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雷击建筑物中流过输电导体的电涌电流分布情况模拟


雷击建筑物中流过输电导体的电 涌电流分布情况模拟

Index
背景

火箭引雷实验数据及计算仿真

后续雷击、首次雷击和长时间雷击的计算仿真

结论

背景
? 了解遭雷击的建筑物内输电导体上的电流 情况对电涌保护器的选型、配置和安装有 重要意义。 ? IEC 62305-1认为部分电流的波形和雷电流波 形相同。

火箭引雷实验数据及计算仿真
2005年2月4日巴西 卡舒埃拉 ( Cachoeira),在安 装通信基站(RBS) 塔顶架设的火箭引 雷装置引雷成功。 人工引雷的获得雷 电流并不等同真实 雷电。其余自然雷 电中的后续雷击较 为接近。

计算机模拟
? 仿真工具:PSPICE
? 该研究通过实测火箭引雷的数据和模拟结 果的比较验证了模型的有效性。 ? 进一步使用该模型分析了IEC 62305中的其 它波形。(0.25/100、10/350、长波)

电路模型

影响分流的主要因 素:
接地系统: TN系统, 中性点直接接地, 距离变压器20m处重 复接地 SPD:电压限制型 (MOV)

使用引雷数据对模型的验证
1. 模拟值拟合度很高 2. 在相线和零线中的电流波 形和原始雷电流差异很大。 波前时间长,di/dt低,波尾 长。 3. 描述线路和SPD中的部分 雷电流仅使用峰值是不完善 的,还需考虑转移电荷量。

后续雷击0.25/100 (50kA)
1.流入电源系统的电流波形 和原始雷电流不同,波前时 间长,di/dt低。 2.初始阶段超90%的电流入 地,入电源系统的电流在超 过10us后达到峰值。 3.约60%的转移电荷量入电 源系统,和IEC的50%较吻合

4.由于相线上的SPD改变了 线路阻抗,因此具有较短波 尾。 5.无需使用0.25/100测试SPD, 10us左右的上升时间是和合 理的,对于残压试验非常重 要。

首次雷击10/350(200kA)
1.流入地和电源系统的电流 具有相同的峰值和接近的电 荷量,很好的吻合IEC 62305 的原则。因此使用10/350测 试建筑物入口处的I级分类 试验的产品是适合的。 2.相线和零线上的电流峰值 较为接近,但是相线上的波 尾较短

3.在相线和零线的实际分流 情况和遭受雷击的建筑物接 地电阻及电源的接地制式相 关。TN和TT系统中安装在 相线和零线上的SPD应该有 不同的要求。

TN系统中的长时间雷击(200C,0.5s)
1.总电流400A,160A接 地系统入地,240A零 线入地。(由接地系统 的直流电阻决定) 2.没有电流流过SPD, 零地之间的电压不足以 启动SPD

IEC62305-1指出,高暴露的物体如风力涡轮机或电信塔发起的具有相对低电流的向 上放电的比向下(云到地)闪击更为频繁。

负极性上行雷击
长时间雷击常常在直流成分上 有叠加闪击即α- 分量,同时还 可能衔接若干回击即β-分量。 IEC 62305—1中也有提到这类情 况。

在奥地利盖斯贝格塔记录到的负极性上行雷击

TT系统中的长时间雷击

TT系统中的长时间雷击(200C,0.5s)

结论
? 1.峰值和di/dt决定残压,尽管存在0.25/100 这样的 雷电流波形,由于线路中阻抗的缘故考虑10us的上 升沿就足够了。 ? 2.影响低压配电系统中雷电流分布的因素很多,包 括接地电阻、接地制式和SPD安装的位置和数量等。 ? 3. 转移电荷量和电流峰值同样重要。但在不同条件 (波形、系统)下,其分配并不能用同一个单一系 数表示。 ? 4.在建筑物入口处的SPD,流过其的电流波形任然接 近10/350。 ? 5. 零地间的雷电流波尾更长,所以在零地间选择更 大的SPD是正确的。

进一步完善
? 1. 对长时间雷击对相零间SPD的影响,并没 有给出什么应对策略 ? 2. 在建模过程中只考虑了由一个变压器对 一个孤立的建筑物进行供电的情况。而没 有考虑多个并联建筑使用同一变压器的情 况。(电路阻抗降低,有更多的部分雷电 流会进入电源系统)

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