Équipement de protection contre la foudre

L'équipement de protection contre la foudre utilise l'électricité moderne et d'autres technologies pour empêcher l'équipement d'être frappé par la foudre. L'équipement de protection contre la foudre peut être divisé en protection contre la foudre de puissance, prise de protection de puissance, protection du chargeur d'antenne, protection contre la foudre du signal, outils de test de protection contre la foudre, protection contre la foudre du système de mesure et de contrôle, protection des pôles de terre.

Selon la théorie de la protection contre la foudre de sous-zone et de la protection à plusieurs niveaux selon la norme CEI (comité électrotechnique international), la protection contre la foudre de niveau b appartient au dispositif de protection contre la foudre de premier niveau, qui peut être appliqué à l'armoire de distribution principale dans le bâtiment; La classe C appartient au dispositif de protection contre la foudre de deuxième niveau, qui est utilisé dans l'armoire de distribution de sous-circuit du bâtiment; La classe D est un parafoudre de troisième classe, qui est appliqué à l'extrémité avant des équipements importants pour la protection fine.

Vue d'ensemble / Équipement de protection contre la foudre

À l'ère de l'information aujourd'hui, le réseau informatique et les équipements de communication sont de plus en plus sophistiqués, son environnement de travail devient de plus en plus exigeant, et le tonnerre et la foudre et les surtensions instantanées des gros équipements électriques seront de plus en plus fréquents par alimentation, antenne, un signal radio pour envoyer et recevoir des lignes d'équipement dans l'équipement électrique intérieur et l'équipement de réseau, l'équipement ou les composants endommagés, les victimes, transférer ou stocker les données d'interférence ou perdues, ou même fabriquer des équipements électroniques pour produire un mauvais fonctionnement ou une pause, une paralysie temporaire, une transmission de données système interrompre, LAN et wan. Son préjudice est frappant, la perte indirecte est plus qu'une perte économique directe en général. L'équipement de protection contre la foudre utilise l'électricité moderne et d'autres technologies pour empêcher l'équipement d'être frappé par la foudre.

Changement / équipement de protection contre la foudre

Lorsque les gens savent que le tonnerre est un phénomène électrique, leur culte et leur peur du tonnerre disparaissent progressivement, et ils commencent à observer ce mystérieux phénomène naturel d'un point de vue scientifique, dans l'espoir d'utiliser ou de contrôler l'activité de la foudre au profit de l'humanité. Franklin a pris la tête de la technologie il y a plus de 200 ans a lancé un défi au tonnerre, il a inventé le paratonnerre est susceptible d'être le premier des produits de protection contre la foudre, en fait, lorsque Franklin a inventé le paratonnerre, c'est que la pointe du paratonnerre la fonction de tiges métalliques peut être intégrée dans la charge-décharge de nuage d'orage, réduire le champ électrique du tonnerre entre le nuage et la terre au niveau de la ventilation de l'air, pour éviter l'apparition de la foudre, de sorte que les exigences du paratonnerre doivent être pointées. Mais des recherches ultérieures ont montré que le paratonnerre est incapable d'éviter l'apparition de la foudre, paratonnerre, il peut empêcher la foudre car une imposante modifie le champ électrique atmosphérique, fait une gamme de nuages ​​d'orage est toujours à la décharge de foudre, c'est-à-dire, le paratonnerre est plus facile que les autres objets qui l'entourent pour répondre au flash de la foudre, la protection paratonnerre étant frappée par la foudre et d'autres objets, c'est le principe de protection contre la foudre du paratonnerre. D'autres études ont montré que l'effet de contact de la foudre du paratonnerre est presque lié à sa hauteur, mais pas à son apparence, ce qui signifie que le paratonnerre n'est pas forcément pointu. Or, dans le domaine de la technologie de protection contre la foudre, ce type de dispositif de protection contre la foudre est appelé récepteur de foudre.

Développement / équipement de protection contre la foudre

L'utilisation généralisée de l'électricité a favorisé le développement de produits de protection contre la foudre. Lorsque les réseaux de transport à haute tension fournissent de l'énergie et de l'éclairage à des milliers de foyers, la foudre met également en péril les équipements de transmission et de transformation à haute tension. La ligne à haute tension est érigée en hauteur, la distance est longue, le terrain est complexe et il est facile d'être frappé par la foudre. La portée de protection du paratonnerre n'est pas suffisante pour protéger des milliers de kilomètres de lignes de transmission. Par conséquent, la ligne de protection contre la foudre est devenue un nouveau type de récepteur de foudre pour protéger les lignes à haute tension. Une fois la ligne haute tension protégée, l'équipement d'alimentation et de distribution connecté à la ligne haute tension est toujours endommagé par une surtension. On constate que cela est dû à la "foudre à induction". (La foudre inductive est induite par des coups de foudre directs dans les conducteurs métalliques à proximité. La foudre inductive peut envahir le conducteur par deux méthodes de détection différentes. Premièrement, l'induction électrostatique: lorsque la charge dans le nuage d'orage s'accumule, le conducteur à proximité induira également sur la charge opposée , lorsque la foudre frappe, la charge dans le nuage d'orage est rapidement libérée et l'électricité statique dans le conducteur qui est lié par le champ électrique du nuage d'orage circulera également le long du conducteur pour trouver le canal de libération, qui formera de l'électricité dans l'impulsion du circuit . Le second est l'induction électromagnétique: lorsque le nuage d'orage se décharge, le courant de foudre qui change rapidement génère un fort champ électromagnétique transitoire autour de lui, qui produit une force électromotrice induite élevée dans le conducteur à proximité. Des études ont montré que la surtension provoquée par l'induction électrostatique est de plusieurs fois supérieure à la surtension provoquée par l'induction électromagnétique . Thunderbolt induit une surtension sur la ligne à haute tension et se propage le long du fil vers les cheveux et l'équipement de distribution d'énergie qui y sont connectés. Lorsque la tension de tenue de ces appareils est faible, il sera endommagé par la foudre induite. Pour supprimer la surtension dans le fil, les gens Un parafoudre a été inventé.

Les premiers parafoudres étaient des espaces à ciel ouvert. La tension de claquage de l'air est très élevée, environ 500kV / m, et lorsqu'elle est décomposée par une haute tension, elle n'a que quelques volts de basse tension. En utilisant cette caractéristique de l'air, un premier parafoudre a été conçu. Une extrémité d'un fil était connectée à la ligne électrique, une extrémité de l'autre fil était mise à la terre et l'autre extrémité des deux fils était séparée d'une certaine distance pour former deux entrefers. L'électrode et la distance d'écartement déterminent la tension de claquage du parafoudre. La tension de claquage doit être légèrement supérieure à la tension de fonctionnement de la ligne électrique. Lorsque le circuit fonctionne normalement, l'entrefer équivaut à un circuit ouvert et n'affectera pas le fonctionnement normal de la ligne. Lorsque la surtension est envahie, l'entrefer est rompu, la surtension est bloquée à un niveau très bas et la surintensité est également déchargée dans le sol à travers l'entrefer, réalisant ainsi la protection du parafoudre. Il y a trop de lacunes dans l'écart ouvert. Par exemple, la tension de claquage est fortement affectée par l'environnement; la décharge d'air oxyde l'électrode; après la formation de l'arc d'air, il faut plusieurs cycles de courant alternatif pour éteindre l'arc, ce qui peut provoquer une panne du parafoudre ou une panne de ligne. Les tubes à décharge, les parafoudres et les parafoudres magnétiques développés à l'avenir ont largement surmonté ces problèmes, mais ils sont toujours basés sur le principe de la décharge de gaz. Les inconvénients inhérents aux parafoudres à décharge sont une tension de claquage élevée; long délai de décharge (niveau microseconde); forme d'onde de tension résiduelle raide (dV / dt est grand). Ces lacunes déterminent que les parafoudres à décharge de gaz ne sont pas très résistants aux équipements électriques sensibles.

Le développement de la technologie des semi-conducteurs nous fournit de nouveaux matériaux de protection contre la foudre, tels que les diodes Zener. Ses caractéristiques en volt-ampère sont conformes aux exigences de protection contre la foudre de la ligne, mais sa capacité à faire passer le courant de foudre est faible, de sorte que les tubes de régulation ordinaires ne peuvent pas être utilisés directement. paratonnerre. Premier semi-conducteur Le parafoudre est un parafoudre en carbure de silicium, qui présente des caractéristiques volt-ampères similaires à celles du tube Zener, mais qui a une forte capacité à faire passer le courant de foudre. Cependant, la varistance à semi-conducteur à oxyde métallique (MOV) a été découverte très rapidement, et ses caractéristiques volt-ampère sont meilleures, et elle présente de nombreux avantages tels qu'un temps de réponse rapide et une grande capacité de courant. Par conséquent, les parafoudres MOV sont actuellement largement utilisés.

Avec le développement de la communication, de nombreux parafoudres pour lignes de communication ont été produits. En raison des contraintes des paramètres de transmission de la ligne de communication, ces parafoudres doivent prendre en compte les facteurs affectant les paramètres de transmission tels que la capacité et l'inductance. Cependant, son principe de protection contre la foudre est fondamentalement le même que MOV.

Type / Équipement de protection contre la foudre

Les équipements de protection contre la foudre peuvent être grossièrement divisés en types: dispositif de protection contre la foudre d'alimentation, prise de protection électrique et protecteurs de ligne d'alimentation d'antenne, parafoudres de signalisation, outils de test de protection contre la foudre, dispositifs de protection contre la foudre pour les systèmes de mesure et de contrôle et protecteurs de terre.

Le parafoudre d'alimentation est divisé en trois niveaux: B, C et D.Selon la norme CEI (Commission électrotechnique internationale) pour la théorie de la protection contre la foudre de zone et de la protection multi-niveaux, la protection contre la foudre de classe B appartient au premier. dispositif de protection contre la foudre de niveau et peut être appliqué à l'armoire de distribution d'alimentation principale du bâtiment; Le dispositif de foudre est appliqué à l'armoire de distribution de branche du bâtiment; la classe D est un dispositif de protection contre la foudre de troisième niveau, qui est appliqué à l'extrémité avant des équipements importants pour protéger finement l'équipement.

Le parafoudre de signal de ligne de communication est divisé en niveaux B, C et F selon les exigences de la norme CEI 61644. Protection de base niveau de protection de base (niveau de protection approximatif), niveau C (protection combinée) niveau de protection complet, classe F (moyen et fin protection) niveau de protection moyen et fin.

Appareils de mesure et de contrôle / Équipement de protection contre la foudre

Les appareils de mesure et de contrôle ont une large gamme d'applications, telles que les usines de production, la gestion des bâtiments, les systèmes de chauffage, les dispositifs d'avertissement, etc. Les surtensions causées par la foudre ou d'autres causes non seulement endommagent le système de contrôle, mais causent également des dommages aux convertisseurs coûteux et capteurs. Une défaillance du système de contrôle entraîne souvent une perte de produit et un impact sur la production. Les unités de mesure et de contrôle sont généralement plus sensibles que les réactions du système d'alimentation aux surtensions. Lors de la sélection et de l'installation d'un parafoudre dans un système de mesure et de contrôle, les facteurs suivants doivent être pris en compte:

1, la tension de fonctionnement maximale du système

2, le courant de travail maximal

3, la fréquence de transmission de données maximale

4, s'il faut permettre à la valeur de résistance d'augmenter

5, si le fil est importé de l'extérieur du bâtiment et si le bâtiment dispose d'un dispositif de protection contre la foudre externe.

Parafoudre basse tension / équipement de protection contre la foudre

L'analyse de l'ancien service des postes et télécommunications montre que 80% des accidents de foudre de la station de communication sont causés par l'intrusion de l'onde de foudre dans la ligne électrique. Par conséquent, les parafoudres à courant alternatif basse tension se développent très rapidement, tandis que les principaux parafoudres à matériaux MOV occupent une position dominante sur le marché. Il existe de nombreux fabricants de parafoudres MOV, et les différences de leurs produits sont principalement illustrées par:

Capacité d'écoulement

La capacité de débit est le courant de foudre maximal (8 / 20μs) que le parafoudre peut supporter. La norme du Ministère de l’industrie de l’information «Règlements techniques pour la protection contre la foudre des systèmes d’alimentation électrique» stipule la capacité de débit du parafoudre pour l’alimentation électrique. Le parafoudre de premier niveau est supérieur à 20KA. Cependant, la capacité de surtension actuelle du parafoudre sur le marché est de plus en plus grande. Le grand parafoudre porteur de courant n'est pas facilement endommagé par la foudre. Le nombre de fois où le faible courant de foudre est toléré est augmenté et la tension résiduelle est également légèrement réduite. La technologie parallèle redondante est adoptée. Le parafoudre améliore également la protection de la capacité. Cependant, les dommages du parafoudre ne sont pas toujours causés par la foudre.

Actuellement, il a été proposé d'utiliser une onde de courant de 10/350 µs pour détecter un parafoudre. La raison en est que les normes CEI1024 et CEI1312 utilisent une onde de 10/350 μs pour décrire une onde de foudre. Cette déclaration n'est pas exhaustive, car l'onde de courant 8/20 μs est toujours utilisée dans le calcul de correspondance du parafoudre dans la norme IEC1312, et l'onde 8/20 μs est également utilisée dans la norme IEC1643 «SPD» - Principe de sélection »Elle est utilisée comme courant principal forme d'onde pour détecter le parafoudre (SPD). Par conséquent, on ne peut pas dire que la capacité de débit du parafoudre avec l'onde 8/20 μs est dépassée, et on ne peut pas dire que la capacité de débit du parafoudre avec l'onde 8/20 μs n'est pas conforme aux normes internationales.

Protégez le circuit

La défaillance du parafoudre MOV est en court-circuit et en circuit ouvert. Un courant de foudre puissant peut endommager le parafoudre et former un défaut de circuit ouvert. A ce moment, la forme du module parafoudre est souvent détruite. Le parafoudre peut également diminuer la tension de fonctionnement en raison du vieillissement prolongé du matériau. Lorsque la tension de fonctionnement chute en dessous de la tension de fonctionnement de la ligne, le parafoudre augmente le courant alternatif et le parafoudre génère de la chaleur, ce qui finira par détruire les caractéristiques non linéaires du dispositif MOV, entraînant un court-circuit partiel du parafoudre. brûler. Une situation similaire peut se produire en raison d'une augmentation de la tension de fonctionnement causée par une panne de la ligne électrique.

Le défaut de circuit ouvert du parafoudre n'affecte pas l'alimentation électrique. Il est nécessaire de vérifier la tension de fonctionnement pour le savoir, le parafoudre doit donc être vérifié régulièrement.

Le défaut de court-circuit du parafoudre affecte l'alimentation électrique. Lorsque la chaleur est intense, le fil sera brûlé. Le circuit d'alarme doit être protégé pour assurer la sécurité de l'alimentation électrique. Dans le passé, le fusible était connecté en série sur le module parafoudre, mais le fusible doit assurer la coupure du courant de foudre et du courant de court-circuit. Il est difficile à mettre en œuvre techniquement. En particulier, le module parafoudre est principalement court-circuité. Le courant circulant pendant le court-circuit n'est pas important, mais le courant continu est suffisant pour provoquer un échauffement sévère du parafoudre principalement utilisé pour décharger le courant pulsé. Le dispositif de déconnexion de température apparu plus tard a mieux résolu ce problème. Le court-circuit partiel du parafoudre a été détecté en réglant la température de déconnexion de l'appareil. Une fois le dispositif de chauffage du parafoudre déconnecté automatiquement, les signaux d'alarme lumineux, électriques et acoustiques ont été émis.

Tension résiduelle

La norme du Ministère de l’industrie de l’information intitulée «Règlements techniques pour la protection contre la foudre des systèmes électriques de communication» (YD5078-98) a établi des exigences spécifiques pour la tension résiduelle des parafoudres à tous les niveaux. Il faut dire que les exigences standard sont facilement satisfaites. La tension résiduelle du parafoudre MOV est Sa tension de fonctionnement est de 2.5 à 3.5 fois. La différence de tension résiduelle du parafoudre à un étage en parallèle direct n'est pas importante. La mesure pour réduire la tension résiduelle consiste à réduire la tension de fonctionnement et à augmenter la capacité de courant du parafoudre, mais la tension de fonctionnement est trop faible et les dommages au parafoudre causés par une alimentation électrique instable augmenteront. Certains produits étrangers sont entrés sur le marché chinois à un stade précoce, la tension de fonctionnement était très faible et a par la suite considérablement augmenté la tension de fonctionnement.

La tension résiduelle peut être réduite par un parafoudre à deux étages.

Lorsque l'onde de foudre envahit, le parafoudre 1 se décharge et la tension résiduelle générée est V1; le courant traversant le parafoudre 1 est I1;

La tension résiduelle du parafoudre 2 est V2 et le courant circulant est I2. C'est: V2 = V1-I2Z

Il est évident que la tension résiduelle du parafoudre 2 est inférieure à la tension résiduelle du parafoudre 1.

Il existe des fabricants pour fournir un parafoudre à deux niveaux pour la protection contre la foudre de l'alimentation monophasée, car la puissance de l'alimentation monophasée est généralement inférieure à 5KW, le courant de ligne n'est pas important et l'inductance d'impédance est facile à enrouler. Il existe également des fabricants qui fournissent des parafoudres triphasés à deux étages. Du fait que la puissance de l'alimentation triphasée peut être importante, le parafoudre est encombrant et coûteux.

Dans la norme, il est nécessaire d'installer un parafoudre en plusieurs étapes sur la ligne électrique. En fait, l'effet de réduction de la tension résiduelle peut être obtenu, mais l'auto-inductance du fil est utilisée pour créer l'inductance d'impédance d'isolement entre les parafoudres à tous les niveaux.

La tension résiduelle du parafoudre n'est que l'indicateur technique du parafoudre. La surtension appliquée à l'équipement est également basée sur la tension résiduelle. La tension supplémentaire générée par les deux conducteurs du parafoudre connectés à la ligne électrique et au fil de terre est ajoutée. Par conséquent, l'installation correcte est effectuée. Les parafoudres sont également une mesure importante pour réduire la surtension des équipements.

Autre / Équipement de protection contre la foudre

Le parafoudre peut également fournir des compteurs de coups de foudre, des interfaces de surveillance et différentes méthodes d'installation en fonction des besoins de l'utilisateur.

Parafoudre de ligne de communication

Les exigences techniques du parafoudre pour les lignes de communication sont élevées, car en plus de répondre aux exigences de la technologie de protection contre la foudre, il est nécessaire de s'assurer que les indicateurs de transmission répondent aux exigences. De plus, l'équipement connecté à la ligne de communication a une faible tension de tenue et la tension résiduelle du dispositif de protection contre la foudre est stricte. Par conséquent, il est difficile de sélectionner le dispositif de protection contre la foudre. Le dispositif de protection contre la foudre de ligne de communication idéal doit avoir une petite capacité, une faible tension résiduelle, un flux de courant important et une réponse rapide. De toute évidence, les appareils du tableau ne sont pas idéaux. Le tube à décharge peut être utilisé pour presque toutes les fréquences de communication, mais sa capacité de protection contre la foudre est faible. Les condensateurs MOV sont grands et ne conviennent que pour la transmission audio. La capacité du TVS à résister au courant de foudre est faible. Effets protecteurs. Différents dispositifs de protection contre la foudre ont différentes formes d'onde de tension résiduelle sous l'impact des ondes de courant. Selon les caractéristiques de la forme d'onde de tension résiduelle, le parafoudre peut être divisé en un type de commutateur et un type de limite de tension, ou les deux types peuvent être combinés pour rendre la force et éviter le court-circuit.

La solution consiste à utiliser deux dispositifs différents pour former un parafoudre à deux étages. Le schéma de principe est le même que celui du parafoudre à deux étages de l'alimentation. Seul le premier étage utilise un tube à décharge, la résistance d'isolement intermédiaire utilise une résistance ou PTC, et le deuxième étage utilise un TVS, de sorte que la longueur de chaque dispositif puisse être exercée. Un tel parafoudre peut atteindre quelques dizaines de MHZ.

Les parafoudres haute fréquence utilisent principalement des tubes à décharge, tels que des départs mobiles et des départs d'antenne de radiomessagerie, sinon il est difficile de répondre aux exigences de transmission. Il existe également des produits qui utilisent le principe d'un filtre passe-haut. Le spectre d'énergie d'une onde de foudre étant concentré entre plusieurs kilohertz et plusieurs centaines de kilohertz, la fréquence de l'antenne est très basse et le filtre est facile à fabriquer.

Le circuit le plus simple consiste à connecter une petite inductance à noyau en parallèle avec le fil central haute fréquence pour former un parafoudre à filtre passe-haut. Pour l'antenne de communication à fréquence ponctuelle, une ligne de court-circuit quart d'onde peut également être utilisée pour former un filtre passe-bande, et l'effet de protection contre la foudre est meilleur, mais les deux méthodes court-circuiteront le courant continu transmis sur la ligne d'alimentation de l'antenne. , et la plage d'application est limitée.

Dispositif de mise à la terre

La mise à la terre est la base de la protection contre la foudre. La méthode de mise à la terre spécifiée par la norme consiste à utiliser des poteaux de terre horizontaux ou verticaux avec des profilés métalliques. Dans les zones à forte corrosion, la galvanisation et la section transversale des profilés métalliques peuvent être utilisées pour résister à la corrosion. Des matériaux non métalliques peuvent également être utilisés. Le conducteur agit comme un pôle de masse, tel qu'une électrode de masse en graphite et une électrode de masse en ciment Portland. Une méthode plus raisonnable consiste à utiliser le renforcement de base de l'architecture moderne comme pôle de masse. En raison des limitations de la protection contre la foudre dans le passé, l'importance de réduire la résistance de mise à la terre est soulignée. Certains fabricants ont introduit divers produits de mise à la terre, prétendant réduire la résistance à la terre. Tels que réducteur de résistance, électrode de masse polymère, électrode de masse non métallique, etc.

En fait, en termes de protection contre la foudre, la compréhension de la résistance de mise à la terre a changé, les exigences pour la disposition de la grille de mise à la terre sont élevées et les exigences de résistance sont assouplies. Dans GB50057–94, seules les formes de réseau de mise à la terre de divers bâtiments sont mises en évidence. Il n'y a pas d'exigence de résistance, car dans la théorie de la protection contre la foudre du principe équipotentiel, le réseau de masse n'est qu'un point de référence de potentiel total, pas un point de potentiel zéro absolu. La forme de la grille de masse est nécessaire pour les besoins équipotentiels et la valeur de résistance n'est pas logique. Bien entendu, il n'y a rien de mal à obtenir une faible résistance de mise à la terre lorsque les conditions le permettent. En outre, l'alimentation électrique et la communication ont des exigences en matière de résistance de mise à la terre, ce qui dépasse le cadre de la technologie de protection contre la foudre.

La résistance à la terre est principalement liée à la résistivité du sol et à la résistance de contact entre le sol et le sol. Il est également lié à la forme et au numéro du sol lors de la formation du sol. Le réducteur de résistance et diverses électrodes de mise à la terre ne sont rien pour améliorer la résistance de contact ou le contact entre le sol et le sol. surface. Cependant, la résistivité du sol joue un rôle déterminant, et les autres sont relativement faciles à changer. Si la résistivité du sol est trop élevée, seule la méthode d'ingénierie consistant à modifier le sol ou à améliorer le sol peut être efficace, et d'autres méthodes sont difficiles à travailler.

La protection contre la foudre est un sujet ancien, mais il évolue encore. Il faut dire qu'il n'y a pas de produit à essayer. Il y a encore beaucoup de choses à explorer dans la technologie de protection contre la foudre. À l'heure actuelle, le mécanisme de la production d'électricité par la foudre n'est toujours pas clair. La recherche quantitative sur l'induction de la foudre est également très faible. Par conséquent, les produits de protection contre la foudre se développent également. Certains nouveaux produits revendiqués par les produits de protection contre la foudre, Il doit être testé dans la pratique avec une attitude scientifique et développé en théorie. Étant donné que la foudre elle-même est un événement de faible probabilité, elle nécessite beaucoup d'analyses statistiques à long terme pour obtenir des résultats bénéfiques, ce qui nécessite la coopération de toutes les parties pour y parvenir.