[原创]关于电涌保护器与输电线路绝缘配合的说明

通天雷神

关于电涌保护器与输电线路绝缘配合的说明

 

电涌保护器surge protective device(简称SPD)：它是至少包含一个非线性电压限制元件，用于限制暂态过电压和分流浪涌电流的装置。绝缘配合insulation coordination：它是电力系统中用以确定输电线路和电工设备绝缘水平的原则、方法和规定。

 

关于电涌保护器（SPD）和输电线路绝缘配合的关系见TC163 全国高电压试验技术和绝缘配合标准化技术委员会发布的相关标准。如GB311.7-88《高压输变电设备的绝缘配合使用导则》；DL/T 620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》等标准。

 

研究绝缘配合的目的在于综合考虑电工设施可能承受的作用电压，过电压防护装置的效用以及设备的绝缘材料和绝缘结构对各种作用电压的耐受特性等因素。并且在充分考虑经济上的合理性后，用以确定输电线路和电工设备的绝缘水平。

 

作用在电工设备上的电压是指正常运行条件下的工作电压和各种过电压，后者包括暂时过电压、操作过电压、雷电过电压等。为了经济合理地设计输电线路和电工设备绝缘，电力系统中一般采取专用设备和装置以限制过电压，在低压配电线路，最常用的保护设备为SPD。

 

绝缘水平是电工设备能够耐受的试验电压值：1、短时工频耐受电压值；2、雷电冲击耐受电压值；3、操作冲击耐受电压值；4、长时间工频试验电压值；这些试验电压的波形、数值、施加方法、时间、次数等，各国都有国家标准明确规定。可参考相关国家及国际标准。

 

通常，绝缘配合方法主要有3种：1、 惯用法。按作用在设备绝缘上的最大过电压和设备的最小绝缘强度的概念进行绝缘配合的方法。惯用法简单明了，但无法估计绝缘故障的概率以及概率与配合系数之间的关系，故这种方法对绝缘的要求偏严。2、统计法。根据过电压幅值及绝缘闪络电压的统计特性，算出绝缘故障率。改变敏感的影响因素，使故障率达到可以被接受的程度，合理地确定绝缘水平。统计法不仅能定量地给出绝缘配合的安全程度，还可按照设备折旧费、运行费及事故损失费三者总和最小的原则进行优化设计。困难在于随机因素较多，某些统计规律还有待认识。3、简化统计法。为了便于计算，假定过电压及绝缘放电概率的统计分布均服从正态分布。

 

国际电工委员会（IEC）及中国国家绝缘配合标准，推荐采用出现的概率为  2％的过电压作为统计（最大）过电压U_w，再取闪络概率为10％的电压作为绝缘的统计耐受电压U_w，在不同的统计安全系数 γ＝U_w／U_s的情况下，计算出绝缘的故障率 R。根据技术经济比较，在成本与故障率间协调，定出可以接受的R 值 ，再根据相应的γ及U_s，确定绝缘水平。

 

通天雷神

按照GB 18802-2002《低压配电系统的电涌保护器(SPD)》（等同IEC 61643-12《低压配电系统的电涌保护器(SPD)》标准）中关于电涌保护器（SPD）的要求，以及最新国家标准GB 16895.22-2004《建筑物电气装置 第5-53部分：电气设备的选择和安装隔离、开关和控制设备 第534节：过电压保护电器》标准第534.2.3.6条关于电涌保护器（SPD）绝缘配合的要求，对于电涌保护器（SPD）其在线路中要实现保护作用，其绝缘水平应当为线路所有电器绝缘水平的最低值，但其必须能够承受线路正常工作电压下的电气绝缘。按其工作原理，当线路中存在过电压的时候，SPD首先对地导通，将过电压消除，以保证后级线路和后级设备的绝缘。因此，SPD的绝缘水平应远低与线路和电气设备的绝缘水平。

 

我们再参考IEC 60364-4-44《建筑物电气装置 第4-44部分：安全防护 电压扰动和电磁干扰防护》；IEC 60664-1《低压系统内设备的绝缘配合 第1部分：原则、要求和实验》；IEC 61643-12《低压配电系统的电涌保护器(SPD)》中关于SPD绝缘配合的要求，其要求也是在线路中SPD的绝缘水平应当为线路所有电器绝缘水平的最低值，但SPD必须能够承受线路正常工作电压下的电气绝缘。

 

因此，得出这样的结论：在线路中SPD的绝缘水平应当为线路所有电器绝缘水平的最低值，不能以线路未安装SPD前的绝缘水平来对SPD进行考核，只要SPD能够承受线路正常工作电压下的电气绝缘，能起到应起的保护作用就可以了。安装SPD后不会对线路的绝缘配合造成破坏，反而可以提高线路的运行安全，降低线路绝缘所需花的成本。

通天雷神

以上是我的一篇论文的一部分。来对一些行业里不规范的现象做下说明。

gdzjy

拜读了版主的文章，受益匪浅。其实对电工专业的人来说，绝缘配合实在是一件非常自然的事，老早就已经实行了标准化。6kV、4kV、2.5kV、1.5kV等等。倒是文中的“SPD的绝缘水平”是否应该为“电压保护水平”？按照现有防雷模块的水平，In=20kA的电压保护水平已经到1.9kV左右，加上应用时必不可少的连接导线，这个保护电压值还要高一些。从这个角度来看留给我们活动的空间实在有限。

通天雷神

感谢楼上朋友的意见。

“SPD的绝缘水平”是否应该为“电压保护水平”——此话有不妥之处。

因为，“设备耐压”和“设备绝缘”不是一个概念。以单相电源系统为例子：“设备耐压”为L-N之间的最大冲击电压耐受；“设备绝缘”为L-PE之间的最大冲击电压耐受。

gdzjy

感觉到有点咬文嚼字，希望我们说的是同一件事。

“绝缘”是一种物理结构，用在任意两个相分离的导体之间。绝缘的性能主要可用两个方面的参数去衡量，包括绝缘电阻和耐压（其他如介电系数、损耗角等参数用得较少）。“SPD的绝缘水平”好像无从提起，因为电压保护水平的存在使得其自身的绝缘结构很难受到考验，如果SPD的绝缘水平比SPD的电压保护水平还要低，其结果当然是由SPD的绝缘结构充当保护器的结构拉。

通天雷神

呵呵。有道理。

不过我仅仅想说的是：“SPD的绝缘水平”不仅仅指“Up保护水平”。

因为，Up（保护水平）仅仅与设备耐压有关，而与设备绝缘无关。

也就是说：SPD，保护的是“设备耐压”还是“设备绝缘”？还是都保护？