配電線路異常電壓的保護(hù)研究

莊　棟

（國網(wǎng)山東省電力公司濟(jì)南市長清區(qū)供電公司，山東 濟(jì)南 250300）

配電線路異常電壓的保護(hù)研究

莊棟

（國網(wǎng)山東省電力公司濟(jì)南市長清區(qū)供電公司，山東 濟(jì)南 250300）

配電線路異常電壓情況包括：架空與地下線路發(fā)生短路、接地及斷線引起的異常電壓（含電壓驟降）變化情形；配電線路異常電壓發(fā)生前、后之暫態(tài)現(xiàn)象以及其對使用電容器、變壓器、電動機(jī)及電子設(shè)備等的影響。本文介紹了防止電器燒毀的防制方法，以及提供異常電壓保護(hù)設(shè)備的詳細(xì)說明。希望通過相關(guān)可行的措施與建議可以給用戶安全用電帶來幫助。

配電線路；異常電壓；保護(hù)研究

近年來，配電線路因斷線（欠相）引起異常電壓、用戶中性線接觸不良或遭受外力破壞，以致電壓發(fā)生浮動現(xiàn)象，造成用戶之設(shè)備損壞事故，時有所聞。目前用戶使用電子設(shè)備等用電產(chǎn)品大幅增加，對于接地設(shè)備與系統(tǒng)的好壞更加敏感，于配電線路斷線事故發(fā)生后，產(chǎn)生各種不同形式的異常電壓，多半與用戶電器設(shè)備燒毀相關(guān)。

本研究有必要針對市面上電視家電、電腦照明等電器設(shè)備的耐突波與過電壓的能力進(jìn)行了解。幫助用戶了解常見的保護(hù)手段和裝置，幫助用戶選用性能較優(yōu)的電磁開關(guān)來有效降低因過電壓或電壓復(fù)動所造成的電器燒毀事故。

1.異常電壓保護(hù)方式

配電線路因事故引起異常電壓以致電壓發(fā)生浮動現(xiàn)象，造成用戶的設(shè)備損壞事故，因此需靠保護(hù)配電線路的電壓變動進(jìn)而保護(hù)電壓表避免燒損。因基本動作的不同分為過電壓檢出與不足電壓檢出的欠電壓兩種。

1.1過電壓

當(dāng)電壓超過設(shè)定值時接點動作，一般過電壓的電壓設(shè)定值設(shè)定在正常電壓值之的1.1p.u。

1.2欠電壓

當(dāng)電壓低于設(shè)定值動作的電壓，主要用途為當(dāng)電壓過低時隔離的保護(hù)，一般電壓設(shè)定值為正常電壓值的0.9p.u。

由于無法完全避免異常電壓事故發(fā)生，當(dāng)短路事故發(fā)生時，唯有靠保護(hù)正確與快速動作，使故障區(qū)域隔離降低設(shè)備損害程度。過電流也急速透過比流器檢出電路短路或過負(fù)載引起的過電流，再依電流值之大小而動作的保護(hù)電驛，當(dāng)故障電流愈大時，保護(hù)動作時間愈快，過電流電驛中有瞬時要素及限時要素兩種動作要素。瞬時要素為檢出額定容量之500%～1500%時動作，具有短時間時限特性；限時要素具有電流值大時動作快的反時限特性。當(dāng)電流大于額定值1.1p.u即開始計時，一旦過電流持續(xù)時間超過繼電器；動作時間則繼電器動作。

2.常見的異常電壓保護(hù)設(shè)備

2.1無熔絲開關(guān)

無熔絲開關(guān)主要作用在于防止電路過載及短路。一般家庭普通使用的開關(guān)有閘刀開關(guān)、無熔絲開關(guān)、漏電斷路器等。閘刀開關(guān)配置有保險絲，當(dāng)住戶使用過多的電器時，保險絲便會熔斷而斷電，以免屋內(nèi)電線超載而發(fā)火，造成火災(zāi)，因此當(dāng)發(fā)生保險絲熔斷要更換保險絲時，要注意保險絲的容量，不可任意加大，甚至以銅線替代。無熔絲開關(guān)優(yōu)點是省去保險絲，同時不必因過載跳電而須每次更換保險絲的麻煩，并可重復(fù)使用，如有故障損壞，住戶可自行裝設(shè)。

無熔絲開關(guān)的極數(shù)有1P（極）、2P及3P三種，一般選用無熔絲開關(guān)是以標(biāo)示中的額定容量（額定電流）為主。在控制系統(tǒng)中的中地線，不可單獨使用無熔絲開關(guān)。連接無熔絲開關(guān)電路的導(dǎo)線安全電流不可小于無熔絲開關(guān)安全電流的額定容量。無熔絲開關(guān)的作動原理可分為熱動式、熱動電磁式及完全電磁式等3種：

（1）熱動式：當(dāng)負(fù)載電流超過額定電流時，雙金屬片因膨脹系數(shù)的不同，呈現(xiàn)彎曲現(xiàn)象。進(jìn)而觸動額定元件，打開接點，中斷電源的供給。因雙金屬片遇熱彎曲是累積熱的結(jié)果，所以不適用于瞬間啟斷的短路保護(hù)，只能做過載保護(hù)用。

（2）熱動電磁式：使用雙金屬片遇熱彎曲的特性，做過載保護(hù)，原理同熱動式；另以電磁場吸持的方式做短路保護(hù)，當(dāng)線路短路時，因線路瞬時產(chǎn)生大電流，磁場大可迅速吸引可動鐵心，以觸動額定元件，將負(fù)載電流切斷，達(dá)到短路保護(hù)的目的。

（3）完全電磁式：是以電生磁動的方式同時做過載及短路保護(hù)。在過載時，電流線圈產(chǎn)生的磁場尚不足以吸持可動鐵片。但卻能夠克服油管內(nèi)的彈簧及油的阻尼作用，緩慢吸引油管內(nèi)的可動鐵心，使可動鐵心漸漸往電流線圈的中心移動，造成磁路磁阻減少，磁場逐漸加強(qiáng)，直至有足夠磁力吸引可動鐵片，觸動額定元件，啟斷負(fù)載電流。至于短路時，因短路電流極大，線圈磁場大。因此不用等油管內(nèi)的可動鐵心移入中心位置，即具有足夠的磁力直接吸引可動鐵片，觸動額定元件，啟斷負(fù)載電流。

2.2突波吸收器

目前常用之電路保護(hù)元件，如保險絲或是無熔絲開關(guān)的反應(yīng)時間約在2毫秒（ms）之內(nèi)，但突波的產(chǎn)生卻是以微秒（ms）的時間來計算，兩者相差1000倍以上，在來不及反應(yīng)的情況下，突波所產(chǎn)生的能量就已損害電器產(chǎn)品。

一般家電產(chǎn)品內(nèi)部只有簡易的電源濾波器，對于防突波能力相當(dāng)差。而市面上的突波保護(hù)器價格又相當(dāng)昂貴，一般用戶沒辦法負(fù)擔(dān)。目前以UPS、突波吸收器、防突波延長線較被廣泛使用。

2.3突波保護(hù)器

突波保護(hù)器（Surge protection Device）是電子設(shè)備雷電防護(hù)中不可缺少的一種裝置，過去常稱為“避雷器”或“過電壓保護(hù)器”英文簡寫為SPD。突波保護(hù)器的作用可避免設(shè)備或系統(tǒng)因瞬間突來的過電壓損壞。

70%以上無法解釋的電腦和電子設(shè)備故障皆因雷擊和突波所造成，雷擊所感應(yīng)的電壓突波由直接雷擊點傳送，范圍可涵蓋1km區(qū)域，造成相當(dāng)大的破壞。SPD可避免設(shè)備或系統(tǒng)因瞬間突來的過電壓損壞。防雷擊強(qiáng)度高，具有高容量吸收能力。主要可分為以下3種類型：

（1）限壓型SPD：無突波時為高阻抗，隨著突波電流和電壓的增加，阻抗連續(xù)變小。通常采用壓敏電阻、抑制二極體（TVSS）類SPD的組件。漏電流小，反應(yīng)速度快，殘壓低。

（2）電壓開關(guān)型SPD（間隙放電器）：無突波出現(xiàn)時為高阻抗，當(dāng)出現(xiàn)突波電壓時突變?yōu)榈妥杩埂Ｍǔ２捎梅烹婇g隙、充氣放電管類SPD的組件。放電能力強(qiáng)。

（3）組合型SPD：由電壓開關(guān)型組件和限壓型組件組合而成。綜合限壓型組件反應(yīng)快及電壓開關(guān)型組件放電能力強(qiáng)的特點。

2.4電磁開關(guān)

電磁開關(guān)（簡稱MS）是由開閉電流的電磁接觸器（contactor）和保護(hù)負(fù)載的熱動過電流繼電器（Thermal overload繼電器）組合而成。交流電磁開關(guān)利用主接點來開閉電路，用輔助接點來導(dǎo)通控制迴路。主接點一般只有常開接點，而輔助接點常有兩對具有常開和常閉功能的接點，小型的電磁開關(guān)也經(jīng)常作為中間繼電器配合主電路使用。交流電磁開關(guān)的接點，由銀鎢合金制成，具有良好的導(dǎo)電性和耐高溫?zé)g性。可快速切斷交流與直流主回路和可頻繁地接通與大電流控制電路的裝置，因此經(jīng)常運用于電動機(jī)作為控制對象，也可用作控制工廠設(shè)備、電熱器和各種電力機(jī)組等電力負(fù)載，并作為遠(yuǎn)距離控制裝置。電磁開關(guān)具有可高頻率的做電源開啟與切斷控制，最高操作頻率可達(dá)每小時1200次。而電磁開關(guān)使用壽命很高，機(jī)械壽命通常為數(shù)百萬次至一千萬次，電流壽命一般則為數(shù)十萬次至數(shù)百萬次。

交流電磁開關(guān)的動作動力來源于交流電磁鐵，電磁鐵由兩個山字形的幼硅鋼片疊成，其中一個固定，在上面套上線圈，工作電壓有多種供選擇。為了使磁力穩(wěn)定，鐵芯的吸合面，加上短路環(huán)。交流電磁開關(guān)在失電后，依靠彈簧復(fù)位。另一半是活動鐵芯，構(gòu)造和固定鐵芯一樣，用以帶動主接點和輔助接點的開關(guān)。電磁開關(guān)的工作原理可分為以下3種。

（1）直熱式：即電流直接通過雙金屬片，利用雙金屬片受熱會彎曲的特性，推動絕緣板來啟閉接點。

（2）間熱式：即電流通過電熱絲時，其產(chǎn)生的熱量致使旁邊的雙金屬片受熱彎曲，推動絕緣板來啟閉接點。

（3）混合式：即電流通過電熱絲及雙金屬片，兩者同時產(chǎn)生的熱量使雙金屬片受熱彎曲，推動絕緣板來啟閉接點。

結(jié)語

線路欠相事故會造成過電壓、以及過電流、雷擊突波，皆會對用戶端設(shè)備造成嚴(yán)重的影響，因此用電安全保護(hù)裝置對于用戶端來說是必要的，能有效減少用戶設(shè)備損壞。

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