8/20μs和10/350μs SPD等效性的讨论

1 前言 8/20μs和10/350μs是二种用来测试SPD性能的标准波形.据长期观测,首击雷电流的统计波形为10/350μs.因而在电源的雷电防护中,设备在首级SPD应采用10/350μs波形测试S PD,而后级由于首级导通后,时间常数改变,则采用8/20μs波形测试SPD.但目前大多厂家对SPD的性能测试采用8/20μs波形,因此,工程上出现这样的问题:这二种波形测试的SPD 可互换否?若行,它们之间的关系如何?     

两种试验类型防雷SPD之间的电流值换算

为探讨Ⅱ级试验防雷SPD(浪涌保护器)的最大放电电流I_(max)(8/20μs)值与Ⅰ级试验防雷SPD的冲击电流I_(imp)(10/350μs)值之间的等效关系,采用将I_(max)(8/20μs)电流波和I_(imp)(10/350μs)电流波分别等效为斜角波的方法,分别计算Ⅱ级试验SPD承受的I_(max)(8/20μs)电流波能量和Ⅰ级试验SPD承受的I_(imp)(10/350μs)电流波能量,令两者的能量相等,分析计算出I_(max)(8/20μs)和I_(imp)(10/350μs)应满足的比值关系。通过分析计算得出:当Ⅱ级试验SPD的电压保护水平值与Ⅰ级试验SPD的电压保护水平值相等时,Ⅱ级试验SPD的最大放电电流I_(max)(8/20μs)值为Ⅰ级试验SPD的冲击电流I_(imp)(10/350μs)值的21.56倍,两者所能承受的能量大致相等。     

标准雷电波形的频谱分析及其应用

标准雷电波频谱分析可以获悉其电压、电流在不同频段的振幅、能量等分布，为防雷器件和电子设备的标准波形7中击试验以及基层雷电防护工作提供技术参考。选取常用的8／20（μs）、10／350（μs）波形、后续雷击0．25／100（μs）波形和国家标准推荐雷电试验波形（10／200、4／300、1．2／50、10／700（μs）），通过连续傅立叶变换计算了不同波形的振幅、能量的频谱变化，并与自然闪电辐射场的频谱进行了比较。结果表明雷电电流波形的振幅和能量主要集中在低频部分，振幅频谱主要集中在1MHz以下，能量主要集中在几kHz到几百kHz；半峰值时间t2是雷电波振幅和能量频谱分布的主要因素，t2的大小决定了低频部分的谐波丰富程度。这些结论在雷电防护设计和应用中起到一定的参考作用。     

基于自然闪电下的限压型SPD残压特征分析

选取2017年6月15日和7月8日的2次人工引雷试验人工触发闪电数据,对采集系统记录了2次有明显残压波形的数据进行分析,结果表明:2次人工触发闪电的平均回击雷电流幅值为11.00kA,平均雷电流波形10%~90%的上升时间为0.24μs,平均雷电流的半峰宽度为10.98μs,平均雷电流的回击波形10%~90%的上升陡度38.20GA/s。2次人工触发闪电的平均残压持续时间为387.1μs,残压峰值平均值为969.4V,残压平均值为759.6V。自然闪电通常具有多回击、回击间隔时间短、放电过程复杂多样等特点,有可能破坏SPD热稳定性,加速老化,甚至可能被击穿;而该试验中SPD没有被损坏,主要是因为:人工触发闪电造成架空线路近距离发生闪电感应,尽管SPD的残压值高,但是电流比较小,所以SPD承受的能量不大。     

基于人工触发闪电的开关型SPD性能试验

基于火箭人工引雷,对安装于低压架空配电线路上的开关型SPD进行性能试验。试验中发现,人工触发闪电的初始连续电流过程和回击过程在低压架空线路上感应出的正、负极性过电压在数值上相当,M过程感应出的正、负极性过电压在数值上差异较大,其中回击过程感应过电压幅值最大,均为10.23 kV。对应初始连续电流过程、回击过程和M过程,开关型SPD动作呈现出明显的点火、电弧、熄弧等过程,泄放雷电流的残压持续时间达毫秒量级。回击过程对应的SPD动作过程中存在明显的工频续流,M过程由于电流和能量都相对较小,工频续流过程不明显。雷击电磁脉冲在架空线路上耦合引起的过电流波的波前时间和波尾时间较实验室采用的8/20μs模拟雷电感应波的波前时间和波尾时间大很多倍,其对SPD的考验更残酷。     

MOV长波和短波通流容量的折算关系探讨

目前IEC(国际电工委员会)和我国国家标准对SPD(电涌保护器)的通流容量要求(工程中常以最大放电电流Imax表征通流容量)有两种波形:10/350和8/20μS,分别用于SPD的Ⅰ类和Ⅱ类试验中.     

Ⅱ级试验SPD泄放雷电冲击电流的可行性

通过试验的方法,采用脉冲电流发生器,对不同标称放电电流的Ⅱ级试验SPD,施加波形为10/350μs的电流波,考察Ⅱ级试验SPD所能通过的冲击电流与其标称电流的关系,从而对用Ⅱ级试验SPD泄放雷电冲击电流的可行性进行分析。试验结果表明:试验中的四个不同品牌型号的Ⅱ级试验SPD分别能通过其标称流0.075、0.075、0.1、0.125倍的冲击电流值,平均理论偏差为-6.25%,与相关理论研究相符;用Ⅱ级试验SPD泄放雷电冲击电流是可行的,但对于所能通过的冲击电流与标称放电电流的比值,不同品牌和型号之间有较大差异。由于受市场上实际产品的限制,在实际应用中,用Ⅱ级试验SPD代替Ⅰ级试验SPD作为第一级SPD可行性低。     

基于ATP-EMTP的F-D模型残压误差模拟分析

金属氧化物压敏电阻(MOV)在防止电力系统免受雷电过电压侵扰时起至关重要的作用。文中基于MOV仿真模型IEEE模型,建立了一种新的MOV仿真模型F-D模型,并利用ATP-EMTP电磁暂态仿真软件进行仿真模拟,进而对比分析IEEE模型和F-D模型在残压误差上的优缺点。相比于IEEE模型,在波形为8/20μs和峰值为10 kA的雷电电流冲击下,FD模型能更好地再现雷电电流冲击后的残压值。F-D模型中的电感参数对仿真结果影响较大,其值与残压误差值呈负相关关系。在波形为8/20μs和峰值分别为5、7、10 kA的雷电电流冲击下,优化后的F-D模型残压误差均可忽略不计,因此优化后的F-D模型能很好地反映出实际的MOV动作特性。     

雷击风险评估中损害概率PB和PSPD参数的计算分析

通过对雷击建筑物所造成建筑物及其内部系统损害原因的分析,结合《雷电防护》GB/T21714系列标准,分析得知GB/T21714.2中损害概率PB和PSPD与雷电流的概率分布和LPL（Lighfning Pretection Level,雷电防护水平）对应的雷电流极值有关。PB的数值等于雷电流大于LPL对应雷电流最大值的概率,与其小于雷电流最小值的概率之和;PSPD的数值等于雷电流大于LPL对应雷电流最大值的概率。同时指出,《建筑物防雷设计规范》GB50057－2010中各个LPL的损害概率PB和PSPD不应直接采用GB/T21714.2中的规定值,应根据GB50057给出的雷电流参数进行计算,或利用雷电监测网的资料,获取建筑物附近一定范围内的云地闪数据,统计得到雷电流概率分布函数,依据该雷电流概率分布函数来计算PB和PSPD。     

基于人工触发闪电试验雷电流的频谱分析

通过对人工触发闪电试验实测雷电流的初始连续电流、8次回击以及回击间的连续电流等过程的数据进行FFT傅里叶变换,获得雷电流频谱参数,再对频谱参数进行累加分析,得出频谱特征,为雷电流频谱研究提供参考。分析结果表明实测雷电流幅值和能谱主要集中在1 MHz以下频段,在0~100 kHz频段与标准雷电波形8/20(μs)频谱很接近,均为50%以上。对于通信系统,可通过LC分流法阻止1 MHz以下频率的电波侵入,能消除掉90%以上的闪电电涌能量。     

金沙站雷电特征及其雷电防护技术探讨

利用金沙大气本底站2006年7月至2007年12月雷电观测资料及2006-2007年闪电定位资料、咸宁市1960-2004年的雷电观测资料.通过实地考查、气象资料论证和分析,对金沙站雷电特性、雷电活动规律和雷击风险情况进行了分析.结果表明:金沙大气本底站雷暴日数接近于咸宁市,雷电流强度最大幅值和雷击密度郜高于周边地区,建筑物、电气线路和活动人员处于易落雷区,发生直接雷击的风险较大.运用防雷的理论技术结合相关技术规范的要求,提出了金沙站的防雷应从直击雷保护、电涌保护、地网设置、等电位措施、屏蔽措施、综合布线等方面综合考虑,要遵循有关规范并适当提高标准进行防护,建筑物应按二类防雷标准进行设计,站区内的建筑物、设备、线路及活动人员均应处于LPZOB区,电子信息系统防雷等级确定为A级,SPD设计不少于3级,第一级SPD的通流量50～80 kA(10/350μS波形)为宜.     

电感型接闪针和石墨接地体

１　前　言　　电感型接闪针能否将雷电流和雷电流幅值降低？石墨接地体通过雷电流时,其尺寸应多大？其工频接地电阻如何计算？笔者在下文阐明这些问题。２　电感型接闪针２－１　雷电参量ＧＢ５００５７－９４所采用的雷电参量列于表１～３,这些雷电参量与国际电工委员会的一致。　　表１　　　首次雷击的雷电流参数雷电流参数防雷保护级别（类别）Ⅰ（一类）Ⅱ（二类）Ⅲ～Ⅳ（三类）Ｉ幅值（ｋＡ）２００１５０１００Ｔ１波头时间（μｓ）１０１０１０Ｔ２半值时间（μｓ）３５０３５０３５０ＱＳ电荷量（Ｃ）１００７５５０Ｗ／Ｒ单位…     

人工触发闪电先驱电流脉冲波形特征及模拟

2010—2014年夏季广州野外雷电试验基地采用了两种引雷火箭开展人工引雷试验,通过对25次经典人工触发闪电电流资料的分析,进一步证实了当火箭携带铜线时先驱电流脉冲 (precursor current pulse) 为双极性振荡型,火箭携带钢丝时先驱电流脉冲为单极性,其中单极性脉冲电流峰值、10%~90%上升时间、波形宽度和转移电荷量的几何平均值分别为26 A,0.33 μs,2.3 μs,27 μC,双极性脉冲相应的波形参数几何平均值分别为67 A,0.24 μs,2.1 μs,54 μC。双极性脉冲电流峰值的几何平均值接近是单极性的2.6倍,而波形持续时间和上升时间的几何平均值与单极性相近。利用传输线模型,模拟铜线通道底部电流波形呈双极性振荡型,而钢丝通道底部电流波形呈单极性,这与实际测量的结果比较一致,推测这两种电流波形可能是传输线特性阻抗不同所导致,在传输线顶端由先导起始放电产生的电流脉冲应为单极性。     

2009年6月九江一次典型雷击事故原因分析

根据2009年6月江西省九江一次雷击事故现场的勘察结果,利用雷电监测数据和剩磁检测数据对雷电流大小进行了对比分析,认为造成雷击事故的可能原因有三方面,分别是电源SPD的保护级别不够、SPD的容量太小、接地引下线过长和截面积太小。最后,提出了相应的整改建议。     

基于LLS的雷电流波头时间分布特征

利用湖北省2007—2013年雷电定位系统(Lightning Location System,LLS)监测的雷电流相关参数资料,采用数理统计方法,对雷电流波头时间的年、季、月、日变化以及累积概率和概率密度分布进行了统计分析。结果表明,正闪电平均波头时间为4.8μs,负闪和总闪电为3.6μs;一年中,正闪电7月波头时间最短,月变化特征大致呈"V"形;负闪和总闪电5—7月波头时间比其他月份短,月变化特征大致呈"U"形。正闪电波头时间季节、日变化明显,负闪和总闪电季节、日变化不明显。波头时间小于等于10μs时,正闪、负闪和总闪电的波头时间累积概率分别为95.5%、99.7%和99.6%,总闪电95%的波头时间大于1.5μs,50%的大于3.1μs,5%的大于6.0μs。波头时间在2~3μs时,正闪、负闪和总闪电的概率密度最大。气温较低月份,波头时间相对较长,反之,波头时间相对较短,其原因可能与雷电流幅值大小有关,具体原因有待进一步研究。     

十脉冲下限压型SPD级间串联退耦电感前后能级匹配研究

退耦电感是限压型浪涌保护器(SPD)级联配合核心元件, 对于限压型SPD能级匹配具有重要影响。针对退耦电感与限压型SPD能级匹配问题, 基于行波传输理论建立多级限压型SPD能量匹配模型, 并结合更接近自然雷击的10个8/20μs多脉冲试验进行研究, 试验结果可知: 恒定波阻抗下, 增大SPD线路间退耦电感值, 可有效减缓雷电瞬态过电压上升速率。SPD并联时, 氧化锌压敏电阻压敏电压对前后级分流比影响较小, 与残压值呈正相关关系。SPD级联电感值越大, 前级SPD泄流越多, 后级SPD箝压水平越高, 能级匹配效果越好。当出现磁饱和时, 前级SPD泄流显著降低, 后级SPD的泄流显著增加, 为避免出现该现象, 实际装设SPD时, 级间选装的退耦电感值在合理范围内应稍大于理论电感值。      

电感在两级电涌保护器设计中的应用

介绍了雷电波在遇到串联电感时,不同的时刻折、反射系数会发生变化,雷电波通过它们时将发生波形的改变.雷电波的陡度降低,雷电波的电压幅值也相应降低.根据这一原理,利用ICGS冲击平台进行大规模的试验,通过对实验数据进行对比分析,提出在多级电涌保护器的设计中,采用串联电感的方法可以降低电涌保护器的残压,相对地增加SPD的承受能力,提高电涌保护器的保护效果,对电力系统的防雷保护具有重要意义.     

利用剩磁测试鉴定雷击事实的方

雷电是一种常见的、具有很大破坏力的自然现象。随着社会经济的发展,高层建筑物、易燃易爆场所、弱电设备愈来愈多,雷击事故造成的损失越来越大。开展雷击事实鉴定是防雷减灾管理的重要内容。雷击事实鉴定方法的研究为分析火灾原因和设备故障,确定雷击灾害保险赔偿,分清事故责任提供了科学的决策依据。 雷击事故可能产生的热效应、机械效应、电磁感应、雷电波侵入等是判定雷击事实的重要依据。而热效应、机械效应、雷电波入侵虽然直观但缺乏定量的指标,很难作为雷击事故的判据。由于雷击现象必然伴随着强大的雷电流,导致在雷击现场的…     

基于不同组合方式下电源系统SPD的试验

通过对电源系统SPD几种常见的组合方式用8/20μs电流进行冲击试验,测出每种组合的残压和通流以及冲击前后的静态参数,通过试验并对试验数据进行分析发现:常见的电源系统SPD组合方式中两压敏电阻并联时的通流最大、残压最小,而压敏电阻串联时的残压最大、通流最小;采用多个压敏电阻并联适用于暂态过电流较大的保护场合;压敏电阻与气体放电管串联时,残压稍高,通流量增大,无漏电流,但反应时间变长,适用对SPD响应时间要求不太高的电路中;压敏电阻漏电流随着冲击电压的增大不断升高,所以应定期检测,及时更换。     

雷电参数的差异对广州市不同区域雷击风险评估的影响

基于广州市1999—2012年雷电监测资料,分析了雷电参数的差异对广州市3个区域雷击风险评估的影响。结果表明,花都区、天河区、番禺区的地闪密度分别为29．16、35．44和26．13次／（km^2·年）,从而导致建筑物危险事件次数的不同,其中雷击电力线路次数相差1个数量级;3个区域的雷电流幅值分别为141．5、104．4、138．7kA,导致花都和番禺2个区域的第1级、第2级SPD通流量分别比天河区的高5kA;高发时段分别为5至8月的14：00一20：00、13：00—20：00、12：00一19：00．导致易闪段和雷电预警方案的不同。