建筑物低压电源电涌保护器选用小结

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1、建筑物低压电源电涌保护器选用小结建筑物低压电源电涌保护器选用小结广东省建筑设计研究院 陈小芳1 防雷新情况及防雷技术新特点防雷新情况及防雷技术新特点随着信息系统的发展，传统装置的微机化、智能化以及高层智能建筑的建设，在建 筑防雷设计中，必须将外部防雷装置和内部防雷装置作为整体统一考虑。微电子器件装置 的脆弱性、敏感性，雷害途径的多样性（雷击电磁脉冲、雷电感应、雷电电涌、操作电涌 等） ，特别是雷击电磁脉冲对微电子设备的危害性，促使低压电源电涌保护器的应用越来越 广泛。 2 电涌保护器的基本结构类型电涌保护器的基本结构类型2.1 电压开关型没有电涌时具有高阻抗，有电涌电压时能立即转变成低阻抗的

2、SPD。其常用的元件 有放电间隙、气体放电管、晶闸管(可控硅整流器)和三端双向可控硅开关元件。22 电压限制型没有电涌时具有很高的阻抗，但是，随着电涌电流和电压的增加，其阻抗连续减小 的 SPD，其常用的元件是金属氧化物压敏电阻和瞬态抑制二极管。2.3 组合型由电压开关型元件和电压限制型元件组合(串联或并联)的 SPD。根据所加的电压和 电流可表现出电压开关型或电压限制型特性或两者都有的特性。 3 有关电涌保护器国内及国际标准有关电涌保护器国内及国际标准(1)GB50057-94，2000 修订版建筑物防雷设计规范(第六章防雷击电磁脉冲)；(2)GBxxxx1-200x(报批稿)(等同 IEC

3、6164-3-1)低压配电系统电涌保护器：性能要求 和试验方法；(3)QX3-2000 气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范；(4)YDT5098-2000 通信(局)雷电过电压保护工程设计规范；(5)GA267-2000 计算机信息系统雷电电磁脉冲安全防护规范；(6)IEC 60364-5-534 建筑电气安装电气设备选择与装设过电压保护器件；(7)IEC 61643-11 低压配电系统电涌保护器性能要求与试验方法；(8)IEC 61643-12 低压配电系统电涌保护器选择和应用；(9)IEC 1312-3 雷电电磁脉冲的防护。 4 电源电涌保护等级的确定电源电涌保护等级的确定电涌保护以必要的建

4、筑物防雷措施为基础。除非本建筑处于其他建筑物的直接雷保 护范围之内，存放有电子系统的建筑物至少应具有第三类防雷建筑物的防雷措施(接闪器、 接地装置、引下线、防雷电感应、防侵入波等的措施)，还应建立共地等电位联结系统， 电子系统设备应在 LPZl 及以上的防雷分区中，并宜实行电源线路、信号线路的屏蔽。存 放有电子系统的建筑物的电源系统应符合有关供配电设计规范、民用建筑电气设计规范、 智能建筑设计规范和建筑物防雷设计规范有关电源系统的各种规定。不同电涌保护方案等级对 SPD 的级位配置、保护模式、通流容量、电压保护水平等 要求均有所不同，可按表 1 确定。建筑物电涌保护等级分为 A、B、C、D 四

5、个等级。具体智能建筑和民用公共建筑物 的电涌保护等级可参照表 2 的典型情况及当地运行经验确定。智能化住宅应做 C 级电涌保护；高层住宅建筑宜做 C 级电涌保护，至少应做 D 级 保护；预期有较贵重的家用电子设备的住宅在建筑物上采用 D 级保护。 5 电源电涌保护器的级位配置5.1 A 等级电涌保护方案首要的是：应在电源线进入建筑物处配置一组大通流容量的 SPD第一级。具体 可在总配电柜靠近进线端处，并宜将线路的金属保护层或屏蔽层在 LPZ0 与 LPZl 界面处作 一次等电位联结。如总配电母线有分段运行的可能，每段母线均应装设一组 SPD。建筑物 第一级 SPD 宜与配电变压器低压侧所配避雷

6、器相协调。如连至电子系统设备机房的电源线路较长时(多芯电缆或全部导线穿人一根金属管的 线路30m，散线20m)，需在中间加装中间级-第二级，此级设在楼层分配电箱处较为方便。然后在进入机房处装设设备级-第三级，如机房有专用屏蔽，SPD 就设在线路穿人 屏蔽层处；如机房无专用屏蔽层，则设在机房专用电源设备(UPS)电源输入端。最后，在重要设备电源端口再装一组设备级第四级。第四级与被保护的重要设 备之间的电气距离应尽量短，一般应小于 5m，重要情况应小于 lm。如建筑物尺寸不大，从第 1 级到机房距离不远，不需要 4 级配置时，可以只配置 3 级，将原第 2 级省去或将原第 3 级、第 4 级合并。

7、在一个建筑物中，由于有分支线，除第一级外的后续各级都可能不止一处。在重要 的可能影响各电子系统安全运行的电气设备处(如消防监控系统及其主要设备)也宜装设 SPD。此外，在可能带电开断的较长电源线段(多芯电缆或穿金属管的线路30m，散线 20m)的末端也应装设一组 SPD。处在屋顶的大型电气设备除应处于接闪器保护范围内和就 近接地外，还应装设 SPD，此 SPD 按第一级要求。5.2 B 等级电涌保护方案除不设第四级外，其余均同上。如建筑物尺寸不大，从第一级到机房距离不远，或 机房不大，不需要 3 级配置时，可以只配置 2 级，将原第二级取消。5.3 C 等级电涌保护方案第一级在电源线进入建筑物

8、处，然后在专用电源设备(UPS)输入端或重要设备端口装 设第二级。5.4 D 等级电涌保护方案SPD 应在电源线进人建筑物处。 6 电源电涌保护器结构类型选择(1)建筑物内第 1 级 SPD 宜选电压限制型。当向建筑物供电的配电线为架空线，或配 电线虽非架空线但符合下列条件时，第 1 级 SPD 可选用气体间隙电压开关型 SPD：估算要 求的 SPD 通流容量很大，无法选到符合要求的电压限制型 SPD；离配电变压器距离超过 100m；SPD 安装条件好、引线短(不超 0.5m)。气体间隙电压开关型 SPD 应选密封间隙、 能自动熄灭工频续流，也可选用电子触发的气体间隙电压开关型 SPD。如有完

9、备、可靠的 参数，也可以选择复合型 SPD(串联或并联方式)作为第 1 级。另外，也可以选电涌保护箱，但是应将整个电涌保护箱作为 1 级对待，以其输入端 和输出端的整体特性参数作保护范围和级间配合校核的依据；(2)第 2 级及以后各级均应以金属氧化物非线性电阻为核心元件或其他类型的限压型 SPD。可选用包含 L-C 滤波器的 2 端口 SPD 作为微电子电源设备旁的 SPD，但选用时应了 解其具体参数并有可靠性保证；(3)“3+1”方式的中线对地的 SPD 应选择以气体放电间隙为核心元件的电压开关型 SPD。 7 电源电涌保护器的级间配合(1)当在同 1 条线路上配置了多个 SPD，在确定 S

10、PD 各参数要求后，选择 SPD 具体 产品时，如果各级都采用限压型 SPD、后面各级 SPD 的电压保护水平均低于第 1 级时，或 者第 1 级为开关型、后面各级均为限压型时，应校验级间配合，调整产品规格型号，补充 级间配合措施。当所有各级均为电压限制型，各级电压保护水平相等并且级间有足够距离时，后面 各级的电压保护水平高于第一级时，可不必校验级间配合。还应注意的是被保护设备内的 电涌保护器件和设备前端的 SPD 的配合；(2)级间配合的计算或试验应在长波(10350?滋 s)和短波(820?滋 s)下从雷电能量 的合理承受和电压保护水平的满足等方面进行检验。配合时，金属氧化物 SPD 利用

11、其电阻片的伏安特性，气体间隙型 SPD 利用其间隙动作的伏秒特性。配合的范围由 0.11malx，至 Imalx(Imalx为第 1 级 SPD 最大放电电流)；(3)SPD 的级间配合可利用级间一定长度电气线路的阻抗、专用解耦器、SPD 的特性 曲线(如放电电压-放电时延特性曲线，电压-电流特性曲线)配合、SPD 参数配合(如电压限 制型 SPD 的残压)和动作电压控制(如带触发的间隙)等措施。在电压开关型和电压限制型 SPD 的配合中，带触发的间隙较易于实现配合。这些措施需经计算、试验或分析。如设计 时没有专门计算或试验，可采用经过试验的系列多级产品进行配置，包括级间距离或解耦 器的参数；

12、图 1 进入建筑物的各种设施之间的雷电流分配图(4)两级 SPD 之间的最小距离，对多芯电缆或穿金属管的线路为 15m，散线为 10m。如级间距离不能满足要求，应在级间加接一定长度的电缆或接入解耦器(电感器)。图 2 供电系统防雷配置图如第一级为电压开关型 SPD，而以后各级为电压限制型 SPD，当级间电气距离不足 时可采用解耦器。对于气体间隙型 SPD 和金属氧化物 SPD 之间的解耦器，如无专门计算 或试验时，可按下式校验：L（Uf-U2）/(?驻 i?驻 t)(式 4-1)；Uf气体间隙的陡波最大击穿电压(kV)；U2可取金属氧化物 SPD 残压或电网额定相电压峰值(kV)；?驻 i?驻

13、 t雷电流陡度，一般可取 0.1kA?滋 s；L解耦器电感(?滋 H)解耦器选择时，除电感值的要求外还应满足长期负荷电流 的要求并注意负荷的发展和谐波的影响。 8 其他电源电涌保护器的保护模式即模块接入方式及电涌保护器技术性能选择在防雷设计 规范及技术措施上均有详细说明，本文不再赘述。但特别值得一提的是，在 SPD 的前端一般应安装熔断器或断路器，这些保护装置具 有以下功能：过载保护，即防止主电源线路因过载导致保护器过热损坏；过电流保护，即 一方面防止 SPD 老化造成短路，另一方面当 SPD 故障而其内部脱离器不能切断工频短路 电流时，这些保护装置可使 SPD 脱离主电源电路，不致于使主电路断路器动作而中断主电 源工作。下面讨论一下按反击考虑第一级防雷器通流容量的计算：根据图 1，如按第一类防雷建筑设计用雷电总电流 200kA 计，200kA 电流的 12 流 人建筑物防雷装置的接地装置，其另外的 12 分配于引入建筑物的各种外来导电物、电力 线等。流人电力线的雷电流再在各个 SPD 之间分流，对于目前我们常用的 TN-C-S 系统或 TN-S 系统以及 TT 系统来说，其第一级安装 4 个 SPD，在直接 10350us 波形电流试验下， 每个 SPD 通过的电流计算如下：200(12)(12)(14)：12.5kA图 2 是某建筑物供电系统 SPD 配置图。