工廠供電系統過電壓保護優化研究①

申勇

(甘肅農墾藥物堿廠有限公司 甘肅武威 733006)

供電系統是工廠維系運作的根本，各類電子設備、機械設備等，必須依靠電力能源實現自身驅動。鑒于供電系統所起到的重要性，工廠管理部門一般針對其設定專業防護體系，防止內部及外部的干擾對供電系統造成損壞，影響工廠的正確運行。但盡管在多重保護措施下，供電系統仍存在嚴重的安全隱患問題，其中以過電壓所導致的問題最為嚴重，當因為外部原因令系統內部所能承載的電壓瞬時加大，當產生的過電壓、過電流超出設備預期的荷載值時，則發生嚴重的安全事故，降低工廠的經濟效益。本文則是針對外部過電壓對供電系統所造成的傷害進行分析并作出相應的優化舉措，確保工廠內電子設備的正常運行。

1 工廠供電系統過電壓產生機理

從電力供應角度來講，其實保證工廠運行的基礎，但同時整個供電系統的承載性較弱，易受到外界環境的影響，當系統產生過電壓現象時，瞬間電壓值可達到幾十萬伏，令設備產生短路甚至燒毀的可能，為工廠帶來嚴重的經濟損失。除供電系統內部影響因素外，最常見的過電壓產生形式自然環境中的雷電，雷電所產生的感應雷、直擊雷等直接作用于電力設備中，如設備防護措施不足，雷電造成的強大電壓，在瞬時間將擊穿設備。一般來講，雷電在于設備接觸的過程中，在固定的空間內將產生較為強大的磁場，當磁場或者是靜電場在設備內部形成一個高電阻電磁回路時，則設備內的某一個高電阻點將產生較大的熱能，造成設備的損害。

2 供電系統過電壓保護裝置的選取

氧化鋅避雷器是目前應用最廣泛的避雷設施，以氧化鋅為壓敏電阻的元器件，可在供電系統中形成開合保護作用，且在常態下具有極高的通流能力以及響應速率等。與傳統的管體避雷設施、閥體避雷設施相比較，氧化鋅避雷器經由長時間的運行，工作性能仍可保持初始狀態，設備應用范疇較廣，可依據電壓狀態及時作出響應，最大限度的避免電子設備因為過載電壓、過載電流等造成損壞。氧化鋅避雷裝置具備以下特點。

第一，保護性。氧化鋅避雷裝置在整個避雷體系中具有最高的非線性伏安特性，此類特性令裝置本身可與電路運行狀態進行高度契合，當電路系統處于平穩狀態時，裝置處于相對短路狀態，當電路系統的電流呈現出過載狀態時，則裝置將對電壓起到限制作用，通過吸收一部分能量，令經由裝置后的電流在電路系統的運行范疇內。第二，機械性。此類裝置內部結構簡便，且穩定性較高，可適用在各種機械動力復雜的環境中。第三，可靠性。氧化鋅裝置采用的是密閉式組成，使用過程中，受到外界環境的影響因素較小，可有效提升裝置的使用壽命。

氧化鋅避雷器也存在一定缺陷，裝置內部閥片元件不存在縫隙間接，令設備本身長時間處于恒流狀態下，在長時間使用下，裝置內溫度過高，將加速設備的老化。由理論值測定得出，當裝置在過電壓臨界點之上時，如過電壓期間內所產生的能量損耗一直大于裝置內散熱系統所散發出的能量時，則表明裝置內部熱量處于聚集狀態，此時將加速設備的老化，當裝置在過電壓臨界點之下時，反之，則裝置內的溫度將逐漸降低。鑒于此種現象，部分廠家在生產過程中，會陷入一個以提高裝置過壓臨界點的極限值來提升避雷性能的誤區，此種狀態并未將其他因素考慮到系統運行中，如避雷裝置處于潮濕環境中，則裝置內部的阻性電流將增加，令裝置面臨著失效的嚴重問題。

3 工廠供電系統過電壓保護優化研究

3.1 高壓電網系統中安裝

在高壓電網系統中安裝時，氧化鋅避雷器的兩端應分別與大地、待保護線路相連接，針對不同電能輸送的電網選取相應功率的避雷裝置，且應將保護線路對大地的電壓進行測量，避雷裝置的電壓荷載值應高于間差值的1.5倍，確保避雷器可精準的測量出線路電壓值是否在額定基準內，令裝置響應范疇在電網系統的工作體系下。

圖1 TT系統避雷器安裝圖示

在實際安裝中，考慮到雷電作用于電力設備上將產生較大的電流、電位梯度等，即便是短距離的導線，兩端的電位值仍存在較大差距，為此，避雷裝置必須靠近且與變壓器呈并聯接入狀態。為更好的降低電阻，可在設備與大地之間連接接地棒等導電設施，其起到分流作用，又可減小導線長度。此外，當避雷裝置、變壓裝置之間的距離差較小時，當外部雷電作用于裝置時，產生的波形屬于相似狀態，為提升變壓器的工作性能，應保證變壓器的荷載能力大于避雷裝置，當接收到過電壓、過電流時，降低設備被擊穿的風險。

3.2 低壓電網系統中安裝

在低壓電網TT系統（即為電源中性部位、設備外漏可導電部位直接接地）中，氧化鋅避雷裝置一般安裝在負載側，如圖一所示，中性線在引出以后呈現出相對絕緣，此時在雷電作用下，中性線將面臨著一定的過電壓沖擊。為對整體線路起到保護作用，應在中性線、相線與大地之間，安裝避雷器，且應將避雷裝置的工作電壓設定為低壓電網額定電壓的1.25倍作用（低壓電網額定電壓通常為220V）。

在低壓電網TN系統（設備外漏可導電部位與中性部位連接，而中性部位與大地連接）中，中性線是承載電路導電的重要裝置，要想三相電網系統內規避過壓風險，只需將避雷裝置與電網系統的相線與保護線連接即可，同時應保證避雷裝置的工作電壓設定為低壓電網額定電壓的1.25倍作用（低壓電網額定電壓通常為220伏）。

4 結語

綜上所述，大多數工廠運行過程都離不開電力能源的支持，持續性、穩定性的供電形式也是維系工廠生產的基準之一。為最大限度的保證工廠供電系統不會受到外部環境的干擾，技術人員應針對易發生問題的環節制定相關舉措，通過技術工藝的創新與應用，提高設備的應用性能，為工廠的運行提供基礎保障。