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基于冲击试验的低压系统SPD有效保护距离分析研究

更新时间:2016-07-05

0 引言

闪电是发生在大气层中大气现象,伴随着雷电,有声光电等多种物理现象发生[1-3]。近年来,人们对雷灾防护工作越来越重视,并且人们的防雷认识也有显著提高,电涌保护器的应用越来越广泛[4]。通过对电源线路和通信系统等雷电入侵路径加装SPD,来减轻或阻止雷电对电源、通讯等网络系统的造成的损害[5]。因此,信息通讯系统及各种电子设备以及建筑物中的电源线路和通讯线路都需要加装SPD进行保护,来减少雷电造成的损失[6]。秦中勤等在对电涌保护器对负载有效性保护仿真分析研究中发现,虽然安装SPD对后续被保护设备可以起到抑制雷电过电压的作用,但是不一定能够起到有效的防护作用[7]。张栋在低压配电系统SPD保护和配合的研究中,用ATP-EMTP软件进行仿真,线路用分布参数模型表示,对电阻负荷来说,负荷电阻越大,负荷电压的振荡幅度越大,SPD的有效保护范围越小[8]。由于每个国家参照的标准不同,产品的规格不但没有一致,参数的标识也各自分别有所侧重,远远不如其他电气产品的规范标准,这就给设计选型与实验研究带来发非常大的负面影响。因此,国外对SPD的研究并不完全适用国内研究,参考价值有限,本文没有过多涉及。本文实验使用的浪涌保护器,为直流电压(U1mA)选取621V的压敏电阻SPD(国内)[9-13]

5. 大数据时代的政府审计数据安全性与保密性问题突出。大数据技术能够把不同来源的、单一价值低的信息进行综合分析,从而得到有价值的信息,对信息的保密性与安全性提出较高要求。与此同时,政府审计过程中会接触和利用各种涉密资料和数据,无论是单位层面的财务和内部管理资料,还是国家层面密级较高的信息和数据,其泄露都可能给国家和被审计单位造成难以弥补的损失。大数据时代快速的数据处理、传播速度,要求每一个审计人员都应该加强安全意识,时刻将信息安全控制作为审计项目控制的重要环节来抓;审计机关需要不断加强授权和保密工作,确保数据的安全性,尤其是国家机密、企业商业秘密与个人隐私的安全性。

由于电涌保护器(SPD)安装在电源线路时可能对负载电压起到抑制作用,而导致SPD无法达到预期的有效性保护[14-16]。本文通过对不同负载进行冲击实验,研究负载与RVVP电缆特性阻抗匹配关系及波电缆中的折反射现象,分析得出低压系统SPD的有效保护距离与负载性质之间的定性关系。

1 组合波模型简介

本实验电压源使用混合波波形发生器,当混合波波形发生器的输出端为理想状态时:开路电压波为1.2/50 μs,短路电流波为8/20 μs,电压、电流幅值分别为6 kV、3 kA。SPD选用额定电压为621 V的压敏电阻型SPD,电压保护水平为1.5 kV。电缆为聚氯乙烯(PVC)混合料镀锡铜丝编织屏蔽绝缘电缆,芯线直径2.0 mm,电缆长度分别取3 m、6 m、9 m、13 m、15 m、25 m。而试验所用电阻阻值分别为5 Ω、50 Ω、300 Ω、1 000 Ω。电容采用400 pF、6 300 pF、100 000 pF,电感采用28 μH、60 μH、33 000 μH。实验中采用的负载分别为阻性、容性、感性时,实验模型见图1。混合波发生器模拟雷电流,经过浪涌保护器作用,通过控制变量法,改变电缆长度或负载特性继而测量SPD上和负载上的过电压,通过定量分析得出结论。

虽然为简化分析过程,但在SPD的保护范围和配合分析中,常常设定为理想环境而忽略线路的电阻值,只是突出主要问题和反映主要的影响因素。但在实际生活中,SPD连接导线仍然存在一小部分电阻,长的导线由于电阻影响会降低SPD的保护水平。因此为减小误差值,达到最佳的过电压保护效果,应该使其连接导线保持尽可能短。然而为了深入研究负载及电缆长度对负载上过电压的影响,实验中采用控制变量法,即电缆长度不变,测试负载不同值时,负载上的过电压的变化。随后改变电缆长度,测量各种负载条件下的SPD和负载上过电压,最后分析不同的特性负载和电缆长度对SPD保护性能的影响。

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图1 实验模型 Fig.1 Experimental model

2 实验设备及结果分析

2.1 实验设备

以10 m作为标准,电缆长度选6 m和15 m为例,分析阻性负载残压图(见图3)。当电缆长度小于10 m时,负载两端的电压波型与SPD两端的电压波型基本保持一致状态,电压波型在SPD与负载之间的折射和反射现象并不明显,即SPD有效地对负载的过电压防护,起到了保护的作用。当电缆长度大于10 m时,负载和SPD两端的电压将会开始产生振荡的现象,且随着电阻增大,过电压值也将上升,并且负载电阻越大,振荡的幅度越大,而SPD的有效保护范围将逐渐减小。

2.2 电阻负载对SPD保护距离的影响

银行运行期间,会制定和采取各种手段减少资金风险,确保整体经营安全,如果客户在借款后不能现金还款或者到期无法偿还债务时,银行多以法律或者协商方式进行。此后银行收取客户抵押给银行的资产以减少损失。在当今经济发现时期这种以物抵债的方式普遍存在。银行以物抵债主要有以下几种形式:首先是协议抵债,这种方式是银行与借款人双方协商,双方同意的情况下进行债权处理;其次是裁决抵债,这种方式是借助法院或仲裁机构进行调查核实,并最终进行判决或裁决,下发判决文书或裁决文件将借款人抵押的物品或者财产划归银行。

在实验室进行残压测量时,电缆首端安装SPD后,负载为电阻时所测得的不同的电缆长度时,负载上的残压数据。分析使用不同长度电缆时,变化负载电阻值大小对SPD残压的影响,见图2。

图2 负载电阻对SPD残压的影响 Fig.2 Influence of load resistance on residual voltage of SPD

从图5中可明显看出负荷电压的衰减振荡的过程。主要由于SPD的导通内阻并不为零,此时电阻提供了阻尼衰减作用。而且线路越短,振动幅度越小。这是因为当SPD安装时,距离负荷越近,保护效果就越好。

本实验运用的冲击电压波发生器,为SJTV-20冲击电压波发生器提供混合波(1.2/50 μs、8/20 μs)来模拟雷电流。冲击电压5 kV,运用Tektronix TDS 2022B型示波器产生波形,特性阻抗为75 Ω的聚氯乙烯(PVC)混合料镀锡铜丝编织屏蔽绝缘电缆(RVVP电缆),并选用不同大小的电阻、电容作为负载。

图3 不同电缆长度下负载电阻对SPD残压的影响 Fig.3 Influence of load resistance on SPD residual voltage under different cable lengths

2.3 电容负载对SPD保护距离的影响

以电缆长度为6 m,15 m为例,容性负载的残压图见图5。从图中可看出,当电容增大时,振荡电压的幅值在逐渐减小;当负载电容大于0.1 μF时,负载上电压显示出迅速下降的趋势,这一情形可充分说明SPD对大电容的保护效果会更好,即容性负载与SPD残压成负相关。并且可以得到,在电容很大的情况下,电缆长度的不断增加会导致负载上的电压有所上升。

在实验室进行残压测量时,电缆首端安装SPD后,负载为电容时所测得的不同的电缆长度时,负载上的残压数据。分析使用不同长度电缆时,变化负载电容值大小对SPD残压的影响,见图4。从图中可看出,当电容值很小,即为6 300 pF时,负载两端的电压峰值一直保持在1.65 kV以下,并且随着电缆长度的改变,负载两端电压不断变化,负载两端的电压峰值变化并不明显。因而对于小电容的负载,电缆长度的变化对负载两端的电压不会产生很大的影响,即SPD对其保护是失效的。

图4 电容对SPD残压的影响 Fig.4 Influence of capacitance on SPD residual pressure

图5 不同电缆长度下负载电容对SPD残压的影响 Fig.5 Influence of load capacitance on SPD residual voltage under different cable lengths

当电缆长度大于10 m,负载电阻为5 Ω时,无论电缆的长度是多少,负载两端的过电压峰值都会被限制在1.2 kV以下,并且负载电阻值与电缆的波阻抗匹配较好,此时电压波的折射和反射程度都较小,电缆长度将不会再影响负载两端的过电压水平。当负载电阻为1 000 Ω时,负载两端电压的变化显著,当电缆的长度超过了冲击波上升沿的电气长度的1/2π时,就需按传输线理论思想来思考电缆的特性,而不能再次忽略电缆两端的折射和反射了。并且随着电缆长度的不断增加,SPD和负载两端的电压振荡将会逐渐加剧。当负载阻抗与电缆阻抗不匹配时,差值越大,在负载两端的电压振荡也就越大,负载两端过电压峰值甚至可达到1.7 kV以上。

3 结论

选择阻性、容性负载作为研究对象,根据本文的实验数据,分析了低压系统SPD与不同类型负载和不同电缆长度对保护效果的影响。主要得出以下结论:

3.3 目前螺虫乙酯在苹果树、梨树、柑橘树和番茄上进行了登记,在在猕猴桃上没有进行登记。推荐在苹果树上的施药方式为3000~4000倍液喷施,在梨树和柑橘树上的推荐剂量为4000~5000倍液,安全间隔期分别为21 d、21 d和20 d;最多施用次数均为2次。本实验以3000倍液稀释液喷施2次,28 d后,猕猴桃中螺虫乙酯母体的残留量为0.06 mg/kg,远高于我国制定的0.02 mg/kg的最大残留限量值。因此螺虫乙酯在猕猴桃中施用合适剂量还有待进一步研究。

1)验证了SPD电涌保护器的有效保护与负载性质、大小、RVVP电缆长度均有密切的关系,不论负载呈阻性或容性,随着电缆长度的增加,负载两端的电压都会由电压波的折射和反射振荡造成电压变化而加剧,并且在电缆长度大于10 m的条件下,这种现象将更加明显。

2)当负载为电阻时,电涌保护器的有效保护距离与电阻值呈负相关;当负载为电容时,电涌保护器的有效保护距离与电容值呈正相关。

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李顺昕,朱正甲,李岩峰
《电瓷避雷器》 2018年第02期
《电瓷避雷器》2018年第02期文献

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