雷擊對電能質量的影響——Dranetz電力士的電能質量解決方案

每年夏季都是雷暴高發(fā)的季節(jié)，雷擊的瞬間產生的高頻瞬態(tài)能量非常巨大，所以保護好設施和設備，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量分析儀能夠捕獲電能質量異常事件，但是在現實中往往很難捕捉到這些事件。“瞬態(tài)"一詞在電能質量監(jiān)測設備的規(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、可復位的雙峰值監(jiān)測器，那么你捕捉到這些電能質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。如果它經常被重置，比如一個周期重置128次，它就能捕獲閃電產生的瞬態(tài)電壓，并對設備沒有任何負面的影響。

那么雷暴期間最常見的電能質量事件有哪些？電能監(jiān)測設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，這個供配電線路設施有許多的浪涌抑制器，包括TVSS(瞬態(tài)電壓浪涌抑制器)設備。當電壓試圖攀升到預設定的值以上時，這些元件能夠降低阻抗，從而使大量的能量轉移到接地導體或者相對相中，不讓它對負載造成傷害。

當這些TVSS設備正常工作時，230V交流線路的峰值電壓通常低于350V，電壓處于安全范圍內。許多電能質量在線監(jiān)測設備能夠設置500V的峰值或更高的瞬態(tài)觸發(fā)電壓，但當受到雷擊并且TVSS工作時，這些電能質量監(jiān)測設備卻沒有觸發(fā)電能質量事件，在這種情況下，不能當作什么事件也沒有發(fā)生，因為雷擊確實產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)電流瞬變的電能質量監(jiān)測設備能夠捕獲這個數據并評估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備損壞的情況下，我們?yōu)槭裁催€要關注這個電能質量事件呢？因為，TVSS每次受到雷擊，即使這個雷擊是非常微小的，它也會失去一些轉移能量的能力。當它受到雷擊的次數足夠多的時候，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施的功能。 當你通過監(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，TVSS設備也發(fā)揮了它們的作用，并確定這些設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)現并安排維護，優(yōu)化緩解設備并最大限度地提高電力系統的可靠性。

我們來看一下數據: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。

最后兩幅圖表示當相同的瞬態(tài)產生額定400V的浪涌抑制時發(fā)生的情況。在設備的上游，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)測設備的觸發(fā)峰值電壓設置的是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。這些數據表明電能質量監(jiān)測儀器的重要性，該儀器可以在電力設施被雷擊摧毀之前真正捕捉到高速電流瞬態(tài)。

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