低压配电线路中SPD选择和安装

1、低压配电线路中 SPD的选择和安装1.雷电防护分区与分级1.1雷电防护区将需要进行雷电防护的空间划分为不同的雷电防护区，是为了规定各部分 空间不同的雷电电磁脉冲的严重程度和指明各区交界处的等电位连接点的位 置；而在不同的防雷区界面处选择和安装的 SPD的参数值也有很大的差异。因 此，选用SPD时，首先应搞清楚SPD的安装部位所处的防雷区界面。O =表融丽雷輸护区界面上的馳檢 :的黝酬卷悔间瞅它so虛线丨裁補瞬甜* IK械护腦闾:.2,2 懒躺电卿区(U7)划分雷电防护区的划分是根据需要保护和控制雷电电磁脉冲环境的建筑物，从 外部到内部划分为不同雷电防护区 <LPZ）：<1）直击雷非

2、防护区<LPZ© :电磁场没有衰减，各类物体都可能遭到直 接雷击，属完全暴露的不设防区。<2）直击雷防护区vLPZO）:电磁场没有衰减，各类物体很少遭受直接雷 击，属充分暴露的直击雷防护区。<3）第一防护区VLPZ1）:也称第一屏蔽防护区。因为建筑物的屏蔽措施， 流经各类导体的雷电流比直击雷防护区 vLPZOB区减小，电磁场得到了初步的 衰减，各类物体不可能遭受直接雷击。<4）第二防护区<LPZ2 :也称第二屏蔽防护区。进一步减小所导引的雷电 流或电磁场而引入的后续防护区。<5）后续防护区<LPZn）:需要进一步减小雷电电磁脉冲，以保护敏感度

3、 水平高的设备的后续防护区。1.2 雷电防护等级建筑物电子信息系统的雷电防护等级按防雷装置的拦截效率分为A、B、C、D四个等级。<GB50343的2009年新修订版本已改为 A、B、C三个等级）在不同的雷电防护等级下，应选用的浪涌保护器的参数值也是有很大差异 的。因此，在选用浪涌保护器时，首先应搞清楚该项目电子信息系统的雷电防 护等级。GB50343-2004之规定：建筑物电子信息系统的防雷设计，应满足雷 电防护分区、分级确定的防雷等级要求。女口： GB50343-2004之第7款规定：用于电源线路的浪涌保护器就需 要根据相应防雷等级的要求选择其不同的标称放电电流的参数值。2.SPD的主

4、要技术参数这同样是一个比较重要的问题，在没有搞清楚关于 SPD勺一些主要参数及其 定义的情况下，设计人员是不太可能在项目设计时，将 SPD£计到位的。这里主 要介绍几个与项目的施工图设计关系比较密切的主要参数及其定义:2.1冲击电流<limp ）由电流幅值Ipeak、电荷Q和单位能量W/RE个参数所限定。Q<As)=0.5Ipeak<KA )， W/R<KJ) =0.25Ipeak<KA ) 2这是用于I级实验的SPD分类实验。其实验应根据动作负载实验的程序进 行。只要产生的电流波能满足上述公式就可以。目前10/350卩s波形符合这个要求。一般在开关型S

5、PD勺产品标识中均注明其limp值，单位是KA波形为10/350U S O2.2 标称放电电流 <ln)流过SPDI有8/20 u s波形的电流峰值，用于U级实验的SPD分级以及I级、 U级实验的SPD勺预处理实验。电源试品在做8/20 u s波形冲击时，记录的残压值就是电流峰值为In时的最 大峰值电压。这个值也是表征限压型 SPDft流的能力，残压值表征限压型SP能 保护的电压水平。目前市场上的限压型SPDH般均在其标识中注明了 In值，单位是KA波形为 8/20 u s。而相应的防雷国标中对于不同部位应设置的 SP啲In值也作了比较明 确的规定。2.3 U级实验的最大放电电流vlma

6、x)流过SPD具有8/20 u s波形电流的峰值，其值按U级动作负载实验的程序 进行。Imax > In。目前市场上的SPD勺Imax通常是In的2-3倍，也有不到2倍的，一般由厂家 定。通流容量通常是指Imax，在电信的行标中就有这样的说法，如 YD/T1429- 2006通信局 <站)在用防雷系统的技术要求和检测方法。2.4 最大持续工作电压 <Uc)允许持久地施加在 SPD上的最大交流电压有效值或直流电压。其值等于额 定电压。也称“最大持续运行电压”或“持续耐压”等。这个电压也是表征实际使用时SPD±承受这个电压时不会有漏流产生。一般 我们使用的工频交流电有效

7、值相对地是 220V,相与相最大峰值电压大约是 380V,那么我们可选择Uc=385V勺阀片，这样就不会产生漏流了。2.5 电压保护水平 <Up)表征一个SPD艮制其两端电压的特性参数，该电压值大于冲击电压限制的实 测值，由生产厂商确定。一般在SPD勺产品标识中均有注明，单位是 KA通常可理解为该SPD寸于被 保护设备所能提供的保护能力。【提请注意：Up值应该对应In值，也就是在标称放电电流值的冲击实验时 试品的电压保护水平。】2.6 限制电压施加规定波形和幅值的冲击电压时，在SPD接线端子间测得的最大电压峰 值。因为每个试品接受冲击时，送样试品不可能做到一致性，因此会产生各个 试品的残

8、压不一致，取得的最大残压值就是限制电压。2.7 残压放电电流流过SPD寸，在其端子间的电压峰值。2.8 插入损耗在电气系统中：在给定频率下，连接到给定电源系统的 SPD的插入损耗定 义为，电源线上紧靠 SPD接入点之后，在被试SPD接入前后的电压比，结果用 dB表示。在电子系统中：因为在传输系统中插入一个 SPD所引起的损耗，它是在 SPD插入前传递到后面的系统部分的功率与 SPD插入后传递到同一部分的功率 之比。插入损耗通常用dB表示。3.SPD的选用3.1开关型SPD的适用部位GB5OO57-94V2OO0第647 条规定：在 LPZQ或LPZd与LPZ1区的交界 处，在从室外引来的线路上

9、安装的 SPD应选用符合I级分类实验的产品。GB50343-2004之5.4.1<4 ）规定：在直击雷非防护区 <LPZQ区）或直击雷 防护区 <LPZOB 区）与第一防护区 <LPZ1 区）交界处应安装通过 I 级分类实验的 浪涌保护器或限压型浪涌保护器作为第一级保护。GB50601-2018之之3规定：当建筑物上有外部防雷装置，或建筑 物上虽未敷设外部防雷装置，但与之邻近的建筑物上有外部防雷装置且两建筑物之间有电气联系时，有外部防雷装置的建筑物和有电气联系的建筑物内总配电柜上安装的SPD应符合下列要求：1）应当使用I级分类实验的 SPD开关型SPD一般均要求通过I级

10、分类实验，其冲击电流vlimp ）波形规定为 10/350卩s,即模拟直击雷的雷电流波形。这一类 SPD适用于LPZCA或LPZO与 LPZ1 区的交界处，是指电源电缆从电磁场没有衰减的暴露空间进入到已经初级 屏蔽的建筑物内的结合部位，比较典型的就是架空进户的低压电缆的进线处。但根据 GB50343-2004第5.4.14 ）的规定，这一部位也可选用限压型SPD。笔者认为：LPZ0区与LPZ1区的交界处 类似于架空进线处），应当使用I 级分类实验的 SPD。【提请注意：开关型 SPD是符合I级分类实验的产品，但符合I级分类实 验的产品并不等于开关型的 SPD。】3.2限压型SPD的适用部位根据

11、GB50343-2004第5.4.14 ）的规定，限压型 SPD适用于LPZCA或LPZ0 与LPZ1区的交界处，也适用于第一防护区之后的各分区含LPZ1区）交界处。换言之，在建筑物的低压配电系统的任何部位，均可安装限压型SPD。但GB50343-2004第5.4.14 ）规定：第一防护区之后的各分区含LPZ1区）交界处应安装限压型浪涌保护器。即，这些部位不适用开关型SPD。有的项目在建筑物内的电子设备的分配电箱 柜）内安装了开关型 SPD也 有在建筑物的消防、安防监控中心分配电箱 柜）内安装了所谓的“ B+C”级的 防雷箱 即开关型SPD+退耦装置+限压型SPD，这显然是错误的。3.3架空进

12、户的低压电源线路上 SPD的安装GB50057-94V2000第条规定：平均雷暴日小于 30d/a的具有爆炸危 险环境的第二类防雷建筑物，可以采用低压架空线直接入户，但应在入户处装 设避雷器或设2-3mm的空气间隙，并应与绝缘子铁脚、金具连在一起接到接地 装置上；第 3.4.9 规定：低压架空进出线，应在进出处装设避雷器并与绝缘子 铁脚、金具连在一起接到接地装置上。低压架空线入户处或进出线处是典型的 LPZQ或LPZQ与LPZ1区的交界处， 应按上述规定安装SPD并将其与绝缘子铁脚、金具 <铁横担）连在一起接到接地 装置上。选用的SPD以开关型SPD为宜 <或选用通过I级分类实验的

13、产品）。【提请注意：铁横担的接地很重要】3.4埋地进户的低压电源线路上 SPD的安装电缆埋地进户时，其入户处不属于 LPZQ或LPZ0与LPZ1区的交界处，因为 埋地的电缆既不是完全暴露 vLPZQ区）也不是充分暴露vLPZO区）。但也不属 于LPZ1区内，因其不在建筑物的初级屏蔽区域内。笔者认为，该部位安装的SPD应选用限压型SPD首先，我们要考虑 SPD的级间配合。开关型 SPD的响应时间通常需要 100ns,而限压型 SPD的的响应时间通常只要 25ns,级间配合效果自然不一 样。其次，要考虑SPD的性价比，“经济合理”是防雷设计的原则之一，开关 型SPD的售价一般是限压型SPD的数倍。

14、3.5埋地进户的10/0.4KV变配电系统低压侧SPD的安装在城市中，大量的新建建筑物是高压电缆埋地进户，此时的低压侧应限压型 SPD。理由是：高压电缆埋地入户后进变压器，该入户处既不属于LPZCA或LPZQ与 LPZ1 区的交界处，也不属于 LPZ1 区内；且，高压电缆进线处一般已安装了 避雷器。而变压器的低压侧，即低压电源的总进线处应属于LPZ1区内。按GB50343-2004第5.4.1<4 ）规定：“第一防护区之后的各分区 <含 LPZ1区）交界处应安 装限压型浪涌保护器”。因此，在该处安装限压型SPD既符合国标的规定要求又是经济合理的选择。3.6低压电源线路SPD放电电流

15、值的确定现行的三个国标 <GB50057 GB50343 GB16895.22）及一个行标 <JGJ16- 2008）对于低压电源线路SPD放电电流值的规定不尽相同。三个国标规定的是标称值，但参数有较大差异； JGJ16-2008 规定的是最大 值。GB50601-2018之之3规定：有外部防雷装置的建筑物和有电气联系 的 建 筑 物 内 总 配 电 柜 上 安 装 的 SPD 的 冲 击 电 流 应 不 小 于12.5kA（10/350卩s>。但对第二、三级 SPD的放电电流值未作规定。 因此，让人难以把握。以笔者的理解，解决这个问题，应该从以下几个方面入手： <1）

16、安装部位处于什么防雷区界面？ <2）该项目的雷电防护等级属于哪一级？<3）安装部位的SPDS于第几级？<4）是否经济合理？首先，需确定防雷区界面，不同的防雷区界面处应选用的SPD类型不同，而且其放电电流值也有不同规定。其次，在不同的雷电防护等级下 <分 A、 B、 C、 D 四级或 A、 B、 C 三级）， 不同防雷区界面处应安装不同放电电流值的SPD。第三，各级的SPD的放电电流值不同，一般从第一级往后，放电电流值逐 步减小。第四，各地区的雷电活动强度不同，比如：海南、广东等南方地区的年雷 暴日常在 100天以上，而西部有的地方才不到 10天；同时，其雷电的强度也有

17、很大差异，从10KA到100KA以上，甚至，在海南还有 300KA以上的。从经济合 理的原则出发，应作不同的选择。以上海地区为例：第一级：<1）在LPZQ或LPZCB与LPZ1区的交界处 <典型的如低压架空线入户处或进 出线处），建议选用单个 SPD的冲击电流vlimp ）为10-15KA的开关型或通过I 级分类实验的产品。<2）埋地进户的 10/0.4KV 变配电系统低压侧或低压电缆进线处，建议选用 单个SPD的标称放电电流<ln ）为20-40KA左右的限压型产品。第二级：建议选用单个SPD的标称放电电流<In ）为10-20KA左右的限压型产品。第三级：特殊

18、需要保护的电子设备的低压电源进线处，建议选用单个 SPD的标称放 电电流ln ）为5-10KA左右的限压型产品。注意一点：级间SPD的放电电流参数值的确定，同时也是SPD的级间配合问题。上海市气象局在 2005.9.27. 及 2006.11.6. 两次发布的上海市建设项目防 雷项目设计审核规定和上海市建设项目防雷项目竣工验收规定对此作出 了具体规定。3.7电源SPD勺最大持续工作电压U©的确定 最大持续工作电压也称“最大持续运行电压”或“持续耐压”等。 我们知道，Uc值与产品的使用寿命、电压保护水平有关。Uc选高了，寿命长了，但电压保护水平，即SPD勺残压也相应提高。我们需要综合考

19、虑。笔者认为，在民用建筑和一般的工业建筑中 通常为TN® TT系统），用于低 压配电总进线处及大功率电机设备的配电线路上的SP啲Uc值宜为385-420V左右，而选用Uc值偏小的产品 如Uc=275V是不合适的；但电子设备的分配电处 SP啲Uc值就可以选得低一些。3.8电源SPD勺电压保护水平Up的确定Up是由生产厂商确定的，在产品标识中均有注明，实际上是该SPD寸于被保护设备所能提供的保护能力。GB16895.22-2004之534.2.3.1 指出：例如230/400V电气装置内的电涌保护器SPD的电压保护水平Up不应超过2.5KV。GB50601-2018之之3规定：有外部防雷

20、装置的建筑物和有电气联系的建筑物内总配电柜上安装的SPD的电压保护水平应不大于 2.5KV。GB50057-94V2000 第 6.4.4 条规定： 在建筑物进线处和其它防雷区界面处的最大电涌电压，即电涌保护器的最大箝压加上其两端引线的感应电压应与所属系统的基本绝缘水平和设备允许的 最大电涌电压协调一致。为使最大电涌电压足够低，其两端的引线应做到最 短。也就是说，SP的电压保护水平Up应与被保护设备的耐冲击过电压额定 值uw相匹配。即：被保护设备的Uw应等于或大于SP啲Up并考虑连接线压降 的一个裕量。因此，我们在选择SPD寸，选用Up值适当低的产品是合理的：建筑物的低压配电进线处应选用 Up

21、不大于2.5KV的SPD服务器、计算机、程控交换机等属于特殊需要保护的设备，其耐冲击电压额定值为1.5KV，选用Up值不大于1.2KV的SPD是合适的。有的标准对Up值的规定相对严格，如：军标 GJB6784-2009军用地面电子 设施防雷通用要求 3.5.2.4.4 规定：第一、二、三、四级的固定式电源线路 SPD的 Up分别不大于 2.5KV、2.0KV、1.5KV、1.0KV。需要注意的是：这里所讲的 Up应是在In条件下的参数值。3.9低压电源线路中多级SPD的配合多级SPD的配合是个复杂问题。有这样一种观点：建筑物的低压配电进线处安装了 SPD就可以了，雷电浪 涌在此已经解决掉了，后

22、面的配电箱 柜）没有必要再安装SPD了。这一观点显 然是不正确的。GB50057-94V2000第条规定：“在按本章第 条要求安装的 SPD 所得到的电压保护水平加上其两端引线的感应电压以及反射波效应不足以保护 距其较远处的被保护设备的情况下，尚应在被保护设备处装设SPD”同时还规定了“当被保护设备沿线路距本章第 条要求安装的SPDf大于10M寸，若 该SPD勺电压保护水平加上其两端引线的感应电压小于被保护设备耐压水平的 80% 一般情况下在被保护设备处可不装 SPD ”举例：电子设备的耐冲击过电 压额定值是1.5KV，其设备处的电压保护水平应为1.2KV。 说明 根据被保护设备的特性 如高电

23、阻型、电容型）或开路时，反射波效 应最大可将侵入的电涌电压加倍。第条规定：当本章第条和第条要求安装的SPD间设有配 电盘时，若第一级SPD勺电压保护水平加上其两端引线的感应电压保护不了该配 电盘内的设备，应在该盘内安装第二级 SPD。GB50601-2018第 10.1.2 规定：1当低压配电系统中安装的第一级 SPD与被保护设备之间关系无法满足下列条件时，应在靠近被保护设备的分配电盘或设备前端安装第二级SPD：1）第一级SPD的有效电压保护水平低于设备的耐过电压额定值时。2）第一级SPD与被保护设备之间的线路长度小于10m时。3）在建筑物内部不存在雷击放电或内部干扰源产生的电磁场干扰时。2第

24、二级SPDc法满足本条第1款的条件时，应安装第三级SPD从上述规定中可以看出：安装几级 SPD关键要看安装了 SPD后所得到的电 压保护水平是否能满足其后面的被保护设备的耐冲击过电压额定值的要求。如 果满足不了，也就保护不了需被保护的设备。GB16895.22 2004的53423.6 规定：“电涌保护器SPD之间的配合： 根据IEC61312-3和61643-12，应当考虑电气装置中电涌保护器 SPD之间必 需的配合。电涌保护器SPD的制造厂应在其文件中提供充分的关于电涌保护 器SPD之间配合的资料。”结合大量的项目实践，许多制造厂或供应商就推出了所谓的“三级保护” 的概念。即：在电子设备的

25、低压配电线路上，由建筑物的进线处开始，共需安 装三级SPD使末端设备处的电压保护水平能满足其耐冲击过电压额定值的要 求。当然，这一观点不无道理，但也不完全正确。实际上，在许多情况下，只 需在建筑物的进线处和末端设备处各安装一级 SPD就能满足要求了。3.10 SPD的接线形式 也称安装方式）及其在项目中的不同应用SPD的接线形式主要有三种：1）接在每一相线与总接地端子或总保护线之间，和接在中性线总接地端 子或总保护线之间。即4卩或称4+0）形式。2）接在每一相线与中性线之间，和接在中性线总接地端子或总保护线之间。即3+N*或称3+1）形式。3）接在每一相线与总接地端子或总保护线之间。即3卩或称

26、3+0）形式。3P形式通常用于TN系统的总进线处 如10/0.4KV变配电系统的低压侧）或IT 系统。而4P形式和3+N形式在项目中的应用是不同的。查阅 GB50057-94V2000 图 6.4.5-1 4 和 GB5034 2004 图 5.4.1-1 及 GB16895.22- 2004 图 A.1、B.1、B.2、C.1、D.1 的规定可以发现：除了 SPD安装在剩余电流保护器的电源侧 即：SPD安装在剩余电流保护器的前端线路上， 而剩余电流保护器设置在被保护的设备侧）的TT系统中，所选用的是3+N形式外；其余情况下均选用4P形式 或3P形式）。GB50601-2018建筑物防雷项目施工与质量验收规范附录 D之图- 1D.0.5-5 规定了电涌保护器在 TN、TT、IT 系统中的安装方式：图 D.0.5- 3TT系统中电涌保护器安装在剩余电流保护器的电源侧是 3+N形式。但是：GB16895.22-2004第534.2.2 及表53B规定：当在电气装置的电源 进线