避雷装置


雷保護装置は、装置が落雷するのを防ぐために、最新の電気およびその他の技術を使用しています。 避雷装置は、電力雷保護、電力保護ソケット、アンテナフィーダー保護、信号雷保護、雷保護テストツール、測定、および制御システムの避雷、避雷針に分類できます。

IEC(国際電気標準会議)規格に準拠したサブエリア雷保護およびマルチレベル保護の理論によれば、bレベルの雷保護は第XNUMXレベルの雷保護装置に属し、建物; クラスCは、建物のサブサーキット配電キャビネットで使用される第XNUMXレベルの避雷装置に属しています。 クラスDは、優れた保護のために重要な機器のフロントエンドに適用されるサードクラスの避雷器です。

概要/雷保護装置

今日の情報時代、コンピュータネットワークと通信機器はますます洗練され、その作業環境はますます厳しくなり、大型電気機器の雷と稲妻と瞬間的な過電圧は、電源、アンテナ、機器ラインを屋内電気機器およびネットワーク機器に送受信するための無線信号、機器またはコンポーネントの損傷、死傷者、干渉または紛失のデータの転送または保存、さらには電子機器を作成して誤動作または一時停止、一時的な麻痺、システムデータ送信を生成する割り込み、LANおよびwan。 その害は顕著であり、間接的な損失は一般的に直接的な経済的損失以上のものです。 雷保護装置は、装置が落雷するのを防ぐために、最新の電気およびその他の技術を使用しています。

交換/雷保護装置

雷が電気現象であることを知ると、雷への崇拝や恐怖は次第に消え、人類の利益のために雷の活動を利用したり制御したりすることを期待して、この不思議な自然現象を科学的な観点から観察し始めます。 フランクリンは200年以上前に技術をリードし、雷に挑戦しました。彼は避雷針が最初の避雷製品になる可能性が高いことを発明しました。実際、避雷針を発明したとき、避雷針の先端は金属棒機能は、雷雲の充放電に統合され、雷の発生を回避するために、雲と地球の間の雷電場を空気の破壊のレベルまで低減することができるため、避雷針の要件を指摘する必要があります。 しかし、その後の研究では、避雷針は雷の発生を回避できないことが示されました。避雷針は、そびえ立つことで大気の電界が変化し、雷雲の範囲が常に雷放電になるため、雷を防ぐことができます。避雷針は、周囲の他の物体よりも雷の閃光に応答しやすく、避雷針の保護は、雷や他の物体によって打たれます。これは、避雷針の雷保護の原理です。 さらなる研究により、避雷針の雷接触効果は、その高さにほぼ関係しているが、その外観には関係していないことが示されています。つまり、避雷針は必ずしも尖っていません。 現在、避雷技術の分野では、この種の避雷装置は避雷器と呼ばれています。

開発/雷保護装置

電気の普及により、避雷製品の開発が進んでいます。 高圧送電網が何千もの家庭に電力と照明を提供する場合、雷は高圧送電および変換装置も大きく危険にさらします。 高圧線は高く建てられ、距離が長く、地形が複雑で、落雷しやすいです。 避雷針の保護範囲は、数千キロメートルの送電線を保護するのに十分ではありません。 そのため、雷保護ラインは、高圧線を保護するための新しいタイプの避雷器として登場しました。 高圧線が保護された後も、高圧線に接続されている配電設備は過電圧によって損傷を受けています。 これは「誘導雷」によるものであることがわかります。 (誘導雷は、近くの金属導体に直接落雷することによって誘導されます。誘導雷は、XNUMXつの異なる検知方法で導体に侵入する可能性があります。最初に、静電誘導:雷雲の電荷が蓄積すると、近くの導体も反対の電荷を誘導します、落雷すると、雷雲の電荷が急速に放出され、雷雲の電界に拘束されている導体の静電気も導体に沿って流れ、放出チャネルを見つけます。これにより、回路パルスで電気が形成されます。 XNUMXつ目は電磁誘導です。雷雲が放電すると、急速に変化する雷電流が周囲に強い過渡電磁場を生成し、近くの導体に高い誘導起電力を生成します。研究によると、静電誘導によって引き起こされるサージはいくつかあります。電磁誘導によるサージのXNUMX倍。 Thunderboltは高圧線にサージを発生させ、電線に沿って髪の毛とそれに接続された配電設備に伝播します。 これらの機器の耐電圧が低い場合、誘導雷により損傷します。 ワイヤーのサージを抑えるために、人々Aラインアレスターが発明されました。

初期のラインアレスタは屋外のギャップでした。 空気の絶縁破壊電圧は約500kV / mと非常に高く、高電圧で絶縁破壊すると数ボルトの低電圧しかありません。 この空気の特性を利用して、初期のラインアレスタが設計されました。 一方のワイヤの一方の端を電力線に接続し、もう一方のワイヤの一方の端を接地し、XNUMX本のワイヤのもう一方の端を一定の距離だけ離してXNUMXつのエアギャップを形成しました。 電極とギャップ距離が避雷器の絶縁破壊電圧を決定します。 絶縁破壊電圧は、電力線の動作電圧よりわずかに高くする必要があります。 回路が正常に動作している場合、エアギャップは開回路と同等であり、回線の正常な動作には影響しません。 過電圧が侵入すると、エアギャップが破壊され、過電圧が非常に低いレベルにクランプされ、過電流もエアギャップを介して地面に放電されるため、避雷器の保護が実現します。 オープンギャップにはあまりにも多くの欠点があります。 たとえば、絶縁破壊電圧は環境の影響を大きく受けます。 空気の排出により電極が酸化されます。 エアアークが形成された後、アークが消えるまでに数回のACサイクルが必要であり、避雷器の故障またはラインの故障を引き起こす可能性があります。 今後開発されるガス放電管、チューブアレスタ、磁気ブローアレスタは、これらの問題を大幅に克服しましたが、それでもガス放電の原理に基づいています。 ガス放電アレスタの固有の欠点は、高い衝撃破壊電圧です。 長い放電遅延(マイクロ秒レベル); 急峻な残留電圧波形(dV / dtが大きい)。 これらの欠点は、ガス放電アレスタが敏感な電気機器に対してあまり耐性がないことを決定します。

半導体技術の開発により、ツェナーダイオードなどの新しい避雷材料が提供されています。 そのボルトアンペア特性は、ラインの雷保護要件と一致していますが、雷電流を流す能力が弱いため、通常のレギュレーターチューブを直接使用することはできません。 避雷器。 初期の半導体アレスタは、炭化ケイ素材料で作られたバルブアレスタであり、ツェナー管と同様のボルトアンペア特性を備えていますが、雷電流を流す強力な能力を備えています。 しかし、金属酸化物半導体バリスタ(MOV)は非常に早く発見されており、そのボルトアンペア特性は優れており、高速応答時間や大電流容量などの多くの利点があります。 そのため、現在、MOVラインアレスタが広く使用されています。

通信の発達に伴い、通信回線用の避雷器が数多く製造されています。 通信回線の伝送パラメータの制約により、このような避雷器は、静電容量やインダクタンスなどの伝送パラメータに影響を与える要因を考慮する必要があります。 ただし、その雷保護の原理は基本的にMOVと同じです。

タイプ/雷保護装置

避雷装置は、電源雷保護装置、電源保護ソケット、アンテナフィーダーラインプロテクター、信号避雷器、避雷試験ツール、測定および制御システム用の避雷装置、および接地保護装置のタイプに大別できます。

電源避雷器は、B、C、およびDのXNUMXつのレベルに分けられます。ゾーン避雷およびマルチレベル保護の理論に関するIEC(国際電気標準会議)規格によると、クラスB避雷は最初のレベルに属します。水平雷保護装置であり、建物の主配電キャビネットに適用できます。 雷装置は、建物の分岐分配キャビネットに適用されます。 Dクラスは第XNUMXレベルの避雷装置であり、重要な機器のフロントエンドに適用され、機器を細かく保護します。

通信回線信号避雷器は、IEC 61644の要件に従って、B、C、およびFレベルに分類されます。基本保護基本保護レベル(大まかな保護レベル)、Cレベル(組み合わせ保護)包括的な保護レベル、クラスF(中およびファイン)保護)中および細かい保護レベル。

測定および制御装置/雷保護装置

測定および制御装置には、生産プラント、建物管理、暖房システム、警告装置など、幅広い用途があります。雷などによる過電圧は、制御システムに損傷を与えるだけでなく、高価なコンバータにも損傷を与えます。とセンサー。 制御システムの障害は、多くの場合、製品の損失と生産への影響をもたらします。 測定および制御ユニットは、通常、サージ過電圧に対する電力システムの反応よりも敏感です。 測定および制御システムに避雷器を選択して設置する場合は、次の要素を考慮する必要があります。

1、システムの最大動作電圧

2、最大動作電流

3、最大データ送信頻度

4、抵抗値を増加させるかどうか

5、ワイヤーが建物の外部から輸入されているかどうか、および建物に外部避雷装置があるかどうか。

低電圧パワーアレスタ/雷保護装置

旧郵便通信部の分析によると、通信局の落雷事故の80%は、電力線への落雷によるものです。 したがって、低電圧交流避雷器は非常に急速に開発され、MOV材料を使用した主要な避雷器が市場で支配的な地位を占めています。 MOVアレスタのメーカーはたくさんあり、その製品の違いは主に次のように示されています。

流量容量

流量は、避雷器が耐えられる最大雷電流(8 /20μs)です。 情報産業省規格「通信工学電力系統の雷保護に関する技術規則」は、電力供給用の避雷器の流量容量を規定しています。 第20レベルの避雷器はXNUMXKAを超えています。 しかし、市場に出回っている避雷器の現在のサージ容量はますます大きくなっています。 大型の通電アレスタは、落雷による損傷を受けにくいです。 小さな雷電流が許容される回数が増加し、残留電圧もわずかに減少します。 冗長並列技術を採用しています。 避雷器はまた、能力の保護を向上させます。 ただし、避雷器の損傷は必ずしも落雷によるものではありません。

現在、避雷器の検出には10 /350μsの電流波を使用することが提案されています。 その理由は、IEC1024およびIEC1312規格では、雷波を記述するときに10 /350μsの波を使用するためです。 8 /20μsの電流波はIEC1312の避雷器のマッチング計算で引き続き使用され、8 /20μsの波はIEC1643「SPD」–選択原理」でも使用されるため、このステートメントは包括的ではありません。これは主電流として使用されます。避雷器(SPD)を検出するための波形。 したがって、8 /20μs波の避雷器の流量は古くなっているとは言えず、8 /20μs波の避雷器の流量は国際規格に準拠していないとは言えません。

回路を保護する

MOVアレスタの故障は短絡および開放されています。 強力な雷電流は、避雷器を損傷し、開回路障害を形成する可能性があります。 このとき、避雷器モジュールの形状が崩れることがよくあります。 アレスタはまた、材料の長時間の経年劣化により動作電圧を低下させる可能性があります。 動作電圧がラインの動作電圧を下回ると、避雷器は交流電流を増加させ、避雷器は熱を発生させ、最終的にMOVデバイスの非線形特性を破壊し、その結果、避雷器が部分的に短絡します。 燃やす。 電力線の故障による動作電圧の上昇により、同様の状況が発生する可能性があります。

避雷器の開回路障害は電源に影響を与えません。 動作電圧を確認する必要があるため、避雷器を定期的に確認する必要があります。

避雷器の短絡故障は電源に影響を与えます。 熱がひどい場合、ワイヤーが焼けます。 電源の安全を確保するために、警報回路を保護する必要があります。 以前は、ヒューズは避雷器モジュールに直列に接続されていましたが、ヒューズは雷電流と短絡電流が確実に流れるようにする必要があります。 技術的に実装することは困難です。 特に、避雷器モジュールはほとんど短絡しています。 短絡時に流れる電流は大きくありませんが、主にパルス電流の放電に使用される避雷器を過熱させるには、連続電流で十分です。 後に登場した温度切断装置は、この問題をよりよく解決しました。 避雷器の部分的な短絡は、デバイスの切断温度を設定することによって検出されました。 避雷器の加熱装置が自動的に切断されると、光、電気、音響の警報信号が発せられました。

残留電圧

情報産業省の規格「通信工学電力システムの避雷に関する技術規則」(YD5078-98)は、すべてのレベルの避雷器の残留電圧について特定の要件を定めています。 標準的な要件は簡単に達成できると言わなければなりません。 MOVアレスタの残留電圧はです。動作電圧は2.5〜3.5倍です。 直並列単段避雷器の残留電圧差は大きくありません。 残留電圧を下げる対策は、動作電圧を下げて避雷器の電流容量を増やすことですが、動作電圧が低すぎるため、電源の不安定による避雷器の損傷が大きくなります。 一部の外国製品は早い段階で中国市場に参入し、動作電圧は非常に低く、後に動作電圧を大幅に上昇させました。

残留電圧はXNUMX段避雷器で低減できます。

雷波が侵入すると、避雷器1が放電し、発生する残留電圧はV1になります。 避雷器1を流れる電流はI1です。

避雷器2の残留電圧はV2で、流れる電流はI2です。 これは:V2 = V1-I2Z

避雷器2の残留電圧が避雷器1の残留電圧よりも低いことは明らかである。

単相電源の電力は一般に5KW未満であり、ライン電流は大きくなく、インピーダンスインダクタンスは巻線しやすいため、単相電源の雷保護用にXNUMXレベル避雷器を提供するメーカーがあります。 三相XNUMX段避雷器を提供するメーカーもあります。 三相電源の電力が大きい場合があるため、避雷器はかさばり、高価です。

規格では、電力線に複数の段階で避雷器を設置する必要があります。 実際、残留電圧を低減する効果は得られますが、ワイヤの自己インダクタンスを利用して、すべてのレベルで避雷器間の絶縁インピーダンスインダクタンスを作成します。

避雷器の残留電圧は、避雷器の技術的な指標にすぎません。 機器に印加される過電圧も残留電圧に基づいています。 電力線とアース線に接続された避雷器のXNUMX本の導体によって生成される追加の電圧が追加されます。 したがって、正しいインストールが実行されます。 避雷器は、機器の過電圧を低減するための重要な手段でもあります。

その他/雷保護装置

避雷器は、ユーザーのニーズに応じて、落雷カウンター、監視インターフェース、およびさまざまな設置方法を提供することもできます。

通信回線アレスタ

通信回線用の避雷器の技術的要件は高いです。これは、避雷技術の要件を満たすだけでなく、伝送インジケータが要件を満たしていることを確認する必要があるためです。 また、通信線に接続されている機器は耐電圧が低く、避雷装置の残留電圧が厳しいです。 したがって、避雷装置を選択することは困難です。 理想的な通信ラインの避雷装置は、静電容量が小さく、残留電圧が低く、電流が大きく、応答が速い必要があります。 明らかに、表のデバイスは理想的ではありません。 放電管はほぼすべての通信周波数に使用できますが、避雷能力は弱いです。 MOVコンデンサは大きく、オーディオ伝送にのみ適しています。 TVSが雷電流に耐える能力は弱いです。 保護効果。 避雷装置が異なれば、電流波の影響下での残留電圧波形も異なります。 残留電圧波形の特性に応じて、避雷器をスイッチタイプと電圧制限タイプに分けるか、XNUMXつのタイプを組み合わせて強度を高め、短絡を回避することができます。

解決策は、XNUMXつの異なるデバイスを使用してXNUMXステージアレスタを形成することです。 概略図は、電源のXNUMX段アレスタと同じです。 各デバイスの長さを発揮できるように、第XNUMXステージのみが放電管を使用し、中間絶縁抵抗器は抵抗器またはPTCを使用し、第XNUMXステージはTVSを使用します。 このような避雷器は、最大で数十MHZになる可能性があります。

高周波アレスタは、主にモバイルフィーダーやページングアンテナフィーダーなどの放電管を使用します。そうしないと、伝送要件を満たすことが困難になります。 ハイパスフィルターの原理を利用した製品もあります。 雷波のエネルギースペクトルは数キロヘルツから数百キロヘルツに集中しているため、アンテナの周波数が非常に低く、フィルターの製造が容易です。

最も単純な回路は、高周波コアワイヤと並列に小さなコアインダクタを接続して、ハイパスフィルタアレスタを形成することです。 点周波数通信アンテナの場合、XNUMX分のXNUMX波長の短絡ラインを使用してバンドパスフィルターを形成することもでき、避雷効果は優れていますが、どちらの方法でもアンテナフィーダーラインで送信されるDCが短絡します。 、および適用範囲が制限されています。

接地装置

接地は雷保護の基本です。 規格で指定されている接地方法は、金属プロファイルの水平または垂直接地極を使用することです。 腐食が強い領域では、亜鉛メッキと金属プロファイルの断面積を使用して腐食に耐えることができます。 非金属材料も使用できます。 導体は、グラファイト接地電極やポルトランドセメント接地電極などの接地極として機能します。 より合理的な方法は、近代建築の基本的な補強をアースポールとして使用することです。 過去の雷保護の制限により、接地抵抗を減らすことの重要性が強調されています。 一部のメーカーは、接地抵抗を減らすと主張して、さまざまな接地製品を導入しています。 抵抗低減器、ポリマー接地電極、非金属接地電極など。

実際、雷保護の観点から、接地抵抗の理解が変化し、接地グリッドのレイアウトの要件が高くなり、抵抗要件が緩和されています。 GB50057–94では、さまざまな建物の接地ネットワーク形式のみが強調されています。 等電位原理の避雷理論では、接地ネットワークは絶対零度ではなく、全電位基準点にすぎないため、抵抗要件はありません。 グラウンドグリッドの形状は等電位のニーズに必要であり、抵抗値は論理的ではありません。 もちろん、条件が許せば、低い接地抵抗を得ることに何の問題もありません。 さらに、電源と通信には接地抵抗の要件があり、これは雷保護技術の範囲を超えています。

接地抵抗は、主に土壌抵抗率と地面と土壌の間の接触抵抗に関係しています。 それはまた、地面を形成するときの地面の形状と数にも関係しています。 抵抗低減装置とさまざまな接地電極は、接触抵抗または地面と土壌の間の接触を改善するものではありません。 範囲。 ただし、土壌抵抗率が決定的な役割を果たし、他の抵抗率は比較的簡単に変更できます。 土壌抵抗率が高すぎると、土壌を変えるか土壌を改良する工学的方法しか効果がなく、他の方法はうまくいきません。

避雷は古いトピックですが、まだ進化しています。 試してみる製品はありません。 避雷技術にはまだまだ探求すべきことがたくさんあります。 現在、雷の発生メカニズムは不明です。 雷誘導に関する定量的研究も非常に弱いです。 そのため、避雷製品も開発されています。 避雷製品によって主張されているいくつかの新製品は、科学的な態度で実際にテストされ、理論的に開発される必要があります。 雷自体は確率の低いイベントであるため、有益な結果を得るには多くの長期的な統計分析が必要であり、それを達成するにはすべての関係者の協力が必要です。