电源供电系统的防护

电源供电系统的防护21 供电电源线路的要求 电子信息系统机房内电源的进、出线不应采用架空线路。 低压电力网的接地低压配电系统按保护接地的形式不同分为：IT系统（无N、G）、TT系统（有N、无G）、TN-C系统（N、G合一）、TN-S系统（5线）、TN-C-S 系统 （先4、后5）： 供电系统TT系统TN系统IT系统TNC TNSTN-C-S 、IT方式供电系统第一个字母I表示电源侧没有工作接地或通过电阻接地。第二个字母T表示负载侧电气设备进行接地保护。电子信息系统设备交流配电应采用TNS系统接地方式。当交流电源应采TN系统时，从建筑物内总配电柜（箱）开始引出的配电线路和分支线路必采用TNS系统。电系统耐冲击电压类别及耐冲击电压额定值和浪涌保护器SPD 分级设计安装位置见图( 5) 。 6KV总配电柜L3L2L1NPE耐冲击过电压类 别耐冲击电压额定值SPD 安 装 位 置1.5KV特殊需要保护的信息设备 2.5KV信息机房配电箱 4KV分配电柜L1N12334PE退藕器件；图 1.5 耐冲击电压类别及浪涌保护器分级（TNS）示例图图例： 空气断路器； 隔离开关； 熔断器； 浪涌保护器； 等电位接地端子板；1：总等电位接地端子板；2：辅助（楼层）等电位接地端子板； 3、4：局部等电位接地端子板2.2 电源线路SPD的选择要求 (1) 保护系统中安装SPD的数量，依据雷电防护区概念的要求，被保护设备的抗扰度和雷电防护分级而定。(2) 在LPZ0区与LPZ1区交界处应安装级分类实验的SPD或限压型SPD作为第一级保护；在LPZ1区与LPZ2区交界处应安装限压型SPD作为第二级保护；在电子信息设备机房配电箱输出端应安装限压型SPD作为第三级保护；在特殊需要保护的电子信息设备电源输入端宜安装限压型SPD作为细保护。使用直流电源的信息设备，视其工作电压，宜分别选用适配的直流电源SPD。 (3) 在电源总配电柜输出端应安装标称放电电流In20KA（10/350s波形）的开关型浪涌保护器；也可安装标称放电电流In80KA（8/20s波形）的限压型浪涌保护器，响应时间100ns的浪涌保护器作为一级防护。(4) 在分配电柜输出端应安装标称放电电流In40KA（8/20s波形），响应时间50ns的限压型浪涌保护器作为二级防护。(5) 在电子信息设备机房配电箱输出端应安装标称放电电流In20KA（8/20s波形），响应时间50ns的限压型浪涌保护器作为三级防护。(6) 在特别重要的电子信息设备电源输入端应安装标称放电电流In10KA（8/20s波形），响应时间50ns限压型浪涌保护器SPD作为精细保护。(7) 在电子信息设备配电柜或配电箱输出端也可安装混合型或串联型SPD，其技术指标应满足设备要求。(8) 在直流电源（二次电源）的设备前宜安装直流电源SPD，其标称放电电流In10KA（8/20s波形），标称导通电压Un1.5UZ（UZ：直流工作电压）、响应时间50ns的限压型浪涌保护器作为直流电源防护。(9) SPD连接导线应短而直，其长度不宜大于0.5m。按照能量配合的原则，在一般情况下，当开关型SPD1至限压型SPD2的线路长度小于10m时，限压型SPD2 至SPD3的线路长度小于5m时，在SPD之间应加装退耦装置。当SPD具有能量自动配合功能时，线路长度不受上述规定限制。为防止SPD老化造成短路，SPD安装线路上应有过电流保护装置，宜选用有劣化显示功能的SPD。(10) 电源SPD标称放电电流技术参数选择推荐值见下表(2)。 表（2）电源SPD标称放电电流技术参数选择推荐表保护分级第一级 (B)标称放电电流（KA）第二级 (C)标 标称放电电流 （KA） 第三级 (D)标称放电电流（KA）第四级 (E)标标称放电电流（KA）直流电源标称放电电流（KA）10/350s8/20s 8/20s8/20s8/20s8/20sA级208040201010直流配电系统中根据线路长度和工作电压选用标称放电电流10KA适配的SPD。B级15604020C级12.55020D级12.55010可选产品三相串联BSPB380-100S 两级组合并联BSPB380-100P BSPB380-100PBSPB380-60PBSPB380-60PBSPB380-40P BSPB380-40PBSPB380-20P BSPB380-10P单相串联BSPB220-100P (B+C) 两级组合BSPB220-100P (B+C) 两级组合并联BSPB220-100PBSPB220-60P BSPB220-100P BSPB220-60PBSPB220-60PBSPB220-40PBSPB220-40PBSPB220-20PBSPB220-10注； 1、SPD应有劣化显示和故障自动切除功能。2、SPD的外封装材料应为阻燃型材料。 NPESPD1SPD2防雷电源插座总配电盘楼层配电盘60100KA40kA1020KASPD33设备间图（6）TT制供电系统浪涌保护器分级安装示例图(11) SPD标称放电电流并不是选得愈大愈好，若选得太大，这无疑会增大用户的工程费用，同时也是一种资源的浪费，但是也不能选得太低，否则，较大的雷电流对设备起不到保护作用，在设计供电线路SPD的标称放电电流时，应选得科学、合理。(12) 安装SPD接线要求: (a)一级（B级）电源SPD安装时，三根火线应用16mm2的铜线；零、地线应用25mm2的铜线。(b)二级（C级）电源SPD安装时，三根火线应用10mm2的铜线；零、地线应用16mm2的铜线。(c)三级（D级）电源SPD安装时，三根火线应用6mm2的铜线；零、地线应用10mm2的铜线。（d）四级（E级）电源SPD安装时，三根火线应用4mm2的铜线；零、地线应用6mm2的铜线。2.3 电源线路SPD标称放电电流选择分析(1) SPD标称放电电流值应根据雷电威胁的强度和出现的概率来定，国际电工委员会标准IEC61312“雷电电磁脉冲防护”将第I级防护的雷电威胁值定为200kA，波形为10/350s。出现该值的概率为1%，就是说，99%的雷电闪击都包括了。(2) IEC61312-1：雷电流分配的有关条文中介绍，雷电威胁设备安全主要是能量。(3) 假定：三相五相制供电线路被雷击中,全部雷电流i的50%流入用电设备，i的另一个50%流入变电所变压器低压侧的三相五相制供电线路为TN-S接地方式。则有： 若第I级防护雷电威胁值规定为200kA（10/350s），则在供电线路中，每线荷载的雷电流为ImIs/n(I/2)/n(200/2)/520kA（10/350s）。当用8/20s波形时，每一线路荷载的雷电流值，如下面推算：计算单位能量的公式是：W/R（1/2）（1/0.7）I2T2 （焦耳/欧姆） （来源于IEC61312）式中：W/R为单位能量；I为雷电威胁值，单位为kA；T2为雷电波的半值时间，单位为s在单位能量相同的条件下，则有I2（20）T2（20）I2（350）T2（350）将上面公式整理得到：I（20）I（350）T2（350）/T2（20）1/2则：I（20）20kA350/201/283.7kA ；根据以上分析计算，第一级防护SPD，若选用10/350s波形时，每线标称放电电流应选用20kA；若选用8/20s波形时，每一线路标称放电电流应选用80kA就能满足要求。(4)第二级标称放电电流的计算：按照SPD能量配合原理，通过选择SPD2使i2降到合理的值（可接受的值），应考虑到两个SPD之间的阻抗进行较好的协调（供电线路一般选用电感器作为两个SPD之间的退耦元件或由传输线导体自身的电感来代替）。这种方法自然将使SPD2的残压值降低到小于或等于其被保护设备的耐冲击电压额定值。一般情况下，当两个SPD之间的线路长度大于10m时，就不需要安装实体的电感器，而由传输线导体自身的电感来代替。导体自身电感量以最低为每米1H计，10m长导体的电感量为10H。第二级被保护设备的耐冲击电压为UP4kV，在SPD2未导通前，电感两端的压降即为第二级被保护设备的耐冲击电压，即UPUL4kV。电感压降的公式为：ULL（di2/dt2）式中：i2为流过SPD2的雷电电流，即SPD2承受的标称放电电流。 t2为对应的雷电流波形前沿时间。将电感压降公式整理得：i2UL（T2/L）4103（20106）/（10106）8KA从安全和可靠角度考虑，应增大SPD2的耐雷电冲击电流的裕度，若系数取5，即SPD2的标称放电电流应不小于40kA。(5) 第三级SPD标称放电电流的确定，按第二级标称放电电流计算的方法确定为不小于20kA。残压比一般在3-3.5之间，对于380V的工作电压，SPD2的导通电压约为700V，于是SPD2的残压低于2100V3450V之间，小于第二级被保护设备的耐冲击电压值(4KV)，这样，便取得了良好的能量配合。根据以上分析计算，用作第一级防护的SPD，若选用10/350s波形时、每线标称放电电流值取20kA；若选用8/20s波形时、SPD的每一线路标称放电电流值取80kA。用作第二级防护的SPD，标称放电电流值40kA，波形为8/20s。用作第三级防护的SPD，标称放电电