一起雷擊空開跳閘的技術(shù)分析

黃柳卿　莊達(dá)　黃曉　謝寶永　朱舒曼

摘 要：通過對(duì)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(jì)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(hào)：TM564 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(shí)間地點(diǎn)和發(fā)生時(shí)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(jì)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(jí)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(gè)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(shí)，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(shí)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(jì)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(jí)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(gè)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(huì)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(shí)，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(shí)考慮它的額定電流、時(shí)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(shí)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(duì)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(jì)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(shí)，配電線路上的空開將會(huì)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(shí)，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(shí)就會(huì)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(duì)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(shí)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(jì)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(shí)以正確的方式安裝防雷裝置也是保障安全的措施之一。

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〔編輯：劉曉芳〕