低壓配電線路中SPD的選擇和安裝

1、低壓配電線路中SPD的選擇和安裝1.雷電防護分區(qū)與分級1.1雷電防護區(qū)將需要進行雷電防護的空間劃分為不同的雷電防護區(qū)，是為了規(guī)定各部分空間不同的雷電電磁脈沖的嚴重程度和指明各區(qū)交界處的等電位連接點的位置；而在不同的防雷區(qū)界面處選擇和安裝的SPD的參數(shù)值也有很大的差異。因此，選用SPD時，首先應搞清楚SPD的安裝部位所處的防雷區(qū)界面。雷電防護區(qū)的劃分是根據(jù)需要保護和控制雷電電磁脈沖環(huán)境的建筑物，從外部到內部劃分為不同雷電防護區(qū)（LPZ）：（1）直擊雷非防護區(qū)（LPZOA）：電磁場沒有衰減，各類物體都可能遭到直接雷擊，屬完全暴露的不設防區(qū)。（2）直擊雷防護區(qū)（LPZOB）：電磁場沒有衰減，各類物體

2、很少遭受直接雷擊，屬充分暴露的直擊雷防護區(qū)。（3）第一防護區(qū)（LPZ1）：也稱第一屏蔽防護區(qū)。由于建筑物的屏蔽措施，流經(jīng)各類導體的雷電流比直擊雷防護區(qū)（LPZOB）區(qū)減小，電磁場得到了初步的衰減，各類物體不可能遭受直接雷擊。（4）第二防護區(qū)（LPZ2）：也稱第二屏蔽防護區(qū)。進一步減小所導引的雷電流或電磁場而引入的后續(xù)防護區(qū)。（5）后續(xù)防護區(qū)（LPZn）：需要進一步減小雷電電磁脈沖，以保護敏感度水平高的設備的后續(xù)防護區(qū)。1.2雷電防護等級建筑物電子信息系統(tǒng)的雷電防護等級按防雷裝置的攔截效率分為A、B、C、D四個等級。（GB50343的2009年新修訂版本已改為A、B、C三個等級）在不同的雷電防護

3、等級下，應選用的浪涌保護器的參數(shù)值也是有很大差異的。因此，在選用浪涌保護器時，首先應搞清楚該工程電子信息系統(tǒng)的雷電防護等級。GB50343-2004之5.1.1規(guī)定：建筑物電子信息系統(tǒng)的防雷設計，應滿足雷電防護分區(qū)、分級確定的防雷等級要求。如：GB50343-2004之5.4.1第7款規(guī)定：用于電源線路的浪涌保護器就需要根據(jù)相應防雷等級的要求選擇其不同的標稱放電電流的參數(shù)值。2.SPD的主要技術參數(shù)這同樣是一個比較重要的問題，在沒有搞清楚關于SPD的一些主要參數(shù)及其定義的情況下，設計人員是不太可能在工程設計時，將SPD設計到位的。這里主要介紹幾個與工程的施工圖設計關系比較密切的主要參數(shù)及其定義

4、：2.1 沖擊電流（Iimp）由電流幅值Ipeak、電荷Q和單位能量W/R三個參數(shù)所限定。Q（As）=0.5Ipeak（KA），W/R（KJ）=0.25Ipeak（KA）2這是用于級試驗的SPD分類試驗。其試驗應根據(jù)動作負載試驗的程序進行。只要產(chǎn)生的電流波能滿足上述公式就可以。目前10/350s波形符合這個要求。一般在開關型SPD的產(chǎn)品標識中均注明其Iimp值，單位是KA，波形為10/350s。2.2 標稱放電電流（In）流過SPD具有8/20s波形的電流峰值，用于級試驗的SPD分級以及級、級試驗的SPD的預處理試驗。電源試品在做8/20s波形沖擊時，記錄的殘壓值就是電流峰值為In時的最大峰值

5、電壓。這個值也是表征限壓型SPD泄流的能力，殘壓值表征限壓型SPD能保護的電壓水平。目前市場上的限壓型SPD一般均在其標識中注明了In值，單位是KA，波形為8/20s。而相應的防雷國標中對于不同部位應設置的SPD的In值也作了比較明確的規(guī)定。2.3 級試驗的最大放電電流（Imax）流過SPD，具有8/20s波形電流的峰值，其值按級動作負載試驗的程序進行。Imax In。目前市場上的SPD的Imax通常是In的2-3倍，也有不到2倍的，一般由廠家定。通流容量通常是指Imax，在電信的行標中就有這樣的說法，如YD/T1429-2006通信局（站）在用防雷系統(tǒng)的技術要求和檢測方法。2.4 最大持續(xù)工

6、作電壓（Uc）允許持久地施加在SPD上的最大交流電壓有效值或直流電壓。其值等于額定電壓。也稱“最大持續(xù)運行電壓”或“持續(xù)耐壓”等。這個電壓也是表征實際使用時SPD在承受這個電壓時不會有漏流產(chǎn)生。一般我們使用的工頻交流電有效值相對地是220V，相與相最大峰值電壓大約是380V，那么我們可選擇Uc =385V的閥片，這樣就不會產(chǎn)生漏流了。2.5 電壓保護水平（Up）表征一個SPD限制其兩端電壓的特性參數(shù)，該電壓值大于沖擊電壓限制的實測值，由生產(chǎn)廠商確定。一般在SPD的產(chǎn)品標識中均有注明，單位是KV。通常可理解為該SPD對于被保護設備所能提供的保護能力?！咎嵴堊⒁猓篣p值應該對應In值，也就是在標稱

7、放電電流值的沖擊試驗時試品的電壓保護水平?！?.6 限制電壓施加規(guī)定波形和幅值的沖擊電壓時，在SPD接線端子間測得的最大電壓峰值。由于每個試品接受沖擊時，送樣試品不可能做到一致性，因此會產(chǎn)生各個試品的殘壓不一致，取得的最大殘壓值就是限制電壓。2.7 殘壓放電電流流過SPD時，在其端子間的電壓峰值。2.8 插入損耗在電氣系統(tǒng)中：在給定頻率下，連接到給定電源系統(tǒng)的SPD的插入損耗定義為，電源線上緊靠SPD接入點之后，在被試SPD接入前后的電壓比，結果用dB表示。在電子系統(tǒng)中：由于在傳輸系統(tǒng)中插入一個SPD所引起的損耗，它是在SPD插入前傳遞到后面的系統(tǒng)部分的功率與SPD插入后傳遞到同一部分的功率之

8、比。插入損耗通常用dB表示。3.SPD的選用3.1 開關型SPD的適用部位GB50057-94（2000）第6.4.7條規(guī)定：在LPZ0A或LPZ0B與LPZ1區(qū)的交界處，在從室外引來的線路上安裝的SPD應選用符合級分類試驗的產(chǎn)品。GB50343-2004之5.4.1（4）規(guī)定：在直擊雷非防護區(qū)（LPZ0A區(qū)）或直擊雷防護區(qū)（LPZ0B區(qū)）與第一防護區(qū)（LPZ1區(qū)）交界處應安裝通過級分類試驗的浪涌保護器或限壓型浪涌保護器作為第一級保護。GB50601-2010之10.1.1之3規(guī)定：當建筑物上有外部防雷裝置，或建筑物上雖未敷設外部防雷裝置，但與之鄰近的建筑物上有外部防雷裝置且兩建筑物之間有電氣

9、聯(lián)系時，有外部防雷裝置的建筑物和有電氣聯(lián)系的建筑物內總配電柜上安裝的SPD應符合下列要求：1）應當使用級分類試驗的SPD。開關型SPD一般均要求通過級分類試驗，其沖擊電流（Iimp）波形規(guī)定為10/350s，即模擬直擊雷的雷電流波形。這一類SPD適用于LPZ0A或LPZ0B與LPZ1區(qū)的交界處，是指電源電纜從電磁場沒有衰減的暴露空間進入到已經(jīng)初級屏蔽的建筑物內的結合部位，比較典型的就是架空進戶的低壓電纜的進線處。但根據(jù)GB50343-2004第5.4.1（4）的規(guī)定，這一部位也可選用限壓型SPD。筆者認為：LPZ0區(qū)與LPZ1區(qū)的交界處（類似于架空進線處），應當使用級分類試驗的SPD?！咎嵴堊?/p>

10、意：開關型SPD是符合級分類試驗的產(chǎn)品，但符合級分類試驗的產(chǎn)品并不等于開關型的SPD?！?.2 限壓型SPD的適用部位根據(jù)GB50343-2004第5.4.1（4）的規(guī)定，限壓型SPD 適用于LPZ0A或LPZ0B與LPZ1區(qū)的交界處，也適用于第一防護區(qū)之后的各分區(qū)（含LPZ1區(qū)）交界處。換言之，在建筑物的低壓配電系統(tǒng)的任何部位，均可安裝限壓型SPD。但GB50343-2004第5.4.1（4）規(guī)定：第一防護區(qū)之后的各分區(qū)（含LPZ1區(qū)）交界處應安裝限壓型浪涌保護器。即，這些部位不適用開關型SPD。有的工程在建筑物內的電子設備的分配電箱（柜）內安裝了開關型SPD，也有在建筑物的消防、安防監(jiān)控中

11、心分配電箱（柜）內安裝了所謂的“B+C”級的防雷箱（即開關型SPD+退耦裝置+限壓型SPD），這顯然是錯誤的。3.3 架空進戶的低壓電源線路上SPD的安裝GB50057-94（2000）第3.3.9條規(guī)定：平均雷暴日小于30d/a的具有爆炸危險環(huán)境的第二類防雷建筑物，可以采用低壓架空線直接入戶，但應在入戶處裝設避雷器或設2-3mm的空氣間隙，并應與絕緣子鐵腳、金具連在一起接到接地裝置上；第3.4.9規(guī)定：低壓架空進出線，應在進出處裝設避雷器并與絕緣子鐵腳、金具連在一起接到接地裝置上。低壓架空線入戶處或進出線處是典型的LPZ0A或LPZ0B與LPZ1區(qū)的交界處，應按上述規(guī)定安裝SPD并將其與絕緣

12、子鐵腳、金具（鐵橫擔）連在一起接到接地裝置上。選用的SPD以開關型SPD為宜（或選用通過級分類試驗的產(chǎn)品）?！咎嵴堊⒁猓鸿F橫擔的接地很重要】3.4 埋地進戶的低壓電源線路上SPD的安裝電纜埋地進戶時，其入戶處不屬于LPZ0A或LPZ0B與LPZ1區(qū)的交界處，因為埋地的電纜既不是完全暴露（LPZ0A區(qū)）也不是充分暴露（LPZ0B區(qū)）。但也不屬于LPZ1區(qū)內，因其不在建筑物的初級屏蔽區(qū)域內。筆者認為，該部位安裝的SPD，應選用限壓型SPD。首先，我們要考慮SPD的級間配合。開關型SPD的響應時間通常需要100ns，而限壓型SPD的的響應時間通常只要25ns，級間配合效果自然不一樣。其次，要考慮SP

13、D的性價比，“經(jīng)濟合理”是防雷設計的原則之一，開關型SPD的售價一般是限壓型SPD的數(shù)倍。3.5 埋地進戶的10/0.4KV變配電系統(tǒng)低壓側SPD的安裝在城市中，大量的新建建筑物是高壓電纜埋地進戶，此時的低壓側應限壓型SPD。理由是：高壓電纜埋地入戶后進變壓器，該入戶處既不屬于LPZ0A或LPZ0B與LPZ1區(qū)的交界處，也不屬于LPZ1區(qū)內；且，高壓電纜進線處一般已安裝了避雷器。而變壓器的低壓側，即低壓電源的總進線處應屬于LPZ1區(qū)內。按GB50343-2004第5.4.1（4）規(guī)定：“第一防護區(qū)之后的各分區(qū)（含LPZ1區(qū)）交界處應安裝限壓型浪涌保護器”。因此，在該處安裝限壓型SPD既符合國標

14、的規(guī)定要求又是經(jīng)濟合理的選擇。3.6 低壓電源線路SPD放電電流值的確定現(xiàn)行的三個國標（GB50057、GB50343、GB16895.22）及一個行標（JGJ16-2008）對于低壓電源線路SPD放電電流值的規(guī)定不盡相同。三個國標規(guī)定的是標稱值，但參數(shù)有較大差異；JGJ16-2008規(guī)定的是最大值。GB50601-2010之10.1.1之3規(guī)定：有外部防雷裝置的建筑物和有電氣聯(lián)系的建筑物內總配電柜上安裝的SPD的沖擊電流應不小于12.5kA(10/350s)。但對第二、三級SPD的放電電流值未作規(guī)定。因此，讓人難以把握。以筆者的理解，解決這個問題，應該從以下幾個方面入手：（1）安裝部位處于什

15、么防雷區(qū)界面？（2）該工程的雷電防護等級屬于哪一級？（3）安裝部位的SPD屬于第幾級？（4）是否經(jīng)濟合理？首先，需確定防雷區(qū)界面，不同的防雷區(qū)界面處應選用的SPD類型不同，而且其放電電流值也有不同規(guī)定。其次，在不同的雷電防護等級下（分A、B、C、D四級或A、B、C三級），不同防雷區(qū)界面處應安裝不同放電電流值的SPD。第三，各級的SPD的放電電流值不同，一般從第一級往后，放電電流值逐步減小。第四，各地區(qū)的雷電活動強度不同，比如：海南、廣東等南方地區(qū)的年雷暴日常在100天以上，而西部有的地方才不到10天；同時，其雷電的強度也有很大差異，從10KA到100KA以上，甚至，在海南還有300KA以上的。

16、從經(jīng)濟合理的原則出發(fā)，應作不同的選擇。以上海地區(qū)為例：第一級：（1）在LPZ0A或LPZ0B與LPZ1區(qū)的交界處（典型的如低壓架空線入戶處或進出線處），建議選用單個SPD的沖擊電流（Iimp）為10-15KA的開關型或通過級分類試驗的產(chǎn)品。（2）埋地進戶的10/0.4KV變配電系統(tǒng)低壓側或低壓電纜進線處，建議選用單個SPD的標稱放電電流（In）為20-40KA左右的限壓型產(chǎn)品。第二級：建議選用單個SPD的標稱放電電流（In）為10-20KA左右的限壓型產(chǎn)品。第三級：特殊需要保護的電子設備的低壓電源進線處，建議選用單個SPD的標稱放電電流（In）為5-10KA左右的限壓型產(chǎn)品。注意一點：級間SP

17、D的放電電流參數(shù)值的確定，同時也是SPD的級間配合問題。上海市氣象局在2005.9.27.及2006.11.6.兩次發(fā)布的上海市建設項目防雷工程設計審核規(guī)定和上海市建設項目防雷工程竣工驗收規(guī)定對此作出了具體規(guī)定。3.7 電源SPD的最大持續(xù)工作電壓（Uc）的確定最大持續(xù)工作電壓也稱“最大持續(xù)運行電壓”或“持續(xù)耐壓”等。我們知道，Uc值與產(chǎn)品的使用壽命、電壓保護水平有關。Uc選高了，壽命長了，但電壓保護水平，即SPD的殘壓也相應提高。我們需要綜合考慮。筆者認為，在民用建筑和一般的工業(yè)建筑中（通常為TN或TT系統(tǒng)），用于低壓配電總進線處及大功率電機設備的配電線路上的SPD的Uc值宜為385-420

18、 V左右，而選用Uc值偏小的產(chǎn)品（如Uc=275V）是不合適的；但電子設備的分配電處SPD的Uc值就可以選得低一些。3.8 電源SPD的電壓保護水平（Up）的確定Up是由生產(chǎn)廠商確定的，在產(chǎn)品標識中均有注明，實際上是該SPD對于被保護設備所能提供的保護能力。GB16895.22-2004之534.2.3.1指出：例如230/400V電氣裝置內的電涌保護器（SPD）的電壓保護水平Up不應超過2.5KV。GB50601-2010之10.1.1之3規(guī)定：有外部防雷裝置的建筑物和有電氣聯(lián)系的建筑物內總配電柜上安裝的SPD的電壓保護水平應不大于2.5KV。GB50057-94（2000）第6.4.4條規(guī)

19、定：在建筑物進線處和其它防雷區(qū)界面處的最大電涌電壓，即電涌保護器的最大箝壓加上其兩端引線的感應電壓應與所屬系統(tǒng)的基本絕緣水平和設備允許的最大電涌電壓協(xié)調一致。為使最大電涌電壓足夠低，其兩端的引線應做到最短。 也就是說，SPD的電壓保護水平（Up）應與被保護設備的耐沖擊過電壓額定值（Uw）相匹配。即：被保護設備的Uw 應等于或大于SPD的Up并考慮連接線壓降的一個裕量。因此，我們在選擇SPD時，選用Up值適當?shù)偷漠a(chǎn)品是合理的：建筑物的低壓配電進線處應選用Up不大于2.5KV的SPD；服務器、計算機、程控交換機等屬于特殊需要保護的設備，其耐沖擊電壓額定值為1.5KV，選用Up值不大于1.2KV的S

20、PD是合適的。有的標準對Up值的規(guī)定相對嚴格，如：軍標GJB6784-2009軍用地面電子設施防雷通用要求3.5.2.4.4規(guī)定：第一、二、三、四級的固定式電源線路SPD的Up分別不大于2.5 KV、2.0 KV、1.5 KV、1.0KV。需要注意的是：這里所講的Up應是在In條件下的參數(shù)值。3.9低壓電源線路中多級SPD的配合多級SPD的配合是個復雜問題。有這樣一種觀點：建筑物的低壓配電進線處安裝了SPD就可以了，雷電浪涌在此已經(jīng)解決掉了，后面的配電箱（柜）沒有必要再安裝SPD了。這一觀點顯然是不正確的。GB50057-94（2000）第6.4.8條規(guī)定：“在按本章第6.4.7條要求安裝的S

21、PD所得到的電壓保護水平加上其兩端引線的感應電壓以及反射波效應不足以保護距其較遠處的被保護設備的情況下，尚應在被保護設備處裝設SPD”同時還規(guī)定了“當被保護設備沿線路距本章第6.4.7條要求安裝的SPD不大于10米時，若該SPD的電壓保護水平加上其兩端引線的感應電壓小于被保護設備耐壓水平的80%，一般情況下在被保護設備處可不裝SPD?！迸e例：電子設備的耐沖擊過電壓額定值是1.5KV，其設備處的電壓保護水平應為1.2KV。說明 根據(jù)被保護設備的特性（如高電阻型、電容型）或開路時，反射波效應最大可將侵入的電涌電壓加倍。 第6.4.9條規(guī)定：當本章第6.4.7條和第6.4.8條要求安裝的SPD之間設

22、有配電盤時，若第一級SPD的電壓保護水平加上其兩端引線的感應電壓保護不了該配電盤內的設備，應在該盤內安裝第二級SPD。GB50601-2010第10.1.2規(guī)定：1 當?shù)蛪号潆娤到y(tǒng)中安裝的第一級SPD與被保護設備之間關系無法滿足下列條件時，應在靠近被保護設備的分配電盤或設備前端安裝第二級SPD：1）第一級SPD的有效電壓保護水平低于設備的耐過電壓額定值時。2）第一級SPD與被保護設備之間的線路長度小于10m時。3）在建筑物內部不存在雷擊放電或內部干擾源產(chǎn)生的電磁場干擾時。2 第二級SPD無法滿足本條第1款的條件時，應安裝第三級SPD。從上述規(guī)定中可以看出：安裝幾級SPD，關鍵要看安裝了SPD后

23、所得到的電壓保護水平是否能滿足其后面的被保護設備的耐沖擊過電壓額定值的要求。如果滿足不了，也就保護不了需被保護的設備。GB16895.222004的534.2.3.6規(guī)定：“電涌保護器（SPD）之間的配合：根據(jù)IEC61312-3和61643-12，應當考慮電氣裝置中電涌保護器（SPD）之間必需的配合。電涌保護器（SPD）的制造廠應在其文件中提供充分的關于電涌保護器（SPD）之間配合的資料?！苯Y合大量的工程實踐，許多制造廠或供應商就推出了所謂的“三級保護”的概念。即：在電子設備的低壓配電線路上，由建筑物的進線處開始，共需安裝三級SPD，使末端設備處的電壓保護水平能滿足其耐沖擊過電壓額定值的要求

24、。當然，這一觀點不無道理，但也不完全正確。實際上，在許多情況下，只需在建筑物的進線處和末端設備處各安裝一級SPD就能滿足要求了。3.10 SPD的接線形式（也稱安裝方式）及其在工程中的不同應用SPD的接線形式主要有三種：（1）接在每一相線與總接地端子或總保護線之間，和接在中性線總接地端子或總保護線之間。即4P（或稱4+0）形式。（2）接在每一相線與中性線之間，和接在中性線總接地端子或總保護線之間。即3+N（或稱3+1）形式。（3）接在每一相線與總接地端子或總保護線之間。即3P（或稱3+0）形式。3P形式通常用于TN系統(tǒng)的總進線處（如10/0.4KV變配電系統(tǒng)的低壓側）或IT系統(tǒng)。而4P形式和3

25、+N形式在工程中的應用是不同的。查閱GB50057-94（2000）圖6.4.5-14和GB503432004圖5.4.1-1及GB16895.222004圖A.1、B.1、B.2、C.1、D.1的規(guī)定可以發(fā)現(xiàn)：除了SPD安裝在剩余電流保護器的電源側（即：SPD安裝在剩余電流保護器的前端線路上，而剩余電流保護器設置在被保護的設備側）的TT系統(tǒng)中，所選用的是3+N形式外；其余情況下均選用4P形式（或3P形式）。GB50601-2010建筑物防雷工程施工與質量驗收規(guī)范附錄D之圖D.0.5-1D.0.5-5規(guī)定了電涌保護器在TN、TT、IT系統(tǒng)中的安裝方式：圖D.0.5-3 TT系統(tǒng)中電涌保護器安裝在剩余電流保護器的電源側是3+N形式。但是：GB16895.222004第534.2.2及表53B規(guī)定：當在電氣裝置的電源進線端或其附近，中性線與PE（保護