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标题: 从电磁学角度探讨电涌产生的原理 [打印本页]

作者: 天刀 时间: 2003-12-6 00:51
标题: 从电磁学角度探讨电涌产生的原理
[这个贴子最后由通天雷神在 2003/12/06 01:53pm 第 1 次编辑]

其实我对电磁学很多物理定律及公式早已生疏，因为工作中涉及到电涌保护，想搞清楚其中原理，这才翻出来现炒现卖，信口开河之下，可能谬误甚多，敬请指出。

防雷规范上谈到电涌保护器一章的时候，说的是“防雷击电磁脉冲”，从论述中可以看出，电涌来源有两个：架空线遭直击雷入侵、电力线路受雷电波感应。对于前者我们暂且不论，假设没有架空线，着重探讨第二个电涌来源。

根据防雷规范上给出的计算模型，雷击建筑物后，雷电波沿引下线入地，由于雷电波峰值高频率高，在流过引下线的过程中，在引下线周围感应出剧烈变化的磁场。按一位网友所说，每根引下线就象是一根天线，向周围散发电磁能量。

显然，在这种情况下，决定磁场的是雷电流，接地电阻无济于事。增加引下线数目并不能从总体上降低电磁能量，只不过是把一定的电磁能量分成多个支路散发出去而已，起到的作用只是让形成的磁场尽量均匀。而电磁能量分两个方向散发：一半室内一半室外。怀疑防雷规范34页上所谓“全部雷电流50%流入接地装置”这个50%似乎应该是50%电磁能量散发到室外而不是入地。

根据法拉第电磁感应定律，闭合回路或线圈中感生电动势e的大小，与穿过闭合回路或线圈的磁通量的变化率成正比——这就是物理学上对于电磁感应的描述。只要导体环路处在变化的磁场中，就会产生感应电势以及感应电流。从这个角度看来，我们通常所说的等电位连接系统其实也是导体环路，也应该产生感应电流感应电压也就是电涌，之所以在电磁冲击下没有这样的现象，是因为等电位系统并不是一个环，而是很多个环组成的一个网，每个网格中的感应电流都和它相邻的网格彼此抵消。当然磁场变化并不均匀，实际上不可能完全抵消，应该说网格越小，抵消得越彻底。唯一没有相邻网格的就是最外围的那一圈环路，无法抵消，幸好等电位系统最外围是接地的，最外围的那一圈“环路”其实是大地。那么如果等电位系统无法接地呢？比如飞机，那么此时等电位系统的“最外围”已经不是一个环，而是飞机壳体，已经没有了“边界”。

对比等电位系统，电气回路的结构就没那么幸运了。一个低压配电线路，起点是变压器线圈，终点是用电设备，从N线返回构成环路。在没有电涌保护器的情况下，整条线路上被雷电磁场感应的电势电流无法抵消无法入地，叠加在正常电流上从而形成电涌。

那么假如低压配电回路完全闭合，高压却没有送电，线路中没有正常电流，这时候如果建筑物遭雷击，回路中是否会产生电涌呢？我想答案应该是肯定的，因为雷电感应和正常送电与否完全无关，而数以千计的感应电流电压，无论是否叠加上正常电流电压，都足以破坏电子设备了。

作者: ASP 时间: 2003-12-6 11:26
广东2002年考试有一道棉花包的题，

是依据gb50057里的公式计算电涌电压的！

作者: 通天雷神 时间: 2003-12-6 14:07
说的精彩！是这么回事。

就算线路中没有正常电流，这时候如果建筑物遭雷击，回路中依旧会产生电涌。[不过这只针对中性点有效接地系统，对于中性点非有效接地的系统，那产生的就是一个感生电势了（注意：不是电压）]

不过关于雷电分流理论的模型还是参考IEC标准吧。其标准中说：更为健全的模型正在商讨中。那就等它商讨出来再说。

对于电磁耦合，可依据下面的公式计算：H（t）=i（t）/2πr；也就是说：雷电流不论其在导体中流过还是在雷电通道中流过，都产生磁场。半径100米时，其磁场强度正比与电流随时间的变化率。

作者: 天刀 时间: 2003-12-7 23:39
但是现在有点疑惑的是电涌保护器的布局。如果雷电波直击架空线入侵，那么从线路进线处到分支依次安装是容易理解的。但如果雷电波只是通过感应入侵电气线路，那么就不存在一个从进线到分支的行进过程了，因为只要在磁场范围内都会被感应，而不是从进线开关处先被感应然后再轮到设备出线，这时候1级电涌保护器就可以装在干线母排上的任何一点，不一定非要紧挨着进线开关后面。那么2、3级电涌保护器呢？在干线上感应出那么高的电流在支线上也同样会感应出来，那么上下级电涌保护器就应该有个时间配合，在雷电流还没来得及对下级电涌保护器以及设备造成损害的时候，上级电涌保护器就应该释放掉大部分雷电流，只不过在现有的选型指南里好像没看到对这种时间配合的要求。

作者: 天刀 时间: 2003-12-7 23:40
有时候我在想，如果能把所有引下线都穿金属管屏蔽，可能就没这么多麻烦事了。好像有些行业已经这么做了吧？

作者: solemnity 时间: 2003-12-8 08:32
时间配合产品？他们就告诉加个解偶电感就没问题了，至于时间吗只有你通过运行发现没事，才知道这套产品的组合完全满足2级避雷器的时间问题。

作者: ASP 时间: 2003-12-8 09:37
电涌保护器的布局在电涌保护器的测试要求其实已经有了解释

1 10/350 - 泻放 Q/2 电荷
2 8/20 - 泻放雷电流
3 混合波

除雷电波直击架空线入侵以外还有直击雷在线路上的分配

在感应雷部分，才会出现如上文所述的情形，此时不妨从线路包围的面积来看。

作者: 通天雷神 时间: 2003-12-9 17:14
关于SPD的布置一定是按所处区域进行布置的。在LPZ0A区布置B级，在LPZ1区布置C级，以次类推。但是，不一定总配电柜就一定是LPZ0A区，分级配电箱就一定是LPZ1区。但这个原则是没有错的，是符合国家标准和IEC标准的。正如ASP说的：10/350是‘泻放电荷’、8/20是‘泻放雷电流’。

作者: 雷泡 时间: 2003-12-23 17:14

下面引用由通天雷神在 2003/12/06 02:07pm 发表的内容：
说的精彩！是这么回事。
就算线路中没有正常电流，这时候如果建筑物遭雷击，回路中依旧会产生电涌。
不过关于雷电分流理论的模型还是参考IEC标准吧。其标准中说：更为健全的模型正在商讨中。那就等它商讨出来再　...

“电涌”有无与“系统N线是否可靠接地”没有“因果”关系；“感生电势”也是“电涌”；其中的“感生电势”其实就是“电压”。

作者: 通天雷神 时间: 2003-12-23 22:59
多谢你的观点。但是我不赞同。

1、‘电势’和‘电压’是有区别的。比如，我们知道空间电场是500KV，那么距地面1M的高度，其‘电势’可以说成是100V[约等于]，这里能说‘电压’吗？同样的道理，在上述例子中只能说是‘感生电势’而不能说是‘感生电压’。这个概念望再推敲。

2、在配电系统中‘电涌’的有无与‘系统N线是否可靠接地’绝对有‘因果’关系！首先‘电涌’是什么？它是一个行进的波，如果没有形成回路的话，那个‘波’根本不‘行进’，这时能称做是‘电涌’吗？只能称做‘电势’。这个概念也望再推敲。

欢迎继续讨论。

作者: 昆雷 时间: 2003-12-25 17:49
电涌的生成主要有三种：
电磁感应，静电感应和地电位反击。这还没有包括直接雷击。
直接雷击过电压是最严励的，它首先导致线路的绝缘子放电，而剩下比绝子缘放电电压小的电涌过电压传入线路两侧。随后由SPD解决它。如果无味追求线路绝缘水平的提高，那无异于加重SPD的工作负担，实际上SPD是不能承受直接雷击过电压的，肯定损坏。由此观之，农村的木杆架空线路绝缘水平高，反而对选用SPD是不利的。
再之，如果选用了多级SPD，那它们之间的配合是一个大问题。配合不好，有可能使后级较低电压的SPD先动作，因不能承受比它高的电压而损坏。要做好配合，在两级SPD之间要有解耦元件。还要考虑到过电压的来自方向的不同。因为感应电压多从线路传入，而地电位反击过电压多从内部往外传出。或者同时作用在各级SPD上。它们的方向相反。对后者，往往不为人们注意而遭忽视。

作者: 通天雷神 时间: 2003-12-26 01:11
不完全对。

10/350波形的SPD可以泻放线路上100C电荷量、10MJ/Ω的能量。

比如ASP公司的Asafe产品就可以泻放直击雷在线路上的电涌。

作者: 昆雷 时间: 2003-12-29 20:48
雷神，你是说哪个的说法“不完全对”？

作者: 通天雷神 时间: 2003-12-29 21:54
我是说您说的：‘实际上SPD是不能承受直接雷击过电压的，肯定损坏。’这句话不完全对。

作者: 昆雷 时间: 2003-12-31 21:37
你的什么SPD，其工作电压是多少，能承受百仟伏级以上的直击雷过电压吗？
如果是电力系统中用的高压避雷器，那是完全应该和可能的。
当然了，认真分析下来，直击雷打下来后。打到线路上，首先线路的绝缘子闪络，泄放了大部分雷电能量，只剩下比线路绝缘水平低的过电压，由SPD承受并泄放。即是说，线路本身起第一道防线的作用，SPD只起第二道防线的作用。
如果，线路绝缘水平稍高，高于SPD的启动（放电）电压，那SPD就有危险了。总之，不能寄希望于SPD去保护直击雷过电压。

作者: 通天雷神 时间: 2004-1-2 02:37
我已经给您了一些资料。

ASP的Asafe系列可以承受直接雷击导线所产生的过电压和雷电流。

作者: 昆雷 时间: 2004-1-3 20:58
你给我的资料我还没有细看，不过，我对你说的：“ASP的Asafe系列可以承受直接雷击导线所产生的过电压和雷电流。”感到怀疑。须知直击雷的能量有多大，Asafe系列能泄放得了吗？有点吹牛吧？

作者: 通天雷神 时间: 2004-1-3 23:22
梅老先生：我的说法来自于GB 50057标准，而这个标准所引用的依据来自IEC。IEC的依据来自CIGRE，而CIGRE的数据是30年对雷电进行监测和研究得来的。

首次雷击的电荷量标准要求最大值是：100库；能量标准要求最大值是：10MJ/Ω。而对于建筑物来说，其电源线路所能分配的是50%。依据这个要求，ASP的Asafe通过了权威检测机构的试验。

这叫吹牛吗？那你觉得雷电是怎样的呢？

作者: marchile 时间: 2004-1-4 11:51
首次雷击的电荷量标准要求最大值是：100库；能量标准要求最大值是：10MJ/Ω。而对于建筑物来说，其电源线路所能分配的是50%。依据这个要求，ASP的Asafe通过了权威检测机构的试验。

昆雷的说法并没有错，标准是标准，打雷是打雷，你不能要求老天爷按你的标准打雷。
总之，到目前为止，还没有见到谁用SPD防直击雷。

作者: 通天雷神 时间: 2004-1-4 12:17
呵呵。那标准是拿来做什么用的呢？标准有是怎么制定来的呢？CIGRE30年对雷电进行监测和研究的数据没有意义吗？我们能按照什么去制造产品呢？普遍现象和个别现象又有什么明显标志呢？……

所以，我觉得先生说的是没有道理的。而且依据雷击导线的数据和事例，SPD完全可以有效的对配电线路、设备和使用设备的人进行有效的保护。下面我会转述我在另一帖子下的回复作为参考。

两位先生看完以后希望对此有一个清楚的认识。很希望继续讨论这一问题。

作者: 通天雷神 时间: 2004-1-4 12:20
首先能被雷击的导线一定位于建筑外，这里有三种分法：A、雷击高压输电线；B、雷击380V架空导线；C、雷击380V地埋导线。

对于A，雷击后在低压测经变压器励磁线圈隔离后，雷击波形变为10/40的操作故障谐波，是一个大电流波形，一般的8/20的SPD很难承受这样能量的波形[其能量约等于8/20的2.88倍，峰值电流45KA（国家标准要求值）]，因此，低压侧导线不会断，但用电设备前的RCD一定承受不了，会断开来保护设备。此时的8/20波形SPD会因一次雷击而发生贯穿损坏[如果是使用MOV芯片的话]。RCD跳掉以后的波形是一个1.2/50的电压波，此时SPD已经干掉，而后级设备的绝缘只有4KV，根本耐不了此时大于6KV的过电压，因此就算设备前安装有第二级SPD，设备一样被打坏，使用该设备的人也不安全。

对于B，可分两种情况来看。雷击L线和雷击N线。相对而言，雷击L线的危害还要小一点。雷击以后，导线必定断，这时会有一个10/350波形的大电流沿导线传输。假设设备端安装的是MOV型8/20的SPD，那此SPD将一次被打穿。RCD跳掉或者燃烧[雷击N线的情况下]，此时的设备肯定损失惨重。

对于C，由于不是直接雷击导线，因此地线可以分去很大一部分雷击能量[按CIGRE的算法是60%]，但是在导线上依旧有40%的10/350波形的雷击能量，MOV型8/20的SPD是根本承受不了的。起损坏见B。

所以我们的国标GB 50057才强制要求建筑物入口处安装10/350波形的SPD对配电线路和设备进行保护。依据上面提到的设计方法，无论怎样发生雷击，设备和使用设备的人都不安全。1999年辽源电厂雷击架空导线导致人员伤亡的例子就是在有上述‘设计’的保护下发生的。也许，也就是那一年引发的关于‘SPD能不能防雷’的辩论才使GB 50057改为采用IEC标准的吧。

以上是我个人的看法，有反对意见的网友请一起探讨。

作者: 通天雷神 时间: 2004-1-5 11:32
marchile：等你和昆雷先生续呢。

昆雷老先生家里有点事情，最近不会长来。祝愿他一切平安。

作者: marchile 时间: 2004-1-5 15:04
哦，都忘了。
请让我歇一下。

作者: 通天雷神 时间: 2004-1-5 16:24
好啊。今天第一天上班就要歇啊：）

作者: marchile 时间: 2004-1-6 15:18
唉，年末、年初，总结、计划。。。。。。。

作者: 通天雷神 时间: 2004-1-6 15:43
唉~！当领导就是累啊。

那你慢慢忙啊。多出点效益。

作者: marchile 时间: 2004-1-6 16:01
讲的是那门子话呀。应该是：
快点忙，多出点效益。或/
慢点忙，少出点效益。

作者: 通天雷神 时间: 2004-1-6 17:20
那多没新意啊。要是领导：快点忙，多出点效益。证明管理混乱，底下都是白痴。要是领导：慢点忙，少出点效益。那领导是白痴。

作者: marchile 时间: 2004-1-7 08:54
完啦，左右都是白痴，还要以其昏昏，使人昭昭。

作者: 通天雷神 时间: 2004-1-8 16:45
哈哈：）不至于吧。

作者: marchile 时间: 2004-1-14 10:16
人在江湖，身不由己。

作者: andyren 时间: 2004-4-28 00:35
精彩！但不够犀利！

作者: 昆雷 时间: 2004-7-1 16:54
雷神，今天我上你们公司网站，从那里的一篇文章回到了这里，看到了你这篇年初发表的文章。才得以读到。
我不同意你这里对雷电物理知识的描述和解释。可以说，包括A、B和C，整个解释还有许多谬误。
这是一个复杂的问题，在网上，一时也难以讲解清楚。
目前防雷界对雷电的物理知识的认识和理解，可以说太差，包括规程。这导致防雷保护中的许多不应有的谬误。
例如，对二次雷过电压（所谓浪涌电压）的分类、机制和成因，就认识不清。
也许我提得太尖锐了。我不是狂妄，也不是自以为是，的确，是这么回事。
我总觉得，目前我国防雷界，做工程者，防雷产品生产者以及代销外国产品者都大有人在，可是真正从事研究的人太少。想研究的人，则没有钱，没有研究的条件，甚至没有支持的人。长此下去，我国的防雷事业和技术能得到多大发展？我们只能永远跟在老外后面，替他们推销产品，即使有了我国自己的产品，也得不到市场的广泛认同。不知你有这个感觉吗？其实我对我国自己的产品，包括你们ASP的产品，一直是比较推崇的，而对外国产品是不推荐的。我就不为赚钱代销任何外国产品。我希望我国自己的产品能更快发展。

作者: 通天雷神 时间: 2004-7-2 11:20
雷神，今天我上你们公司网站，从那里的一篇文章回到了这里，看到了你这篇年初发表的文章。才得以读到。我不同意你这里对雷电物理知识的描述和解释。可以说，包括A、B和C，整个解释还有许多谬误。

——望有闲暇时指点一二。感谢。

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