各類防雷建筑物在不同低壓配電系統(tǒng)下的直擊雷雷電流分配

1、各類防雷建筑物在不同低壓配電系統(tǒng)下的直擊雷雷電流分配和電涌保護器的優(yōu)選選型摘要 本文主要依據(jù)GB50057-942000版和IEC有關(guān)標準，以圖解方式計算雷擊電流在低壓配電系統(tǒng)中的分配，輔助SPD的設(shè)計和選型。關(guān)鍵詞直擊雷防雷分類 雷電流分配 優(yōu)選值SPDGB50057-94 2000版已經(jīng)發(fā)行了很長時間了，但是仍然不時可以聽到關(guān)于對GB50057-942000版中的直擊雷電流在接地系統(tǒng)和進入建筑物的各種服務性導電管線的分配問題的不同說法。本文試圖用圖解的方式對各類防雷建筑物在不同低壓配電系統(tǒng)下的直擊雷電流分配和電涌保護進行描述。GB50057-94 2000版對直擊雷在接地系統(tǒng)和進入建筑物的

2、各種服務性導電管線的分配問題是這樣描述的：在 LPZ0A 與 LPZ1區(qū)的界面處做等電位連接用的接線夾和電涌保護器，應采用本規(guī)范附錄六的附表6.1附表6.3的雷電流參量估算通過它們的分流值。當無法估算時，可按以下方法確定：全部雷電流i 的 50%流入建筑物防雷裝置的接地裝置，其另50%，即is分配于引入建筑物的各種外來導電物、電力線、通信線等設(shè)施。流入每一設(shè)施的電流ii 等于 is/n，n 為上述設(shè)施的個數(shù)。流經(jīng)無屏蔽電纜芯線的電流 iv 等于電流 ii 除以芯線數(shù) m，即 iv =ii/m（見圖6.3.4-1）；對有屏蔽的電纜，絕大部分的電流將沿屏蔽層流走。尚應考慮沿各種設(shè)施引入建筑物的雷電

3、流。應采用以上兩值的較大者。在 LPZ0B 與 LPZ1區(qū)的界面處做等電位連接用的線夾和電涌保護器僅應按上述方法考慮雷閃擊中建筑物防雷裝置時通過它們的雷電流；可不考慮沿全長處在LPZ0B 區(qū)的各種設(shè)施引入建筑物的雷電流，其值僅為感應電流和小部分雷電流。本文將依據(jù)GB50057-942000版標準內(nèi)容著重通過圖解計算的方式對于不同分類的防雷建筑物和不同的低壓配電方式下，每一條供電線路上分配的雷電流iv的大小，從而指導SPD的選型。分為下面幾類情況進行討論。實際情況千差萬別，但均可以依據(jù)標準去設(shè)計和施工。一、首先討論低壓配電線路為非鎧裝屏蔽進入建筑物的情況，我們又可以分為以下3種：1）除低壓配電電

4、纜以外沒有其他任何服務性金屬管、纜進入建筑物。50%的雷電流ii=is/1=is,平均分配到組成低壓配電電纜的每一條電力線路上，其值為iv除低壓配電電纜以外，無其他服務性金屬管纜或金屬通信線路進入分類配電方式直擊雷電流在低壓配電線路上的分配圖解首次雷擊雷電流幅值10/350us 波形首次直擊雷在低壓配電線路上每線的分配第I類試驗 10/350us優(yōu)選值兩根配電線進入舉例:單相兩線單相三線（PE線不分流）第一類防雷建筑物200kAiv=200*25%=50kAIimp=50kA(ASafe-50)第二類防雷建筑物150 kAiv=150*25%=37.5kAIimp=35,40kA(ASafe-

5、35)第三類防雷建筑物100 kAiv =100*25%=25kAIimp=25kA(ASafe-25)三根配電線進入舉例：IT第一類防雷建筑物200 kAiv=200*16.7%=33.3kAIimp=35kA(ASafe-35)第二類防雷建筑物150 kAiv =150*16.7%=25kAIimp=25kA(ASafe-25)第三類防雷建筑物100 kAiv =100*16.7%=16.7kAIimp=20,25kA(ASafe-25)四根配電線進入舉例：TN-CTN-C-S（PE線不分流）第一類防雷建筑物200 kAiv=200*12.5%=25kAIimp=25kA(ASafe-25

6、)第二類防雷建筑物150 kAiv=150*12.5%=18.8kAIimp=20,25kA(ASafe-25)第三類防雷建筑物100 kAiv=100*12.5%=12.5kAIimp=15kA(ASafe-15)五根配電線進入五根和以上m根配電線進入類似計算表中按m=5計算第一類防雷建筑物200kAiv=200*50%/m=20kAIimp=25kA(ASafe-25)第二類防雷建筑物150 kAiv=150*10%/m=15kAIimp=15kA(ASafe-15)第三類防雷建筑物100 kAiv=100*10%/m=10kAIimp=15kA(ASafe-15)（表中為每線分配的雷電流

7、值，并列出Iimp優(yōu)選值，可指導建筑物進口處低壓配電系統(tǒng)的SPD選型。 括號中為對應的ASP 安世杰ASafe系列 SPD的型號）2）除低壓配電電纜以外只有另外一類金屬管道進入建筑物的，例如只有金屬上下水管道、煤氣管道等服務性導電管道進入的建筑（無通信電纜進入）；或者只有通信電纜進入而沒有其它服務性導電管道進入的建筑物。50%的雷電流is平均分配到低壓配電電纜和另外一類服務性管道上，每一類服務性管纜分配的雷電流為ii=is/2。組成低壓配電電纜的每一條電力線路上分配的雷電流iv=ii/m。僅有一類金屬管、纜進入建筑物分類配電方式首次直擊雷在低壓配電線路上每線的分配第I類試驗 10/350us優(yōu)

8、選值兩根配電線進入舉例: 單相兩線單相三線（PE線不分流）iv=200*25%/2=25kAIimp=25kA(ASafe-25)iv=150*25%/2=18.8kAIimp=20,25kA(ASafe-25)iv=100*25%/2=12.5kAIimp=15kA(ASafe-15)三根配電線進入舉例：ITiv=200*25%/3=16.7kAIimp=20,25kA(ASafe-25)iv=150*25%/3=12.5kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=100*25%/3=8.3kAIimp=15kA(ASafe-15)四根配電線進入舉例：TN-CTN-C-S（PE線不分流）

9、iv=200*25%/4=12.7kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=150*25%/4=9.5kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=100*25%/4=6.3kAIimp=15kA(ASafe-15)五根配電線進入五根和以上m根配電線進入類似計算表中按m=5計算iv=200*25%/m=10kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=150*25%/m =7.5kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=100*25%/m =5kAIimp=15kA(ASafe-15)（表中為每線分配的雷電流值，并列出Iimp優(yōu)選值，根據(jù)IEC的規(guī)定，每一相線對PE不小于12.

10、5KA，因此Iimp的優(yōu)選值最小設(shè)定為15KA。優(yōu)選的Iimp值可以指導建筑物進口處低壓配電系統(tǒng)的SPD選型。括號中為對應的ASP 安世杰 ASafe系列 SPD的型號）3)所有種類的服務性導電管纜（電纜、通信電纜、和其他金屬管道）進入建筑物，例如金屬的上下水管道、金屬煤氣管道、通信電纜等等進入的建筑。此時按地線分配50%計算，其余50%平均3分到電纜、通信電纜、其他金屬管道上。（請見右圖，詳細圖解略,參照1）小節(jié)按照3分原則計算。）對低壓配電系統(tǒng)的電纜雷電流的分配 ii=is/3,而每線分配iv=ii/m。僅有一類金屬管、纜進入建筑物分類配電方式首次直擊雷在低壓配電線路上每線的分配第I類試驗

11、 10/350us優(yōu)選值兩根配電線進入舉例: 單相兩線單相三線（PE線不分流）iv=200*16.7%/2=16.7kAIimp=20,25kA(ASafe-25)iv=150*16.7%/2=12.5kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=100*16.7%/2=8.3kAIimp=15kA(ASafe-15)三根配電線進入舉例：ITiv=200*16.7%/3=11.1kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=150*16.7%/3=8.3kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=100*16.7%/3=5.6kAIimp=15kA(ASafe-15)四根配電線進入舉例

12、：TN-CTN-C-S（PE線不分流）iv=200*16.7%/4=8.3kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=150*16.7%/4=6.3kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=100*16.7%/4=4.2kAIimp=15kA(ASafe-15)五根配電線進入五根和以上m根配電線進入類似計算表中按m=5計算iv=200*16.7%/m=6.7kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=150*16.7%/m =5kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=100*16.7%/m =3.3kAIimp=15kA(ASafe-15)（表中為每線分配的雷電流值，并列

13、出Iimp優(yōu)選值，根據(jù)IEC的規(guī)定，每一相線對PE不小于12.5KA，因此Iimp的優(yōu)選值最小設(shè)定為15KA。優(yōu)選的Iimp值可以指導建筑物進口處低壓配電系統(tǒng)的SPD選型。括號中為對應的ASP 安世杰 ASafe系列 SPD的型號）考慮沿各種設(shè)施引入建筑物的雷電流，應采用較大值。另外，當建筑物的綜合地網(wǎng)接地不良時，在服務管纜包括配電線路上回分配更大的雷電流。因此推薦的優(yōu)選值也較計算出的結(jié)果大。關(guān)于3分原則：低壓配電電力電纜為一類服務性導電管纜，采用導電介質(zhì)的通信電纜為一類服務性導電管纜、而上下水管道、煤氣管道等金屬導電管道為另一類服務性導電管纜。雷電流is1/3平分到每一類管纜上，一類管纜中線

14、的數(shù)量m不影響ii=1/3*is的分配結(jié)果。只有服務性管纜的種類會影響到ii的分配結(jié)果。二、低壓配電線路鎧裝屏蔽進入建筑物的情況我們可以將鎧裝屏蔽的低壓配電線路的鎧裝屏蔽層分配供配電線路的70%的雷電流，其余30%平均分配到每條芯線，同樣的可以分為以下幾種情形：1）當沒有其他金屬管纜進入建筑物時，直擊雷在低壓配電線路上的分配情況同上面（一）描述的第1）種情況類同。即：僅有一類金屬管、纜進入建筑物分類配電方式首次直擊雷在低壓配電線路上每線的分配第I類試驗 10/350us優(yōu)選值兩根配電線進入舉例:單相兩線單相三線（PE線不分流）iv=200*30%*50%/2=15kAIimp=15kA(ASa

15、fe-15)iv=150*30%*50%/2=11.3kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=100*30%*50%/2=7.5kAIimp=15kA(ASafe-15)三根配電線進入舉例：ITiv=200*30%*50%/3=10.2kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=150*30%*50%/3=7.7kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=100*30%*50%/3=5.1kAIimp=15kA(ASafe-15)四根配電線進入舉例：TN-CTN-C-S（PE線不分流）iv=200*30%*50%/4=7.5kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=150

16、*30%*50%/4=5.6kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=100*30%*50%/4=3.8kAIimp=15kA(ASafe-15)五根配電線進入五根和以上m根配電線進入類似計算表中按m=5計算iv=200*30%*50%/m=6kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=150*30%*50%/m=4.5kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=100*30%*50%/m=3kAIimp=15kA(ASafe-15)（根據(jù)IEC的規(guī)定，每一相線對PE不小于12.5kA，因此Iimp的優(yōu)選值最小設(shè)定為15kA。表中iv為每線分配的雷電流值，并列出Iimp優(yōu)選值，優(yōu)

17、選的Iimp值可以指導建筑物進口處低壓配電系統(tǒng)的SPD選型。括號中為對應的ASP 安世杰 ASafe系列 SPD的型號）目前IEC關(guān)于芯線和鎧裝屏蔽的分配比例標準正在修訂中，芯線的分配比例可能會調(diào)整到更大至70%，因此結(jié)果會大于上述的計算值甚至達到上述計算值的2.33倍即從7kA-35kA。2）當有N條其他金屬管纜進入建筑物時?？梢詤⒄丈厦嬉?、3）的計算方式予以計算。在此就不做贅述。結(jié)論：在有各種服務性管纜進入建筑物時，按照電源/通信/其他管道的類別分軍分配雷電流，然后分別按照電源配電電纜的數(shù)量，通信電纜的數(shù)量、其他服務性導電管道的數(shù)量平均分配。大家不難通過簡單的計算得出iv的數(shù)值，然后按照I

18、EC每一相線對地不小于12.5kA的要求得出優(yōu)選的Iimp值，從而選定SPD。通過上述圖示計算和IEC的規(guī)定，我們可以做一個簡單的結(jié)論：對于第一類防雷建筑物應采用第I類試驗的開關(guān)型SPD，Iimp優(yōu)選值Iimp=15 kA,25kA,50kA （10/350us）對于第二類防雷建筑物應采用第I類試驗的開關(guān)型SPD，Iimp優(yōu)選值Iimp=15kA,25kA,35kA （10/350us）對于第三類防雷建筑物應采用第I類試驗的開關(guān)型SPD，Iimp優(yōu)選值Iimp=15kA,25kA （10/350us）常見防雷建筑Iimp和選用SPD 速查表只有低壓配電電纜進入建筑物防雷分類 單相 SPD選型 3相 SPD選型一類 50kA ASafe-50 25kA ASafe-25二類 37.5kA ASafe-35 18.8kA ASafe-25三類 25kA ASafe-25 12.5kA ASafe-15有低壓配電電纜和通信電纜等另外一類進入建筑物防雷分類 單相 SPD選型 3相 SPD選型一類 25kA ASafe-25 12.5kA ASafe-15二類 18.8kA ASafe-25 9.4kA ASafe-15三類 12.5kA ASafe-15 6.3kA ASafe-15有低壓配電電纜和其他兩類服務性導電管纜進入建筑物防雷分類 單