日益严重[1]。电涌保护器（SPD）是抑制雷电过电压的关键设备，其中又以氧化锌压敏电阻最为常用[2]。目前针对SPD的雷电防护研究较为成熟，涉及了具体保护机理[3]、两级和多级配合保护方式[4-6]、有效保护距离[7-8]、负载性质影响[9-10]等多方面，但是现有研究大多是针对8/20 μs、10/350μs冲击电流源或1.2/50～8/20μs组合波波形。

实测线路雷电暂态过电压观测数据和人工引雷数据[11-12]都表明：雷电暂态过电压通常呈衰减振荡，并且首个脉冲波头时间非常短。采用单脉冲电流源或组合波进行SPD防护分析可能与真实雷电过电压波作用存在一定差异。IEEE C62.41—1991[13]推荐采用0.5 μs-100 kHz标准振荡波来模拟真实雷电暂态过电压波形。因此有必要研究标准振荡波作用下负载性质对SPD防护特性的影响。

2.单义性：科技英语的词汇意义比较专一、稳定，特别是对于某一特定专业或分支，其词义狭窄，形态单一，定义时尽可能避免同形异义或同义异形现象。

本文通过EMTP软件[14]搭建标准振荡波发生电路，采用P-G压敏电阻等效电路模型，分析单级SPD和两级SPD防护下负载性质对被保护设备过电压的影响。最后讨论两种防护方式下，不同负载对应的有效保护距离，为标准衰减振荡波下的SPD防护提供参考。

1 标准振荡波发生电路

根据IEEE C62.41—1991定义的0.5 μs-100 kHz标准振荡波波形，第1个波头时间为0.5 μs，振荡频率为100 kHz，在0.5个周期内幅值衰减至初始峰值的60%以下，图1给出了标准振荡波发生电路图。图2给出了典型标准振荡波波形，幅值为6 kV。

图1 标准振荡波发生电路 Fig.1 Circuit of the standard oscillating wave generator

2 试验电路模型

标准振荡波冲击试验电路图见图3，主要考虑采用单级SPD防护和两级SPD防护两种情况。前后级SPD、SPD与负载之间均采用电缆连接，两级SPD间电缆长度取5 m，连接电缆采用PVC绝缘电缆[9]，标称截面2.5 mm2，相关电气参数：R=0.007 28 Ω/m，L=0.316 μH/m，C=0.13 nF/m。

图2 标准振荡波波形 Fig.2 Waveform of the standard oscillating wave

图3 冲击试验电路模型 Fig.3 Impulse test circuit model

“好！君子一言，驷马难追——”我站了起来，“你能来，我们也不玩了——从今天起——”从今天起干什么我没搞清，但我三把两把撕碎了扑克。猴子心疼得直咧嘴。巴克夏知道我玩的是趁机逃脱的把戏，并没拦我，在那儿发呆。

图4 P-G压敏电阻阀片模型 Fig.4 P-G model of Zno varistor

在P-G模型中，SPD的限压特性主要通过非线性电阻A1和A2体现，R0是用来抑制数值振荡的电阻，L0表征压敏电阻片的接线电感，L1是构成内外部磁场的电感，模型中各参数的取值与压敏电阻结构有关，具体计算公式参见相关文献[16]。

单级SPD防护中压敏电阻参考电压取750 V，10 kA雷电流冲击下残压为1 240 V，两级SPD防护中宜采取高低配合保护方式[18]，压敏电阻参考电压分别取750 V和510 V，对应10 kA电流冲击下残压为1 240 V和845 V。

大事记有明确的收录标准和范围。司马光在《资治通鉴》中论述大事的标准是:“专取有关国家兴衰,系民生休戚,善可为法,恶可为戒者。”与我们现在说的志书年鉴的资治、教化、存史的作用相类似。具体说，大事记的收录内容主要包括:行政区划的改动、机构的重大变化；重要政策法令的颁布实施，重要会议，主要干部的更迭；重大改革变革；重大工程建设；著名人物的活动；重要科技发明、科研成果和各条战线上的突出成就；严重自然灾害和重大事故；在本地首次出现的新事物；全国性大事或外地大事对本地区的重大影响等等。

SPD选用氧化锌压敏电阻，目前较为常见的压敏电阻片模型有非线性电阻模型、非线性电感模型、IEEE模型[15]和P-G模型[16]，IEEE模型和P-G适用的波头时间范围较宽，仿真结果与试验结果[17]较为吻合，但IEEE模型参数选取较为繁琐，，因此本文采用P-G模型，图4给出了P-G模型压敏电阻等值电路图。

3 仿真分析结果

3.1 单级SPD防护

SCR催化剂选用低温蜂窝式钒钛系催化剂，催化剂单元孔数30×30孔，设计运行温度为175～180℃，催化剂使用量约为50 m3/炉，设计入口SO2浓度≤50 mg/m3（日均值），粉尘入口浓度≤10 mg/m3；NOx设计脱硝效率62.5%（从200 mg/m3降至75 mg/m3）。

图5 单级防护下不同负载对设备过电压影响 Fig.5 Overvoltage across EUT with different types of loads in one-stage protection

单级SPD防护下，如果被保护设备电压保护水平为II类1.5 kV，阻性负载有效保护距离没有限制，感性负载有效保护距离＜5 m或＞50 m，容性负载有效保护距离＜4 m或＞60 m；如果被保护设备电压保护水平为I类1.2 kV，阻性负载有效保护距离没有限制，感性负载有效保护距离＜2 m或＞100 m，容性负载有效保护距离＜2 m或＞100 m。

根据IEC标准[20]推荐的II类电压保护等级对应的电压保护水平Up为1 500V，虽然单级SPD 10 kA雷电流冲击下残压为1 240V，但感性和容性负载的过电压仍然超过了1 500V，可能造成被保护设备的损坏。在安装SPD前，需要首先考虑负载的性质，尽可能避免负载与线缆之间的振荡引起的负载电压升高。

3.2 两级SPD防护

除了负载性质外，SPD和被保护设备之间的距离同样会影响被保护设备过电压，因此为了避免被保护设备的损坏，SPD与设备之间存在一个有效保护距离。图7给出了单级和两级SPD防护下被保护设备过电压随SPD与设备间线缆长度变化情况。

图6 两级防护下不同负载对设备过电压影响 Fig.6 Overvoltage across EUT with different types of loads in two-stage protection

通过图6可以看出，采用两级SPD防护方式后，无论是阻性负载、感性负载还是容性负载，被保护设备过电压都能够得到进一步降低，均未超过1 500 V，设备能够得到有效保护。同时，感性负载过电压波形振荡也得到了较为明显的抑制。

3.3 有效保护距离

图6给出了采用两级SPD防护方式下，不同负载幅值对被保护设备过电压影响，SPD与负载间连接电缆长10 m。

首先是排比。“红砖墙/老牌楼/琉璃瓦”这句是三字偏正式词语的排比，短短九个字就勾勒出具有古典美、岁月感的时代环境，使得整首歌都染上了古意。

图7 线缆长度对被保护设备过电压影响 Fig.7 Overvoltage across EUT vs length of cable

从图7可以看出，单级SPD和两级SPD防护下，阻性负载过电压随着线缆长度的增加而增大，容性负载和感性负载过电压则呈现先增大后减小的变化趋势。

图5给出了采用单级SPD防护方式下，不同负载幅值对被保护设备过电压影响，SPD与负载间连接电缆长10 m。

通过图5可看出，不同的负载性质对被保护设备过电压影响较大。阻性负载和感性负载情况下，过电压随着负载幅值的增大而增加，容性负载下，过电压随着负载幅值的增大而降低。阻性负载下，雷电波能量消耗很快，过电压波形衰减较为明显，感性和容性负载下，过电压波形会出现振荡，尤其是感性负载，波形振荡十分明显，出现这种振荡主要是由于负载阻抗与电缆阻抗不匹配导致[19]。

两级SPD防护下，如果被保护设备电压保护水平为I类1.2 kV，阻性负载和感性负载的有效保护距离没有限制，容性负载有效保护距离＜3 m或＞100 m。

考虑到连接电缆长度不可能过长，只有当电缆长度小于一定数值时，才能使感性负载和容性负载低于设备过电压保护水平，因此需要重点考虑感性和容性负载的防护，如选取参考电压更低的SPD。

如今，蓝宝石是国际公认的五大宝石之一，位于钻石、红宝石之后，排名第三。蓝宝石和红宝石互为姐妹宝石，他们都属于刚玉矿物，是除了钻石以外地球上最硬的天然矿物，基本化学成分都为氧化铝。

4 结语

利用EMTP仿真产生0.5 μs-100 kHz标准振荡波波形，研究了负载性质对SPD防护的影响，得到结论如下：

1）负载幅值对被保护设备过电压数值影响较大，阻性负载或感性负载情况下，过电压随着负载幅值的增大而增加，容性负载情况下，过电压随着负载幅值的增大而降低。感性负载过电压波形振荡十分明显。

2）采用两级SPD防护方式，能够进一步降低被保护设备过电压，设备能够得到较好的保护，感性负载过电压波形振荡也得到较为明显的抑制。

3）阻性负载情况下，被保护设备过电压随着线缆长度的增加而增大，容性负载和感性负载情况下，则呈现先增大后减小的变化趋势。

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