制氢站低压系统增加防电涌侵入装置论文_王明明

【摘要】制氢站属于第二类防雷建筑物，其低压电源系统总配电盘在原始设计时没有设计防电涌装置，存在一定风险，本文通过防电涌装置的选型及计算，及时推动解决了这一设计隐患，同时也给其他电厂提供一定的防雷评估以及设计消缺等参考。

【关键词】NCS；改造；

0.背景

ZB制氢站用于制备电厂日常生产中用到的氢气，属于第二类防雷建筑物。站内低压配电系统采用TN-S供电方式，包括OSHY801TB 总配电盘及ODWZOOlTB二级配电盘 。OLKFOOlTB和OLKXOOITB经双电源自动切换装置向OSHY801TB 供电。OSHY801TB除向下游制氢设备供电外， 同时也向ODWZOOlTB供电，以满足下游通风及照明等设备用电需求。

1.存在的问题

经现场核实并参阅图纸可知，制氢站总配电盘OSHY801TB内没有安装电涌保护器， 而ODWZOOlTB内己经安装四川中光高科生产的ZGGF 25-275B型电涌保护器。 根据文件《制氢站电气设计说明》可知制氢站厂房接地导体环网与避雷网相连，在GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》第4.3.8条中要求“ 在电气接地装置与防雷接地装置共用或相连的情况下，应在低压电源线路引入的总配电箱、 配电柜处装设I级试验的电涌保护器”，因此现场总配电盘OSHY801TB不满足规范要求。

制氢站供电回路示意如下图。

2.方案研究与计算

本次改造拟在OSHY801TB配电盘内新增I级试验的电涌保护器（即SPD)以满足规范中的要求。

(1)设备选型

制氢站低压配电系统采用TN-S系统方式，根据GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》附表J.J.1, 有Uc ≥1.15Uo, 即Uc ≥253V；

GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》第4.3.8条第4点要求，电压保护水平值Up应小于或等于2.5kV。 每一保护模式的冲击电流值Iimp，当无法确定时应取等于或大于12.5kA。

综上要求，同时为满足SPD配合要求，经咨询厂家并参照《工业与民用供配电设计手册》（第四版）工业电涌保护器典型配置，本次采用四川中光高科生产的ZGGFS0-385（4+0）Ac型电涌保护器， 其主要技术参数如下表所示。

SPD安装在OSHY801TB柜内进线靠近PE铜排处，并使用35 mm DIN导轨固定。

为保证ZGGF50-385型电涌保护器的过电压 保护效果，其接入导线应尽可能短。根据GB/Tl8802.12-2014第6.1.3节所述，SPD推荐采用凯尔文接线法，但由于OSHY801TB进线导线规格为3×185+2×95mm2铜芯电缆，而产品最大接线截面积为25mm2，因此凯尔文接线不适合。

本次 SPD采用如图2的并联接线方式，主回路至 SPD接线使用25mm2的多股铜芯导线(ABCN／黄、 绿、 红、 浅蓝色），SPD至PE铜排则使用25mm2的多股铜芯导线（PE／绿黄双色线）， 其连接线与接地线之和（红线接线所示）总长不得超过 0.5m。

（2）后备过电流保护

考虑到SPD的性能退化或寿命终止后可能产生的短路故障对系统运行的影响， 需要按照图2所示增加过流保护器（熔断器或断路器等）。OSHY801TB进线处己配置有NSX400/400N型塑壳断路器， 其短路瞬时保护脱扣值为4800A， 即Fl。

经计算， 若SPD失效造成单相接地短路， 有单相短路电流 1860A。按照GB50054-2011《低压配电设计规范》第6.2.4条： 当短路保护电器为断路器时，被保护线路末端的短路电流不应小于断路器瞬时或短延时过电流脱扣器整定电流的1.3倍， 因此所选断路器脱扣电流需小于1430A。 此外断路器短路电流分断能力需同SPD放电电流50kA相匹配，以保证SPD放电过程中不会损坏断路器。综上所述， 选取施耐德生产的NG125L-C50A/3P高分断小型断路器， 其分断能 力50kA， 瞬时脱扣动作范围320～480A， 满足使用要求。

3.浪涌保护器原理

浪涌保护器,适用于交流50/60Hz,额定工作电压220/380V的TT、TN-S、TN-S、IT等供电系统及工厂低压动力和控制系统，对间接雷电影响和其他瞬时过电压的浪涌进行保护。

浪涌保护器通常并联在低压电路系统中，当雷电发生时，在进入建筑物的各类金属管、线上产生的高强度电磁感应，因而产生的大量脉冲能量，浪涌保护器就会发挥作用，将过电流导入到大地，降低设备各端口的电位差。

浪涌保护器材料采用的是一种非线性伏安特性的压敏电阻，在正常状况下，浪涌保护器处于极高的电阻状态，漏流几乎为零，当电源系统出现浪涌过电压是，浪涌保护器立即在纳秒级的时间内导通，将过电压的幅值限制在安全工作范围内，同时将浪涌能量入地释放，随后浪涌保护器又迅速变为高阻状态，从而不影响正常供电。

4.结语

浪涌保护器在工厂有极广的使用经验，以其保护通流量大，残压低，响应时间快等优点被用户认可，制氢站属于第二类防雷建筑物，其低压电源系统总配电盘在原始设计时没有设计防电涌装置，存在一定风险，本文通过防电涌装置的选型计算以及浪涌保护器的原理说明，以期给相关电厂提供一定的防雷评估以及设计消缺等参考。

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论文作者:王明明

论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年1月第2期

论文发表时间:2020/4/22

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