配电线路异常电压的保护研究

2016-12-12庄栋

中国新技术新产品 2016年19期

关键词：熔丝接点过电压

庄　栋

（国网山东省电力公司济南市长清区供电公司，山东济南 250300）

配电线路异常电压的保护研究

庄栋

（国网山东省电力公司济南市长清区供电公司，山东济南 250300）

配电线路异常电压情况包括：架空与地下线路发生短路、接地及断线引起的异常电压（含电压骤降）变化情形；配电线路异常电压发生前、后之暂态现象以及其对使用电容器、变压器、电动机及电子设备等的影响。本文介绍了防止电器烧毁的防制方法，以及提供异常电压保护设备的详细说明。希望通过相关可行的措施与建议可以给用户安全用电带来帮助。

配电线路；异常电压；保护研究

近年来，配电线路因断线（欠相）引起异常电压、用户中性线接触不良或遭受外力破坏，以致电压发生浮动现象，造成用户之设备损坏事故，时有所闻。目前用户使用电子设备等用电产品大幅增加，对于接地设备与系统的好坏更加敏感，于配电线路断线事故发生后，产生各种不同形式的异常电压，多半与用户电器设备烧毁相关。

本研究有必要针对市面上电视家电、电脑照明等电器设备的耐突波与过电压的能力进行了解。帮助用户了解常见的保护手段和装置，帮助用户选用性能较优的电磁开关来有效降低因过电压或电压复动所造成的电器烧毁事故。

1.异常电压保护方式

配电线路因事故引起异常电压以致电压发生浮动现象，造成用户的设备损坏事故，因此需靠保护配电线路的电压变动进而保护电压表避免烧损。因基本动作的不同分为过电压检出与不足电压检出的欠电压两种。

1.1过电压

当电压超过设定值时接点动作，一般过电压的电压设定值设定在正常电压值之的1.1p.u。

1.2欠电压

当电压低于设定值动作的电压，主要用途为当电压过低时隔离的保护，一般电压设定值为正常电压值的0.9p.u。

由于无法完全避免异常电压事故发生，当短路事故发生时，唯有靠保护正确与快速动作，使故障区域隔离降低设备损害程度。过电流也急速透过比流器检出电路短路或过负载引起的过电流，再依电流值之大小而动作的保护电驿，当故障电流愈大时，保护动作时间愈快，过电流电驿中有瞬时要素及限时要素两种动作要素。瞬时要素为检出额定容量之500%～1500%时动作，具有短时间时限特性；限时要素具有电流值大时动作快的反时限特性。当电流大于额定值1.1p.u即开始计时，一旦过电流持续时间超过继电器；动作时间则继电器动作。

2.常见的异常电压保护设备

2.1无熔丝开关

无熔丝开关主要作用在于防止电路过载及短路。一般家庭普通使用的开关有闸刀开关、无熔丝开关、漏电断路器等。闸刀开关配置有保险丝，当住户使用过多的电器时，保险丝便会熔断而断电，以免屋内电线超载而发火，造成火灾，因此当发生保险丝熔断要更换保险丝时，要注意保险丝的容量，不可任意加大，甚至以铜线替代。无熔丝开关优点是省去保险丝，同时不必因过载跳电而须每次更换保险丝的麻烦，并可重复使用，如有故障损坏，住户可自行装设。

无熔丝开关的极数有1P（极）、2P及3P三种，一般选用无熔丝开关是以标示中的额定容量（额定电流）为主。在控制系统中的中地线，不可单独使用无熔丝开关。连接无熔丝开关电路的导线安全电流不可小于无熔丝开关安全电流的额定容量。无熔丝开关的作动原理可分为热动式、热动电磁式及完全电磁式等3种：

（1）热动式：当负载电流超过额定电流时，双金属片因膨胀系数的不同，呈现弯曲现象。进而触动额定元件，打开接点，中断电源的供给。因双金属片遇热弯曲是累积热的结果，所以不适用于瞬间启断的短路保护，只能做过载保护用。

（2）热动电磁式：使用双金属片遇热弯曲的特性，做过载保护，原理同热动式；另以电磁场吸持的方式做短路保护，当线路短路时，因线路瞬时产生大电流，磁场大可迅速吸引可动铁心，以触动额定元件，将负载电流切断，达到短路保护的目的。

（3）完全电磁式：是以电生磁动的方式同时做过载及短路保护。在过载时，电流线圈产生的磁场尚不足以吸持可动铁片。但却能够克服油管内的弹簧及油的阻尼作用，缓慢吸引油管内的可动铁心，使可动铁心渐渐往电流线圈的中心移动，造成磁路磁阻减少，磁场逐渐加强，直至有足够磁力吸引可动铁片，触动额定元件，启断负载电流。至于短路时，因短路电流极大，线圈磁场大。因此不用等油管内的可动铁心移入中心位置，即具有足够的磁力直接吸引可动铁片，触动额定元件，启断负载电流。

2.2突波吸收器

目前常用之电路保护元件，如保险丝或是无熔丝开关的反应时间约在2毫秒（ms）之内，但突波的产生却是以微秒（ms）的时间来计算，两者相差1000倍以上，在来不及反应的情况下，突波所产生的能量就已损害电器产品。

一般家电产品内部只有简易的电源滤波器，对于防突波能力相当差。而市面上的突波保护器价格又相当昂贵，一般用户没办法负担。目前以UPS、突波吸收器、防突波延长线较被广泛使用。

2.3突波保护器

突波保护器（Surge protection Device）是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装置，过去常称为“避雷器”或“过电压保护器”英文简写为SPD。突波保护器的作用可避免设备或系统因瞬间突来的过电压损坏。

70%以上无法解释的电脑和电子设备故障皆因雷击和突波所造成，雷击所感应的电压突波由直接雷击点传送，范围可涵盖1km区域，造成相当大的破坏。SPD可避免设备或系统因瞬间突来的过电压损坏。防雷击强度高，具有高容量吸收能力。主要可分为以下3种类型：

（1）限压型SPD：无突波时为高阻抗，随着突波电流和电压的增加，阻抗连续变小。通常采用压敏电阻、抑制二极体（TVSS）类SPD的组件。漏电流小，反应速度快，残压低。

（2）电压开关型SPD（间隙放电器）：无突波出现时为高阻抗，当出现突波电压时突变为低阻抗。通常采用放电间隙、充气放电管类SPD的组件。放电能力强。

（3）组合型SPD：由电压开关型组件和限压型组件组合而成。综合限压型组件反应快及电压开关型组件放电能力强的特点。

2.4电磁开关

电磁开关（简称MS）是由开闭电流的电磁接触器（contactor）和保护负载的热动过电流继电器（Thermal overload继电器）组合而成。交流电磁开关利用主接点来开闭电路，用辅助接点来导通控制迴路。主接点一般只有常开接点，而辅助接点常有两对具有常开和常闭功能的接点，小型的电磁开关也经常作为中间继电器配合主电路使用。交流电磁开关的接点，由银钨合金制成，具有良好的导电性和耐高温烧蚀性。可快速切断交流与直流主回路和可频繁地接通与大电流控制电路的装置，因此经常运用于电动机作为控制对象，也可用作控制工厂设备、电热器和各种电力机组等电力负载，并作为远距离控制装置。电磁开关具有可高频率的做电源开启与切断控制，最高操作频率可达每小时1200次。而电磁开关使用寿命很高，机械寿命通常为数百万次至一千万次，电流寿命一般则为数十万次至数百万次。

交流电磁开关的动作动力来源于交流电磁铁，电磁铁由两个山字形的幼硅钢片叠成，其中一个固定，在上面套上线圈，工作电压有多种供选择。为了使磁力稳定，铁芯的吸合面，加上短路环。交流电磁开关在失电后，依靠弹簧复位。另一半是活动铁芯，构造和固定铁芯一样，用以带动主接点和辅助接点的开关。电磁开关的工作原理可分为以下3种。

（1）直热式：即电流直接通过双金属片，利用双金属片受热会弯曲的特性，推动绝缘板来启闭接点。

（2）间热式：即电流通过电热丝时，其产生的热量致使旁边的双金属片受热弯曲，推动绝缘板来启闭接点。

（3）混合式：即电流通过电热丝及双金属片，两者同时产生的热量使双金属片受热弯曲，推动绝缘板来启闭接点。