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        一起雷擊空開跳閘的技術(shù)分析

        2016-11-04 19:21:24黃柳卿莊達(dá)黃曉謝寶永朱舒曼
        科技與創(chuàng)新 2016年18期
        關(guān)鍵詞:雷擊熔斷器

        黃柳卿 莊達(dá) 黃曉 謝寶永 朱舒曼

        摘 要:通過對2016-05-02在中山市小欖鎮(zhèn)發(fā)生雷擊空開跳閘的建筑物進(jìn)行周圍環(huán)境調(diào)查、現(xiàn)場勘查、剩磁測試分析等和熱熔化值的計算分析,找出該建筑此次雷擊跳閘事故的原因是配電線路空開、SPD及其前端后備保護(hù)器的熱熔化值不匹配,配電線路空開的熱熔化值小于SPD前端后備保護(hù)器的熱熔化值,并根據(jù)實(shí)際情況提出了切實(shí)可行的整改意見。

        關(guān)鍵詞:雷擊;空開跳閘;熔斷器;熱熔化值

        中圖分類號:TM564 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2016.18.158

        2016-05-02T14:00,中山市小欖鎮(zhèn)附近閃電雷鳴,位于小欖鎮(zhèn)的某住宅入屋電源線路的總開關(guān)跳閘停電,業(yè)主認(rèn)為該次跳閘可能是因雷擊造成的,希望調(diào)查找出原因,避免以后類似情況出現(xiàn)。有關(guān)技術(shù)人員趕到事發(fā)現(xiàn)場調(diào)查,了解雷電災(zāi)害損失情況、發(fā)生的具體時間地點(diǎn)和發(fā)生時的現(xiàn)場情況。

        該住宅位于小欖鎮(zhèn),東經(jīng)113°15'5.58〞北緯22°40'17.56〞,樓高四層,建筑物周圍坐落著和該建筑物高度差不多的住宅。該建筑物安裝了符合國家規(guī)范《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB 50057—2010的防直接雷裝置,電源線路由附近變電站架空敷設(shè)到建筑物,進(jìn)入建筑物后,在建筑物總開關(guān)(使用脫扣電流為40 kA空開)后安裝了一級試驗(yàn)的單相電源SPD,Iimp=15 kA,Up=2.0 kV,在電源SPD前串聯(lián)了一個脫扣電流為63 kA的空開作為熔斷器,電源線路采用10 mm2多股銅線,電源線路如圖1所示。

        據(jù)現(xiàn)場人員反映,2016-05-02T14:00左右,周圍出現(xiàn)雷雨天氣現(xiàn)象。此時,一陣閃電雷鳴,接著整棟建筑物的用電設(shè)備停電,后來檢查發(fā)現(xiàn)總開關(guān)的空開跳閘了。據(jù)反映,該住宅近幾年內(nèi)在雷雨天氣時已經(jīng)發(fā)生多次空開跳閘的現(xiàn)象。

        1 原因分析

        1.1 現(xiàn)場勘查

        經(jīng)檢測,該建筑物已安裝了符合國家規(guī)范《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》的防直接雷裝置,接地電阻2.4 Ω,建筑物沒有遭受直接雷擊的現(xiàn)象。

        在建筑物總開關(guān)(使用脫扣電流為40 kA的空開)后安裝了一級試驗(yàn)的單相電源SPD,Iimp=15 kA,Up=2.0 kV,SPD連接導(dǎo)體采用6 mm2多股銅線,SPD接地電阻2.4 Ω,配電線路上安裝的電源SPD符合國家規(guī)范要求,電源線架空引入。入戶后,用戶配電線路采用10 mm2多股銅線,在電源SPD前串聯(lián)了一個脫扣電流為63 kA空開作為熔斷器。經(jīng)排查,這次雷擊過程中,該建筑物內(nèi)沒有電子設(shè)備遭受損壞。

        1.2 剩磁測試分析

        根據(jù)在雷擊電流通路及其附近的鐵釘、鐵絲、鋼管等鐵磁性物體被雷擊電流的磁場磁化,并留下一定強(qiáng)度的剩磁現(xiàn)象。對該建筑物上7支接閃短針進(jìn)行剩磁測試,測試結(jié)果為0~0.16 mT。

        對與SPD接地連接線相連接的接地端子(40×4×400鍍鋅扁鋼)的尖角以及連接的螺絲釘、螺絲帽進(jìn)行剩磁測試,測試結(jié)果為6~11.68 mT。根據(jù)《電氣火災(zāi)原因技術(shù)鑒定方法第2 部分:剩磁法》GB l6840.2規(guī)定:“處于雷電通道的雜散鐵件、釘類、鋼筋、金屬管道的剩磁數(shù)據(jù)在1.5~10 mT 之間”,因此可以判斷,該建筑物的防雷接閃裝置沒有接閃雷電流,但與SPD接地連接線相連接的接地端子有雷電流流過。

        根據(jù)上述調(diào)查結(jié)果分析,2016-05-02T13:00—15:00,該住宅附近發(fā)生過多次雷電接閃的事件,雷擊強(qiáng)度為2~39 kA,但雷電流沒有在該住宅的防直擊雷裝置上接閃,因此排除了雷電流接閃對該建筑物線路的影響,但SPD接地連接線相連接的接地端子(40×4×400鍍鋅扁鋼)的尖角以及連接的螺絲釘、螺絲帽的剩磁測試結(jié)果為6~11.68 mT。說明在此過程中,有脈沖雷電流流經(jīng)入屋電源線路和電源SPD。

        1.3 從熱熔化值對總開關(guān)的跳閘原因分析

        由上述分析結(jié)果可以確認(rèn),雷電流經(jīng)屋外架空電源線路入侵到建筑物內(nèi),但室內(nèi)電源線路上的空開為什么會跳閘呢?

        配電線路的空開與SPD后備保護(hù)器(空開)的熱熔化值匹配應(yīng)有相應(yīng)的匹配。在配電線路中,配電線路空開與SPD后備保護(hù)器安裝方式通常如圖2所示。

        如果配電線路熔斷器F1(以下簡稱“F1”)的熱熔化值小于SPD前端后備保護(hù)器F2(以下簡稱“F2”)的熱熔化值,當(dāng)雷電脈沖從電源線路入侵時,雷電流流經(jīng)F1、F2。當(dāng)雷電流產(chǎn)生的熱熔化值大于F1的I2t值而小于F2的I2t值,F(xiàn)1首先熔斷跳閘,從而引起了供電中斷。

        總開關(guān)的空開是為了向配電線路提供短路或嚴(yán)重過載保護(hù),因此空開選擇時考慮它的額定電流、時間/電流特性和它的熱熔化值,其熱熔化值(I2t)必須低于導(dǎo)線可能承受的熱熔化值。如果故障持續(xù)時間不超過5 s,則該建筑物配電線路采用10 mm2多股銅線。10 mm2多股銅線對應(yīng)采用的空開脫扣電流為40 A,因此脫扣電流為40 A空開的熱熔化值(I2t)為:40×40×5=8 000 A2·s。

        從上述計算結(jié)果可以看出,如果電源線路入侵首次雷擊的雷電脈沖電流I在5.59~8.8 kA的范圍內(nèi),由于該建筑物配電線路上安裝電源SPD的Iimp為15 kA,并且電源SPD前端后備保護(hù)器(空開)脫扣電流為63 A,因此能將入侵的雷電流排泄到大地上。但由于配電線路上的空開脫扣電流為40 A,其熱熔化值為8 000 A2·s。當(dāng)首次雷擊的雷電脈沖電流大于5.59 kA時,配電線路上的空開將會脫扣(跳閘)。為此,配電線路空開和SPD前端后備保護(hù)器的熱熔化值不匹配是該建筑物附近接閃雷電流時,雷電流通過電源線路入侵該建筑物,造成配電線路的空開跳閘的原因。

        2 解決問題的措施

        配電線路上空開熱熔化值的選擇是根據(jù)配電線路的I2t耐受值來決定。當(dāng)用電設(shè)備功率較小,而使用配電導(dǎo)線的截面積較小,從而決定著配電線路上空開的熱熔化值也較小。這時就會出現(xiàn)配電線路上的空開熱熔化值小于電源SPD前端后備保護(hù)器的熱熔化值的情況,不能保證建筑物供電的連續(xù)性。

        針對這種配電線路上的空開和SPD前端后備保護(hù)器的熱熔化值不匹配而產(chǎn)生線路跳閘、不能保證供電的連續(xù)性的情況,提出以下整改建議。

        為了使雷電脈沖電流能順利流經(jīng)電源SPD前端后備保護(hù)器,從SPD排泄到大地而不損壞設(shè)備,也不至于使配電線路上的空開脫扣跳閘,就必須讓雷電脈沖電流在到達(dá)配電線路上的空開前排泄到大地上,所以把電源SPD與配電線路的連接點(diǎn)設(shè)置在配電線路上的空開之前,同時在電源SPD與配電線路的連接點(diǎn)前安裝閘刀開關(guān),熔斷絲的熱熔化值與電源SPD前端保護(hù)器熱熔化值相同,如圖3所示。

        這種安裝方式既可以保證配電線路和設(shè)備的安全,又可以保證供電的連續(xù)性。

        3 結(jié)論

        本文通過現(xiàn)場調(diào)查、取證和剩磁測試分析和熱熔化值的計算分析,找出該建筑此次雷擊跳閘事故的原因是配電線路空開和SPD前端后備保護(hù)器的熱熔化值不匹配,配電線路空開的熱熔化值小于SPD前端后備保護(hù)器的熱熔化值。通過此次分析,提醒安裝符合國家規(guī)范的防雷裝置是重要的,同時以正確的方式安裝防雷裝置也是保障安全的措施之一。

        參考文獻(xiàn)

        [1]中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會.GB 50057—2010 建筑物防雷設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2010.

        [2]公安部沈陽消防科學(xué)研究所.GB 16840.2 電氣火災(zāi)原因技術(shù)鑒定方法第2部分:剩磁法[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1997.

        [3]謝寶永,黃柳卿,羅志勇,等.從熱熔化值角度研究低壓配電線路熔斷器與SPD后備保護(hù)器匹配問題[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計,2015(19).

        [4]中機(jī)中電設(shè)計研究院.GB 16895.5—2012 低壓電氣裝置[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2012.

        〔編輯:劉曉芳〕

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