雷擊對電能質(zhì)量的影響——Dranetz電力士的電能質(zhì)量解決方案

每年夏季都是雷暴高發(fā)的季節(jié)，雷擊的瞬間產(chǎn)生的高頻瞬態(tài)能量非常巨大，所以保護好設(shè)施和設(shè)備，使其避免受到雷擊的損害顯得很重要。做好防護的第一步是確保電能質(zhì)量分析儀能夠捕獲電能質(zhì)量異常事件，但是在現(xiàn)實中往往很難捕捉到這些事件。“瞬態(tài)"一詞在電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備的規(guī)格表中被定義為從1/4周期的衰減到亞微秒的脈沖瞬態(tài)，根據(jù)IEC / IEEE的定義，均方根變化是指持續(xù)時間超過1/2個周期的事件，而瞬變則是短于1/2個周期的事件。因此，如果一個典型的電能監(jiān)測儀器在一個周期內(nèi)以128次采樣電壓并觸發(fā)RMS變化，就只能捕獲到典型的1.2 x 50微秒的閃電脈沖瞬態(tài)，而你的監(jiān)測儀最多只有33%的幾率捕捉到這種事件。

如果你的監(jiān)測儀能夠通過1MHz或更快的采樣率來捕獲高頻瞬態(tài)，或者使用高頻、可復(fù)位的雙峰值監(jiān)測器，那么你捕捉到這些電能質(zhì)量事件的成功率將大大提高。峰值監(jiān)測器能將高頻電路集成到一個峰值保持電路中，并且保存最大的幅度值，一直到它被重置。如果它經(jīng)常被重置，比如一個周期重置128次，它就能捕獲閃電產(chǎn)生的瞬態(tài)電壓，并對設(shè)備沒有任何負面的影響。

那么雷暴期間最常見的電能質(zhì)量事件有哪些？電能監(jiān)測設(shè)備又是如何捕獲這些事件的呢？以直接或耦合雷擊到供配電線路為例，這個供配電線路設(shè)施有許多的浪涌抑制器，包括TVSS(瞬態(tài)電壓浪涌抑制器)設(shè)備。當(dāng)電壓試圖攀升到預(yù)設(shè)定的值以上時，這些元件能夠降低阻抗，從而使大量的能量轉(zhuǎn)移到接地導(dǎo)體或者相對相中，不讓它對負載造成傷害。

當(dāng)這些TVSS設(shè)備正常工作時，230V交流線路的峰值電壓通常低于350V，電壓處于安全范圍內(nèi)。許多電能質(zhì)量在線監(jiān)測設(shè)備能夠設(shè)置500V的峰值或更高的瞬態(tài)觸發(fā)電壓，但當(dāng)受到雷擊并且TVSS工作時，這些電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備卻沒有觸發(fā)電能質(zhì)量事件，在這種情況下，不能當(dāng)作什么事件也沒有發(fā)生，因為雷擊確實產(chǎn)生了一個明顯的電流瞬變，也就意味著這股能量必須流出去。而我們的峰值監(jiān)測器觸發(fā)電流瞬變的電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備能夠捕獲這個數(shù)據(jù)并評估TVSS的性能。

但是，如果TVSS工作并且電壓正常，特別是沒有明顯的設(shè)備損壞的情況下，我們?yōu)槭裁催€要關(guān)注這個電能質(zhì)量事件呢？因為，TVSS每次受到雷擊，即使這個雷擊是非常微小的，它也會失去一些轉(zhuǎn)移能量的能力。當(dāng)它受到雷擊的次數(shù)足夠多的時候，TVSS就可能會損壞而停止運行，在我們不知情的情況下就失去了保護電路設(shè)施的功能。 當(dāng)你通過監(jiān)測電流和電壓瞬變的事件，就可以看到閃電瞬變確實影響了電氣系統(tǒng)，TVSS設(shè)備也發(fā)揮了它們的作用，并確定這些設(shè)備性能是否正在退化，是否需要在更嚴重的故障發(fā)生之前更換。換句話說，有效的監(jiān)測儀器可用于在破壞性故障發(fā)生之前及時發(fā)現(xiàn)并安排維護，優(yōu)化緩解設(shè)備并最大限度地提高電力系統(tǒng)的可靠性。

我們來看一下數(shù)據(jù):電壓A和電流C在上游，而電壓B和電流D在負載附近，前兩幅圖顯示了電路中沒有TVSS時的電壓和電流的波形，在相同的位置同時出現(xiàn)了1038V的峰值電壓和92A的瞬態(tài)電流。第三張圖是瞬變的波形放大后，典型的閃電脈沖瞬變的快速上升和稍慢的衰減的波形。

最后兩幅圖表示當(dāng)相同的瞬態(tài)產(chǎn)生額定400V的浪涌抑制時發(fā)生的情況。在設(shè)備的上游，電壓被限制在400V以上，但電流上升到360A，下游電壓低于400V，電流卻只有5A， 很顯然，是這個裝置發(fā)揮了作用。但是如果在線監(jiān)測設(shè)備的觸發(fā)峰值電壓設(shè)置的是500V，就會捕捉不到進入TVSS電路的瞬態(tài)信號，不能觸發(fā)電流瞬態(tài)事件。如果使用250V峰值電壓的TVSS，就算使用高頻瞬態(tài)電壓來監(jiān)測，在電壓觸發(fā)監(jiān)測器上錯過事件的可能性也更大。這些數(shù)據(jù)表明電能質(zhì)量監(jiān)測儀器的重要性，該儀器可以在電力設(shè)施被雷擊摧毀之前真正捕捉到高速電流瞬態(tài)。

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