电感在两级电涌保护器设计中的应用

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1、文章编号:1674-7070(2011)03-0275-05电感在两级电涌保护器设计中的应用111李祥超唐宏科王金虎摘要0引言介绍了雷电波在遇到串联电感时，不同的时刻折、反射系数会发生变化，雷随着电力电子信息系统对雷击电磁脉冲(LEMP，LightningElec-电波通过它们时将发生波形的改变．雷tromagneticPulse)保护的需求，电涌保护得到了很大的发展，为了限电波的陡度降低，雷电波的电压幅值也相应降低．根据这一原理，利用ICGS冲制各种途径入侵的雷电电涌，应在不同防雷分区的交界面装设电涌击平台进行大规模的试验，

2、通过对实验保护器(SPD，SurgeProtectionDevice)，按防雷分区逐步削减雷击电磁数据进行对比分析，提出在多级电涌保脉冲．在低压配电系统中，一些敏感设备的过电压保护，采用单级保护器的设计中，采用串联电感的方法可以降低电涌保护器的残压，相对地增加护无法达到要求，而多级保护的SPD，能够满足敏感设备保护效果的SPD的承受能力，提高电涌保护器的保要求．在多级SPD的设计中，必须考虑两级之间的退耦元件———电感护效果，对电力系统的防雷保护具有重的选择．对于退耦电感的研究，目前在国内研究成果较少，未能对退要意义．关键词耦

3、电感在实际中发挥的作用给出一个定量的分析结论．雷电波;串联电感;电涌保护器为了便于分析，本文将雷电波等效为无限长直角波，电感中电流不能突变．因而当波遇到串联电感时，它的折、反射系数是变化的，所中图分类号TM644文献标志码A以当雷电波通过它们时将发生波形的改变，使雷电波的陡度变化，因此对于SPD的残压有一定程度的降低，从而起到提高电涌保护器保护效果的目的，并提出了对低压配电系统中运行设备的新的保护措施，有一定的工程实际应用价值．1雷电波通过电感时的工作过程图1a表示一无限长直角波u1q侵入到具有串联电感L的线路上［1］的情况．

4、L前后两线路的波阻抗分别为Z1及Z2．当u1q到达Z1和L的连接点A时将产生折、反射，因L为集中参数元件，在其上只有电压降落而无波过程，所以在L和Z2的连接点B上没有反射过程，折射到Z2的电压波为A点电压在Z2上的分压．在Z1线路首端和Z2线路末端的反射波未到达A点时，根据彼德逊法则可得如图1b所示的等值［2］电路，由此可写出如下回路方程:di2q2u1q=i2q(Z1+Z2)+L．dt收稿日期2010-09-26解之得线路Z2中的前行电流波i2q为资助项目国家自然科学基金(41075025)2u1q－t作者简介i2q=(1－

5、eT)．(1)Z1+Z2李祥超，男，实验师，主要从事电涌保护器的研发与测试．lxcfanglei@163．com沿线路Z2传播的折射电压波u2q为2Z2tt1南京信息工程大学大气物理学院，南京，u=iZ=u(－T)=αu(－T)．(2)2q2q21q1－e1q1－e210044Z1+Z2李祥超，等．电感在两级电涌保护器设计中的应用．276LIXiangchao，etal．Designandapplicationofseriesinductanceintwo-stageSPD．Z2－Z12Z1t－u1f=u1q+u1qeT．(4

6、)Z1+Z2Z1+Z2从式(4)可知，当t=0时，u1f=u1q，即在这一时刻电压行波发生了正的全反射，这是由于电感中的图1行波通过串联电感电流不能突变，电感在这一瞬间相当于开路的缘故．Fig．1Travelingwavegetsthroughtheseriesinductance随后u1f按指数规律衰减，t→∞时，u1f→βu1q，β为线路Z1和Z2直接相连时的反射系数，这是由于入射L波为无限长直角波，稳态时L相当于短路的缘故．u1f式中:T=，为该回路的时间常数;α=Z1+Z2的波形也示于图2中．2Z2综上所述，串联电感可

7、以降低入侵波的陡度，在，为Z1和Z2直接相连时的电压折射系数．Z1+Z2多级电涌保护器的设计中，用电感作为退耦元件来从式(2)可知，u2q是随时间按指数规律上升的，降低SPD的残压，又可以实现多级SPD间的能量配如图2所示．当t=0时，u2q=0，当t→∞时，u2q→合问题．将其电压限制在被保护设备的允许耐受电αu1q，说明无限长直角波通过电感后改变为一指数压水平以下，有限地保护设备．波头的行波，串联电感起了降低来波上升陡度的作用．u2q的稳态值与线路Z1和Z2直接相连时一样，说2电涌保护的测试明串联电感对u2q的稳态值没有影

8、响．为了验证串联电感对于雷电波的影响，试验分［3］为2次测试:第1种情况为两级SPD不接入退耦电感，此时相当于2个SPD并联;第2种情况为两级SPD接入退耦电感，在L-PE间进行冲击测试．根据IEC18802.1的规定用雷电流为8/20μs波形，使用图2行波通过串联电感时的折