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摘要:在工廠運(yùn)行體系中,供電系統(tǒng)占據(jù)著十分重要的地位,其主要發(fā)揮驅(qū)動力的作用。若供電系統(tǒng)長期處于高負(fù)荷裝下運(yùn)轉(zhuǎn),設(shè)備內(nèi)部的電子元件的敏感度會有所降低,會降低其安全性能,尤其是受到外部雷電的作用,會產(chǎn)生過電流和過電壓,會讓設(shè)備內(nèi)部的供電線路產(chǎn)生一定的電流荷載,會加大設(shè)備被損毀、被擊穿的風(fēng)險,導(dǎo)致工廠無法高效而持續(xù)的運(yùn)作。對此,本文就工廠供電系統(tǒng)過電壓保護(hù)展開了相關(guān)的分析與研究。
關(guān)鍵詞:工廠;供電系統(tǒng);過電壓;保護(hù)
供電系統(tǒng)是鋼鐵廠運(yùn)作的重要基礎(chǔ),各種機(jī)械設(shè)備、電子設(shè)備等都要借助電力能源開展自身的驅(qū)動。鑒于供電系統(tǒng)的實(shí)際作用,工廠管理部門通常會對其設(shè)定更為專業(yè)的防護(hù)性體系,避免內(nèi)外部環(huán)境的干擾而對整個供電系統(tǒng)造成一定的破壞,會影響工廠高效而順利的運(yùn)行。然而,即便是基于多重保護(hù)的基礎(chǔ)上,整個供電系統(tǒng)還是會存在諸多的安全隱患,其中,以過電壓所引發(fā)的安全隱患是最為嚴(yán)重的。受到外部相關(guān)因素的影響,致使整個系統(tǒng)中承載的電壓會瞬間增大,若過電壓、過電流等超過預(yù)期荷載時,極易引發(fā)運(yùn)行事故。因此,我們應(yīng)注重對工廠供電系統(tǒng)過電壓保護(hù)體系的不斷優(yōu)化,以保證廠房內(nèi)全部的電子設(shè)備都可以規(guī)范而合理的運(yùn)行。
一、工廠供電系統(tǒng)過電壓發(fā)生的機(jī)理
就工程的電力系統(tǒng)供應(yīng)而言,供電系統(tǒng)是確保工廠高效運(yùn)行的重要基礎(chǔ),然而,會讓整個系統(tǒng)的承載性能變得十分脆弱,且受到外部因素的影響,如若發(fā)生過電壓的情況,會讓瞬間電壓值到達(dá)幾十萬伏,容易燒毀設(shè)備或?qū)е略O(shè)備發(fā)生短路的情況,極易造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。除了相關(guān)的內(nèi)部因素的影響之外,雷電是產(chǎn)生過電壓的主要原因,且感應(yīng)雷、直擊雷等都會作用于電力設(shè)備,如,設(shè)備的防護(hù)措施不夠,導(dǎo)致雷電會產(chǎn)生較大的電壓,其會瞬間將設(shè)備擊穿[1]。一般條件下,雷電是設(shè)備接觸時在固定空間中會產(chǎn)生的一種強(qiáng)大磁場,等到磁場或靜電場在設(shè)備內(nèi)會產(chǎn)生高電阻的電磁回路時,某個高電阻點(diǎn)就會滋生強(qiáng)大熱能,會對設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)烈的損害[2]。
二、氧化鋅避雷器的結(jié)構(gòu)和特性
(一)結(jié)構(gòu)
氧化鋅避雷器中最重要的元件為氧化鋅壓敏電阻,由于其特性的影響,會導(dǎo)致避雷器的保護(hù)性能大大降低。壓敏電阻會和某個開關(guān)電壓相呼應(yīng),若比開關(guān)電壓值低時,表現(xiàn)為高阻態(tài),即開路;若比開關(guān)電壓值高時,則表現(xiàn)為低阻態(tài)。在此種狀態(tài)下,沖擊電流會借助壓敏電阻來釋放到大地中。另外,壓敏電阻還具備比較強(qiáng)的恢復(fù)性能,沖擊電壓產(chǎn)生后會快速恢復(fù)至高阻態(tài)。同時,在氧化鋅避雷器中會有諸多的壓敏電阻,且壓敏電阻主要以串聯(lián)的狀態(tài)存在,其內(nèi)部部件主要包括密封膠、絕緣材料、電級與黏合劑等[3]。
(二)特性
(1)具有較強(qiáng)的通流性能。由于受到過電壓的強(qiáng)烈沖擊,會釋放出一定的大電流,待到過電壓散去后即可自行恢復(fù)至高阻態(tài)狀態(tài)下,還可予以反復(fù)使用。(2)具有較強(qiáng)的保護(hù)性能。氧化鋅避雷器屬于當(dāng)前最為先進(jìn)的過電壓保護(hù)設(shè)備,其具有非線性伏安的基本特性,基于正常電壓條件下,內(nèi)部電流是微安級別。受到過電壓的相關(guān)沖擊之后,過電流會借助避雷器來降低電壓,利用殘壓來保護(hù)相關(guān)的設(shè)備,會對設(shè)備產(chǎn)生很大的限制,等到釋放完能量后,可采取自我修復(fù)的方法來恢復(fù)到高阻態(tài),以更好地保護(hù)電網(wǎng)。(3)具有較強(qiáng)的密封性和可靠性。在使用氧化鋅避雷器時,應(yīng)使用密封膠,主要是為了提高避雷器的密封性,以保證避雷器可以高效而安全的運(yùn)行。(4)具有一定的機(jī)械性能,且抵抗地震、雨雪與拉力的性能較為突出。(5)抗污能力強(qiáng)。伴隨著工業(yè)化經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,顆粒塵埃相對較多,污染物會聚集到避雷器表面,這樣會泄漏一定的電流,也會影響到避雷器的應(yīng)用壽命。由于避雷器的抗污性能比較強(qiáng),可保證避雷器可以可靠而穩(wěn)定的運(yùn)行。
三、氧化鋅避雷器的多級保護(hù)
(一)仿真用波形
為了提升整個低壓電網(wǎng)抵抗過電壓的性能,注重對用電設(shè)備的合理化保護(hù),就要選用氧化鋅避雷器,從而開展多級保護(hù)模式。開展該研究時,主要是選擇PSCAD軟件來開展仿真操作,旨在獲取前后兩級避雷器的實(shí)際安裝與操作方案,可為后續(xù)避雷器的安裝提供相應(yīng)的理論基礎(chǔ)。一般情況下,電網(wǎng)主要是使用避雷線、避雷針來進(jìn)行防護(hù),而侵入過電壓則為非直擊雷。通常來講,非直擊雷主要包括傳導(dǎo)雷與感應(yīng)類。過電壓會通過變壓器的耦合達(dá)到低壓一側(cè),且過電壓的實(shí)際幅值相對較大,致使雷電波的實(shí)際陡度較大,波前也比較短且高頻分量也比較高,主要是為了測試系統(tǒng)和設(shè)備出現(xiàn)過電壓時的敏感度如何[4]。波形類型、電涌幅值比較多,為充分了解電涌對電路設(shè)備所產(chǎn)生的影響,應(yīng)結(jié)合具體的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)定好電涌的幅值、波形等參數(shù)。通常情況下,會把仿真雷擊、靜電放電與快速切投過電壓的波形描述為雙指數(shù)波形。測試波形則是通過分析靜放電、切投過電壓與雷擊感應(yīng)等而獲取的?,F(xiàn)階段,我國主要是借鑒國外IEC標(biāo)準(zhǔn)推薦的相關(guān)沖擊波,主要包括8/20μs沖擊電流波與1.2/50μs沖擊電壓波[5]。在該行業(yè)中,最常使用的仿真類軟件是PSCAD/EMTDC,此種軟件適用于非線性系統(tǒng)仿真、交直流電力系統(tǒng)和電力電子系統(tǒng)等方面。在此次研究中所涉及的仿真實(shí)驗(yàn)是把PSCAD作為電磁暫態(tài)仿真軟件,主要是選擇PSCAD仿真程度來仿真該實(shí)驗(yàn)的電涌波形,如圖1所示,常見的幾種電涌波形對應(yīng)的仿真模型參數(shù)詳見下表。
(二)混合型沖擊波前后端避雷器的有效配合
1.前后端型號不同避雷器狀態(tài)下的配合1.2/50μs-8/20μs混合波主要是國外IEC標(biāo)準(zhǔn)推薦且使用的實(shí)施低壓系統(tǒng)避雷器試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)混合波[6]。而8/20μs雷電流波和具體的線路波形很是接近,可以很好的對過電壓進(jìn)行模擬,且此種波形具有幅值高、陡度大的特性,基于此,會影響到設(shè)備的具體性能。結(jié)合圖2、圖3我們可以得出,通過軟件仿真可以更為清楚的了解電壓、電流的變化情況,進(jìn)而獲得電量值,可為設(shè)備安裝提供借鑒。2.不同沖擊源幅值條件下避雷器的配合選擇10.0m的電纜,采取高-低配合的方式,并對混合波沖擊源的幅值進(jìn)行科學(xué)的調(diào)整,還要對各種參數(shù)值不變的情況下沖擊源的幅值變化情況進(jìn)行分析,并充分分析首、末兩端避雷器的各種電量值。3.確定電纜長度范圍
經(jīng)過系列的分析和研究,避雷器之間電纜長度未出現(xiàn)變化時,避雷器的信號也是不固定的,對應(yīng)的電流、電壓和能力也不相同。在應(yīng)用過程中,電纜長度發(fā)生變化,其對應(yīng)的參數(shù)值也會發(fā)生變化。鑒于選擇高-低搭配的方法進(jìn)行仿真,在混合波沖擊波的實(shí)際作用下電纜長度發(fā)生變化時避雷器的電壓與電流參數(shù)。首末端避雷器仍然采用高-低搭配的方式,受到混合沖擊波的具體作用,其他的條件不會發(fā)生變化,只是會改變電纜的實(shí)際長度,經(jīng)過相關(guān)的仿真操作了解到,將電纜長度控制到5.0—20.0m,前后兩級避雷器能夠進(jìn)行能量的合理化分配,既可保護(hù)相關(guān)的設(shè)備,還可保障避雷器的實(shí)際壽命。
四、結(jié)語
綜上所述,大部分鋼鐵工程在具體運(yùn)行過程中均要具備電力能源的支撐,持續(xù)性、穩(wěn)定性的供電模式也是確保整個鋼鐵工程生產(chǎn)與加工的重要基準(zhǔn)。若想更大程度上保證鋼鐵工廠供電系統(tǒng)不會受到外部環(huán)境的有效干擾,技術(shù)員需要結(jié)合容易出現(xiàn)的問題來制定相關(guān)的舉措,充分發(fā)揮好氧化鋅避雷器的多級保護(hù)作用,注重挖掘其優(yōu)勢,進(jìn)而更好地保證整個供電系統(tǒng)的安全性。
參考文獻(xiàn):
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[3]王智遠(yuǎn).工廠供電系統(tǒng)過電壓保護(hù)優(yōu)化研究[D].東北石油大學(xué),2017.
[4]劉瑩.關(guān)于發(fā)電機(jī)過電壓保護(hù)動作的分析與探討[J].科技尚品,2016(01):219.
[5]田文利.論電力系統(tǒng)中的過電壓保護(hù)原理及防護(hù)[J].科技與企業(yè),2015(11):226.
[6]韓春輝.試論水電廠電氣一次設(shè)備過電壓保護(hù)措施[J].科技與企業(yè),2015(07):179.
作者:馮川 單位:陽春新鋼鐵有限責(zé)任公司