避雷器在电力系统应用中的问题分析论文
摘要:文中阐述了避雷器自身防护问题及其对电力系统的影响,简单的论述了避雷器的保护特性,分析了氧化锌避雷器在应用中的问题及解决问题的技术措施,探讨了防雷界的热点问题。
关键词:避雷器特性应用问题分析技术措施
1.应用中的问题探讨
1.1避雷器自身过电压防护问题
避雷器是过电压保护电器,其自身仍存在过电压防护问题。对于能量有限的过电压如雷电过电压和操作过电压,避雷器泄流能起限压保护作用。对能量是无限(有补充能源)的过电压,如暂态过电压(工频过电压和谐振过电压的总称),其频率或为工频或为工频的整数倍或分数倍,与工频电源频率总有合拍的时候,如因某些原因而激发暂态过电压,工频电源能自动补充过电压能量,即使避雷器泄流过电压幅值不衰减或只弱衰减,暂态过电压如果进入避雷器保护动作区,势必长时反复动作直至热崩溃,避雷器损坏爆炸,因此暂态过电压对避雷器有致命危害。如果已将全部暂态过电压限定在保护死区内不受其危害的避雷器,称之为暂态过电压承受能力强,反之称暂态过电压承受能力差。碳化硅避雷器暂态过电压承受能力强,但由于运行中动作特性稳定性差,常因冲击放电电压(保护动作区起始电压)值下降,仍可能遭受暂态过电压危害。无间隙氧化锌避雷器因其拐点电压(可近似地把参考电压当作拐点电压)偏低,仅2.21~2.56Uxg(最大相电压),而有些暂态过电压最大值达2.5~3.5Uxg,故有暂态过电压承受能差的缺点。对暂态过电压危害有效防护办法是加结构性能稳定的串联间隙将全部暂态过电压限定在保护死区内,使避雷器免受其危害。串联间隙氧化锌避雷器有此独具优点。
1.2避雷器自身对电力系统不安全影响
保护间隙和管型避雷器在间隙击穿后,保护回路再也没有限流元件,保护动作都要造成接地故障或相间短路故障,保护作用增多电力系统故障率,影响电力系统的正常、安全运行。应用氧化锌避雷器,从根本上避免保护作用产生接地故障或相间短路故障,且不用自动重合闸装置就能减少线路雷害停电事故。
1.3避雷器其连续雷电冲击保护能力
有时高压电力装置可能遭受连续雷电冲击,连续雷电冲击是指两次雷电入侵波间隔时间仅数百μs至数千μs,间隔时间极短。碳化硅避雷器保护动作既泄放雷电流也泄放工频续流,切断续流时耗最大达10000μs,一次保护循环时间要远大于10000μs才能恢复到可进行再次动作能力,故碳化硅避雷器没有连续雷电冲击保护能力。氧化锌避雷器保护动作只泄放雷电流,雷电流泄放(小于100μs)完毕,立即恢复到可进行再次动作能力,故氧化锌避雷器具有连续雷电冲击保护能力,这对于多雷区或雷电活动特殊强烈地区的防雷保护尤为重要。
1.4工频能源的浪费
只关注防雷器件泄放雷电流的限(降)压保护作用,轻视或忽视有些器件同时泄放工频电流浪费能源作用。保护间隙或管型避雷器保护动作可能伴随短路电流(几kA至几十kA)对地放电,碳化硅避雷器保护动作有工频续流(避雷器FS型为50A,FZ型为80A,FCD型为250A)对地放电,而造成能源浪费,使用氧化锌避雷器可彻底避免保护作用带来的工频能源浪费。
2.避雷器保护特性
2.1避雷器的保护特性参数
各种型号的避雷器在同用途同电压级时,其雷电残压参数相同或接近,这是因为各生产厂都是按国标规定决定残压值的。有人认为既然雷电残压值一样,它们的保护作用和效果也应是一样的,随意选用哪种型号都可以。这是一种偏见,因为除雷电残压外,还有其它保护参数,如工频放电电压值,冲击放电电压值,是考察避雷器暂态过电压承受能力,保证其长期正常运行的参数;又如是否有雷电陡波残压值,是标示避雷器防雷保护功能完全的重要参数。综合来看,只有串联间隙氧化锌避雷器齐备上述保护特性参数,也就是说它有齐全的防护功能。
2.2避雷器动作特性运行稳定性
碳化硅避雷器保护动作要泄放雷电流和工频续流,动作负载重,经计算每次动作泄放雷电流为0.04~0.07C电荷量,工频续流为0.5~2.5C电荷量,后者与前者相比一般为11~17倍,且其间隙数量多隙距,常因动作负载重使部分间隙烧毛烧损,另外瓷套外壳脏污潮湿也会影响内间隙电容分布,这些都可能使部分间隙失效而降低冲击放电电压值,即动作特性稳定性差,可能增加保护动作频度,或遭受暂态过电压危害,而加速损坏。串联间隙氧化锌避雷器保护动作只泄放雷电流而无续流,动作负载轻,间隙不需具有灭弧及切断续流能力,故间隙数量特少,3~10kV避雷器仅一个间隙,35kV避雷器为3个间隙串联,间隙的工频放电电压值与碳化硅避雷器相同,符合GB7327规定,故间隙隙距大,动作特性可保持长期运行稳定。
2.3串联间隙氧化锌避雷器
碳化硅避雷器因其间隙结构(隙距小,数量多)带来一些缺点:如没有雷电陡波保护功能;没有连续雷电冲击保护能力;动作特性稳定差可能遭受暂态过电压危害;动作负载重寿命短等。无间隙氧化锌避雷器因其拐点电压较低,有暂态过电压承受能力差,损坏爆炸率高和寿命短等缺点。串联间隙氧化锌避雷器既有间隙又用ZnO阀片,其间隙结构不同于碳化硅避雷器,因其间隙数量少,当过电压达到冲击放电电压时间隙无时延击穿,同时因隙距大动作特性稳定,故它可避免碳化硅避雷器间隙带来的一切缺点。串联间隙氧化锌避雷器的间隙已将全部暂态过电压限定在保护死区内免受其危害,故它可避免无间隙氧化锌避雷器因拐点电压偏低带来一切缺点。串联间隙氧化锌避雷器仍有前两种避雷器保护性能优点,而避免它们的缺点。
2.4避雷器运行工况监测
避雷器失效的主要特征是泄漏电流增大,运行中不易发现,有可能长时带病运行,以致扩大事故,故有必要监察其运行工况。碳化硅避雷缺乏监察手段,靠每年定期普遍测试筛选淘汰这样作事倍功半,还不能随时剔除失效品。氧化锌避雷器可附带脱离器,当其失效损坏时,脱离器自动动作(30mA时不大于8min)退出运行,以免造成更大损失和事故,提高运行安全可靠性。
3.避雷器应用
3.1避雷器外形尺寸
制造避雷器均按户内外两用条件决定其瓷套绝缘强度,其外形尺寸与阀片材料有关。当其用于架空线路或户外变配电设备时,因其相间距大,避雷器外形尺寸不会带来不良影响。户内手车式开关柜因其体积尺寸较小,避雷器外形尺寸大时会带来不良影响。碳化硅避雷器的SiC阀片其单位通流容量仅为ZnO阀片的1/4,在相同通流能力(5kA)条件下,SiC阀片直径较大,避雷器外径也大;在相同额定电压和残压条件下,碳化硅避雷器高度比氧化锌避雷器大。尤以35kV级的更为显著。如JYN1-35型手车柜的112方案,原用FYZ1-35型无间隙氧化锌避雷器,高仅650mm,装在柜后部隔室内简易手车上,上部有隔离插头,因该产品已停产,工程设计坚持改用FZ3-35型碳化硅避雷器,高1500mm,隔室高度不够,只得将母线室与隔室间隔板取消,避雷器直接与主母线相联,这样避雷器的测试或更换必需在整段主母线断电下进行,运行维护困难,而避雷器外径较大,相间空气净距不够,加装的相间绝缘隔板,有老化受潮绝缘事故隐患。氧化锌避雷器外径和高度相对较小,35kV级还可作成悬挂式,如Y5CZz-42/110L型串联间隙氧化锌避雷器,高度仅640mm。小型化避雷器更有利于手车柜内安装使用。
3.2避雷器性能价格比
无间隙氧化锌避雷器的阀片运行中长期承受电网电压,工作条件严酷,产品制造时要对阀片严格测试筛选,合格率低成本高,故价格也高;因它有暂态过电压承受能力差的致命弱点,不适于在我国3~35kV电网中推广使用。串联间隙氧化锌避雷器因有间隙,大大改善阀片长期工作条件,产品制造时对阀片测试筛选要求相对低些,合格率高成本低,价格也就便宜,串联间隙氧化锌避雷器价格比无间隙氧化锌避雷器普遍便宜,有时也比碳化硅避雷器(如3~10kV的FZ型)便宜,同时它对其它防雷器件都有扬长避短作用,实为当代最先进防雷电器,具有高的性能价格比,是避雷器更新换代的普及和推广产品。
3.3避雷器使用寿命问题
避雷器使用寿命与许多因素有关,除制造质量,密封失效受潮及其它外界因素外,避雷器阀片的老化速度是影响寿命的关键因素。碳化硅避雷器因其动作和负载重,续流大,动作特性稳定差,可能遭受暂态过电压危害等原因,加速阀片老化,寿命不长,一般7~10年,甚致有仅3~5年的。无间隙氧化锌避雷器的阀片长期承受电网电压,工作条件严酷,拐点电压低,动作频度大,还可能遭受暂态过电压危害,温度热损伤等原因,迅速加快阀片老化,寿命较短,有的比碳化硅避雷器还短。串联间隙氧化锌避雷器的间隙可保证阀片只在过电压保护动作过程承受高电压,时间极短(100μs内),在其它情况下阀片对于电网电压,或处于隔离状态(纯间隙时),或处于低电位状态(复合间隙电阻分压),大大改善阀片长期工作条件,还可免受暂态过电压危害和温度热损伤,保证阀片温度不超过55℃,从而保证避雷器寿命达20年以上。
4.氧化锌避雷器运行中的问题分析
我公司应用氧化锌避雷器始于80年代,运行至今在110KV母线上共发生6起事故,均为氧化锌避雷器本体爆炸,其运行寿命最长达110个月,最短的仅有11个月煴1为我公司110KVⅢ段母线避雷器爆炸统计表。
从运行时间上、安装的环境、气候、及生产厂,对损坏的氧化锌避雷器进行技术分析,造成氧化锌避雷器运行中爆炸的原因可归纳如下几项:
4.1氧化锌避雷器的密封问题
氧化锌避雷器密封老化问题,主要是生产厂采用的密封技术不完善,或采用的密封材料抗老化性能不稳定,在温差变化较大时或运行时间接近产品寿命后期,造成其密封不良而后使潮气浸入,造成内部绝缘损坏,加速了电阻片的劣化而引起爆炸。
4.2电阻片抗老化性能差
在氧化锌避雷器运行在其产品寿命的后期,电阻片劣化造成泄漏电流上升,甚至造成与瓷套内部放电,放电严重时避雷器内部气体压力和温度急剧增高,而引起氧化锌避雷器本体爆炸,内部放电不太严重时可引起系统单相接地。
4.3瓷套污染
由于工作在室外的氧化锌避雷器,瓷套受到环境粉尘的污染,特别是设置在冶金厂区内变电所,由于粉尘中金属粉尘的比例较大,故给瓷套造成严重的污染而引起污闪或因污秽在瓷套表面的不均匀,而使沿瓷套表面电流也不均匀分布,势必导致电阻片中电流IMOA的不均匀分布(或沿电阻片的电压不均匀分布),使流过电阻片的电流较正常时大1—2个数量级,造成附加温升,使吸收过电压能力大为降低,也加速了电阻片的劣化。
4.4高次谐波
冶金企业电网随着大吨位电弧炉、大型整流、变频设备的应用及轧钢生产的冲击负荷等的影响,使电网上的高次谐波值严重超标。由于电阻片的非线性,当正弦电压作用时,还有一系列的奇次谐波,而在高次谐波作用时就更加速了电阻片的劣化速度。
4.5抗冲击能力差
氧化锌避雷器多在操作过电压或雷电条件下发生事故,其原因是因电阻片在制造工艺过程中,由于其各工艺质量控制点控制不严,而使电阻片的耐受方波冲击能力不强,在频繁吸收过电压能量过程中,加速了电阻片的劣化而损坏,失去了自身的技术性能。
5.技术措施
针对冶金电网的特点及氧化锌避雷器几次事故分析的.结论,要保证氧化锌避雷器在网上安全可靠运行,应采取以下措施:
5.1设计选型
在设计选型上,应首选有多年稳定运行实践的产品,在选择生产厂时,应选择有先进的工艺设备和完善的检测手段的生产厂,才能保证所选用的氧化锌避雷器具有高的抗老化、耐冲击性能,以使在产品的寿命周期内稳定运行。
5.2在线监测
增设氧化锌避雷器的在线监测仪,并加强对在线监测仪的巡检力度,特别是在雷雨后和易发生故障的部位(有电弧炉负荷的母线段、氧化锌避雷器寿命已到后期)增加巡次数。定期给氧化锌避雷器进行各项电气性能测试及在线监测仪的校验。
5.3防污措施
采用必要的避雷器瓷套的防污措施,如定期清扫或涂以防污闪硅油,在氧化锌避雷器选型上选用防污瓷套型的氧化锌避雷器。
5.4谐波治理
加强电网谐波的治理力度,在有谐波源的母线段增设动态无功补偿和滤波装置,以使电网的高次谐波值控制在国家标准允许范围内。
5.5技术管理
加强对氧化锌避雷器的技术管理工作,即对运行在网上的每一只氧化锌避雷器建立技术档案,对出厂报告、定期测试报告及在线监测仪的运行记录均要存入技术档案,直至该避雷器退出运行。
据国外有关技术资料统计,氧化锌避雷器损坏的原因有雷电和操作过电压,受潮、污闪、系统条件、本身故障等,但仍有一定比例损坏的原因不详,故仍有其在运行中对事故原因不明确的问题。又因氧化锌避雷器的劣化速度的离散性,及雷电、操作过电压、谐波、运行环境等的随机性,都决定着氧化锌避雷器的安全运行的可靠性,故需在今后的工作实践中去研究、实验、探索和总结,以使得其在运行中的不安全因素可得以预防和完善。
广东雷宁普检测是已获得CNAS和CMA资质认可的专业第三方防雷检测机构,可提供防雷模块、天馈信号SPD、光伏直流电源防雷器、雷电防护连接件、压敏电阻、气体放电管等雷电防护产品防雷检测、认证及技术咨询服务。
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防雷检测范围
目前广东雷宁普电气检测实验室主要承接低压电力系统交流电涌保护器(SPD)、光伏系统直流电涌保护器(SPD)、电信和信号网络电涌保护器(SPD)、雷电防护系统部件(LPSC)、MOV、GDT等防雷装置和元器件的测试、认证和技术服务。
你应该是指的3+1接法的防雷器,无论限压型还是开关型,N-PE应该都是L-N的四倍,开关型防雷器一般是指B级,比如200kA雷打到建筑物接闪器上,50%会通过接地进入地,50%会通过B级防雷器放电,进入室内,均匀的分布在L1、L2、L3和N线上,每线的雷电流平均为25kA,这个假设是建立在没有其它管线如自来水管,煤气管和信号线的情况下,所以N-PE防雷器的通流量是L-N的四倍,限压型防雷器情况下一样。
国家与国际防雷标准和技术
一、引言
1998年 10月 14日是第 29届世界标准日,国际标准化组织 ISO主席、IEC主席和 ITU秘书长发表了题为《标准在日常生活中》的祝词。祝词指出:标准是一种“基准”,它给人们提供一个事物判别的准则,质量测量的依据和兼容及互联的保障。标准的目的在于帮助和服务于社会,帮助人们享受和利用环境而不破坏环境;帮助人们塑造生活而不是把生活搞的没有头绪;帮助人们安全的生活而不致遇到危险;帮助人们掌握先进科学的方法而不落后于社会;帮助人们学会用法律来保护自己的合法权益而不被轻易损害。
世界三大标准化组织均在致力于国际标准化工作。IEC(国际电工委员会)在其所颁布的标准前言部分均宣称:为促进国际上的统一,各IEC国家委员会应尽最大可能地将IEC标准作为他们的标准,对国家标准与IEC相应标准中的任何分歧,应在该国家标准中明确指出。《中华人民共和国标准化法》规定。“国家鼓励采用国际标准和国外先进标准”。国家经委、计委、科委和技术监督局联合发出《关于推进采用国际标准和国外先进标准的若干规定》(1993年532号文)更明确指出:“采用国际标准和国外先进标准是我国一项重大的技术经济政策,是促进技术进步,提高产品质量,扩大对外开放,加速与国际惯例接轨,发展社会主义市场经济的重要措施。”
标准来自实践和科学研究,是千百万科技工作者智慧的结晶,随着技术的进步,标准也在不断地修改和更新。在IEC标准中均有如下说明:本标准出版时的版本是有效的,鼓励采用标准文件的最新版本。我国国家标准也常用下达“修订单”的形式进行标准修改,或在新标准颁布的通知中说明原标准的作废。采用和推广国际标准是世界上一项重要的廉价技术转让。目前世界上含我国在内的大多数国家,均采用等效使用的原则,大量使用国际标准,促进本国技术进步。
二、国际防雷技术标准框架
防雷技术标准的编制工作主要由 IEC和 ITU(国际电信联盟,过去称为CCITT)进行,根据协议IEC与ISO紧密协作。各国电工委员会(IEC国家委员会)参加 IEC关于电气和电子领域标准化的国际合作,并履行义务,将 IEC标准等效(eqv)或等同(idt)采用为该国国家标准。
最早的国际防雷技术标准工作是由 IEC/TC81(第81技术委员会——防雷)在1980年开始进行的,最初的目标是制定建筑物防雷标准和指南。中国是25个P成员(Participating members),属积极参加工作,承担对标准草案投票表决的义务,尽可能参加会议的国家。林维勇先生作为中国代表参加了1992年会议,目前正参加对IEC1024-l的修订工作。
随着电子设备遭受雷电过电压(标准中又常称大气过电压)和投切过电压(电网的投入或切除,又称操作过电压)的损失日趋严重,经IEC中央办公室协调,部分 TCSI专家加入 IEC其他有关委员会工作,而其他委员会专家又应邀加入 TCSI委员会工作,使各学科技术得以相互渗透,由于工作量的侧重不同,在防雷技术标准的颂布上,由除TC81外,相关的尚有TC64、TC37、TC77颁布的建筑物电气装置、过电压保护装置、电磁兼容(EMC)等有关标准。 ITU和 CIGRE(国际大电网会议)也分别从电信行业,供电系统行业特点,颁布涉及到本行业的防雷技术标准,其原则是在与IEC标准不矛盾的情况下制定更具体可行的技术标准。
在国际标准化组织卓有成效的组织下,各国专家得以充分发挥,自1990年 IECI 0241颁布后,出台了大量防雷技术标准,且有许多草案在讨论中,为解决飞速发展的电子技术与相对滞后的防护技术这一突出矛盾的中国现实提供了廉价的技术转让。
三、关于中华人民共和国(国家)标准的说明
国家标准分为强制性(GB)和非强制性(GB/T)又称自愿性或推荐性,由设计单位自愿选用。
除国家标准外,尚有行业标准(电力标准DL,邮电标准DY,铁道标准TB等)。行业标准也有自愿性标准,如 TB/T。此外,尚有地方标准DB、工程标准化协会标准CECS等。
我国的建筑物防雷标准最早为GBJ57-83。1994年11月由起草人林维勇先生按IEC 1024-1进行了修订,即GB50057-94《建筑物防雷设计规范》。在《规范汇编》中许多行业、系统的直击雷防护技术标准均源自GBJ57-83或GB50057-94。从现在的观点看GB50057-94是符合IEC1024-l的原则的,但有些规定已落后了。林维勇先生在一封来信中写到:“分开接地不是方向。下次修订防雷规范时,可能会将分开接地的内容(除第一类防雷建筑物的独立避雷针,架空避雷线外)删去。因等电位连接(包括50Hz人身安全)将是首选措施。它的作用和意义正逐渐为人们所接受。”
1996年10月29日,一批在京的专家开会发出呼吁:“只要正确遵循防雷设计规范的各个环节,就可以大大减少雷电灾害。把雷击造成的损失限制到可以接受的程度。 IEC/TCSI正在编制防雷电磁脉冲(LEMP)的一系列标准,其中对敏感电子装置的防护占有相当的条款,1995年已正式出版第一部分通则( IECI312- l)。我国应给予足够的关注并制定相应的规范或参照执行。”
1998年国家计委批准中国气象局科研项目“气象台站现代防雷技术的研究”,其中一项为“防雷技术标准”的制定,这项工作1999年10月全面完成。同时,与公安部联合编制的《计算机信息系统雷电防护技术规范》已完成,并正式实施。这几个标准可能是我国国内较早参照IEC标准综合制定的系统防雷标准,起到了积极的作用。
国标《建筑物电子信息系统防雷技术规范》(GB50343-2004)于2004年6月1日起实施,第5.1.2、5.2.5、5.2.6、5.4.1(2)、7.2.3条(款)为强制性条文,必须严格执行。本规范制定为了防止和减少雷电对建筑物电子信息系统造成的危害,保护人民的生命和财产安全。
规范适用于新建、扩建、改建的建筑物电子信息系统防雷的设计、施工、验收、维护和管理。
本规范不适用于易燃、易爆危险环境和场所的电子信息系统防雷。
按本规范在进行建筑物电子信息系统防雷设计时,应根据建筑物电子信息系统的特点,将外部防雷措施和内部防雷措施协调统一,按工程整体要求,进行全面规划,做到安全可靠、技术先进、经济合理。
电子信息系统的防雷必须坚持预防为主、安全第一的原则。当需要时,可在设计前对现场雷电电磁环境进行评估。
电子信息系统的防雷应根据环境因素、雷电活动规律、设备所在雷电防护区和系统对雷电电磁脉冲的抗扰度、雷击事故受损程度以及系统设备的重要性,采取相应的防护措施。
电子信息系统应采用外部防雷(防直击雷)和内部防雷(防雷电电磁脉冲)等措施进行综合防护。
四、国际防雷标准简介
1.直击雷的防护(外部防雷)
IEC1024-1:在1990年这是第一个国际防雷标准,它适用于高度60m及以下建筑物防雷装置的设计和安装,不适用于铁路系统、建筑物外的输变电系统和输电讯系统以及移动的船舶、车辆和飞机。
标准中第一句话是;“防雷装置不能阻止雷闪的形成”。林维勇老师最近参加 IEC/TC81标准修改时看到这句话进行了如下修改:“应该注意到,到目前为止还没有一种装置(或方法)能阻止雷电的产生,也没有能阻止雷击到建筑物上的器具和方法。采用金属材料接闪、引下并导入大地是目前唯一有效的外部防雷方法。”
在GB50057-94中,大量引用IEC的术语和定义,如防雷装置在IEC中为“用于对需要防雷的空间作防雷电效应的整个装置,它由外部防雷装置和内部防雷装置组成”。“外部防雷装置由接闪器、引下线和接地装置组成”。“内部防雷装置是除外部防雷装置以外的全部附加措施。它们可能减小雷电流在需要防雷的空间内所产生的电磁效应”。GB50057-94名词解释是:“防雷装置:接闪器、引下线、接地装置,过电压保护器及其它连接导体的总合。”请注意IEC在此提出了外部防雷与内部防雷的概念,外部防雷就是应用外部防雷装置(接闪器、引下线、接地装置或兼而有之的法拉第笼)吸引雷电并尽快和畅通无阻的将雷电流引入地中安全泄放。马宏达老师分析认为:防雷如同防洪,其原理是为雷电脉冲电流提供一条低阻抗的通道(注:外部防雷),同时防止通过磁场和电场对设备的干扰(注:内部防雷)。对半导体消雷器之争焦点首先在于其是否能阻止雷闪的形成(所谓“消雷”功能),其次在于利用非金属材料接闪(如碳素纤维外涂漆物,或如优化避雷针使用玻璃钢管内置食盐水等高阻液体)在接闪器与引下线之间串上35KΩ的“限流”物,是否会产生积极的作用,对照IEC标准说明的原理,应该是非常明白的了,迄今为止IEC的标准中未对任何非常规接闪器给予肯定。在国外只有法国、西班牙和南斯拉夫分别批准了E.S.E(具有提前放电功能的避雷针)标准,但在1992年和1995年IEC/TC81会议上,都没有作出明确的决定,既不否定,也不肯定,只是呼吁各国科学家对这类避雷装置作更深入的研究。
我们可从IEC1024系列标准的标题上得知,目前已颁布和尚属草案的1024-l、2、3和1-1、l-2都是外部防雷标准,但均与内部防雷关联。如1998年5月颁布的IEC1024-1-2附录B的标题为:“内部装置中抗感应电流影响的防护”。内容涉及到除外部防雷装置之外的线路屏蔽,适合的内部线缆布线路径和内部电气与通信装置的定位。同时示例说明一个建筑物上一次雷击造成的电压和能量的估算方法。IEC1024-2对高于60m的建筑物提出了防雷的附加条件,IEC1024-3对易燃易爆场所提出了附加条件。
IEC外部防雷标准给人总的感觉是比较细,有些国外标准如美国防火协会(NFPA780:1992)的“雷电防护规程”,英国标准(BS6651;1992)的“构筑物避雷的实用规程”,日本工业标准J15(JISA4201-1992)“构筑物等的避雷设备”也同样细致的对船舶、风力发电站、体育场、大帐篷、树木、桥梁、停泊的飞机、储罐、海滨游乐场、码头乃至露天家畜养殖场的外部防雷做出规定。特别要提出的是,一些标准对石头山地的接地装置在很难达到规定的低阻值时做出这样的规定:在地面平铺环型扁钢,并与被保护物的引下线在四个方向连接,环型地的半径不应小于5m,这种等电位连接方式同样能起作用。
关于外部防雷国家标准和国外标准一致认为:外部防雷的标准是建立在对雷电的统计规律上的,是在绝对保护与防雷装置耗费之间取的折衷方案。也正是GB50057-94中所讲的:“按照本规范设计的防雷装置的防雷安全度不是100%”。今年1月林维勇老师在写给我的一封信中介绍了修改GBJ57-83为GB50057-94过程中的一件事:采用滚球法后,保护范围比过去小很多,因此需增加避雷针和架空线的高度或数量,一些单位,特别是那些经常采用独立避雷针和架空线的单位有意见,最后只能将IEC规定的滚球半径加大,一类由20m加大到30m,二类由30m加大到45m,这也是一种妥协或折衷。
2.雷击电磁脉冲的防护(内部防雷)
IEC61312系列目前正式颁布的有1312-l通则:1995年。这个通则介绍了内部防雷的原则,同时对1992年版1024-1-l公布的雷电流参数确认和给出雷电波形图。分析和研究雷电流参数是雷击电磁脉冲(LEMP)防护的基础。
1998年3月IEC61312-2的投票稿“建筑物的屏蔽、内部等电位连接及接地”交各国IEC委员会投票,其截止时间为1998年8月31日,很快便可颁布施行。这项标准对建筑物的屏蔽计算、等电位连接网络和共用接地做出了详细的规定。最近西安交大叶佩生教授主编的《计算机机房环境技术》一书出版,在第六、七章大量引用了IEC标准,而第八章“计算机机房屏蔽技术”由于定稿时尚未拿到我们(广东省防雷中心和华云克雷公司)对IEC61312-2新版的译稿,内容有些单薄,请大家学习时注意。
IEC61312-3 1996主要内容是电涌保护器(SPD);
IEC61312-4 主要是介绍对己建好的建筑物如何完善内部防雷的规定;
IEC61312-5 是内部防雷的应用指南。
针对通信线路的防雷,IEC编制了61663系列标准。
综上所述,内部防雷的主要内容有:雷电流参数和雷电波形、防雷保护区的划分、屏蔽、等电位连接及接地、合理的布线位置和电涌保护器(SPD),它们与外部防雷形成了综合防雷体系。
3.电涌保护器(SPD)
电涌保护器(Surge Proteltive Device)又称浪涌保护器或过电压保护器。有些厂商称作避雷器是不妥当的,叫作防雷保安器也是错误的。IEC标准关于SPD的有:IEC61312-3,61644-1,61647-l、2、3、4,61643-l、2、3,60364-5-534,60364-4-443等。在电磁兼容(EMC)领域里还涉及到对SPD进行模拟试验的方法。这个方面的问题相当复杂,只能在此介绍一下标准,有兴趣可参阅清华大学《工科物理》杂志“现代防雷专辑”(一)、(二)。
4.低压系统内设备的绝缘配合
航空设计院王厚余老师参加了IEC/TC64的工作,是国内绝缘配合技术的权威。王老师起草的《低压配电设计规范》GB50054-95和近年来宣传IEC标准以解决低压电气装置的损坏和人身伤亡问题的论文很多,值得认真学习。在TC64的标准中,我只列举IEC 60364-5-534: 1997“过电压保护装置”一节。这一节提出了建筑物电气装置的SPD的选择和安装要求。这些要求与IEC/TC81的标准原则是一致的,如为防止暴露地区受到10/350μs波形的大能量浪涌冲击,在多级保护中第一级SPD均采用开关型SPD,既使用放电间隙,第二级采用氧化锌压敏电阻(MOV)为主要元件的SPD。为解决MOV因老化而寿命终止带来的短路故障,在IEC60364-5-534中均在并联在低压线路中的SPD前端加装了F(保险丝、熔断器、RCD)。
5.电磁兼容、ITU及其它标准及资料情况介绍
电磁兼容(EMC)的定义是:设备或系统在其电磁环境中能正常工作,且不对该环境中任何事物产生不允许的电磁骚扰的能力。IEC/TC77出版了大量EMC文件。由于雷电和投切过电压都是常见的外部干扰源,因此EMC文件中有许多与设备或系统的LEMP防护标准和测试标准。
国际电信联盟(ITU)原称CCITT,它结合电信系统的防护出版了大量的相关标准,一般称为蓝皮书或K建议系列。大家通过附件1(五)可见一斑。ITU.K系列不仅直接对电信系统有效,其原理与方法也可以在其它系统参考使用。
上述标准有的己正式出版,有的属内部交流使用。还有一些标准正在编译中,不久便可付印,请大家关注。
从事防雷减灾工作不仅要了解防雷技术标准,而且应了解服务对象的相关标准。如《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》、《建筑与建筑群综合布线系统工程施工及验收规范》。又如邮电出版社大量出版了YD系列标准:涉及到综合电信营业厅设计、城市住宅区和办公楼电话通信设施验收、卫星通信地球站工程设计、本地网通信线路工程验收、共用计算机互联网工程设计、同步数字系列(SDH)微波接力通信系统工程设计等等邮电工程设计和验收规范。