低压配电线路中SPD的选择和安装

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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。|；1!_一 接地菠置注* 巨二口 表示在不同雷电防护區界面上的第电竝接地端子板n 表示起屏iK作用的建筑瞬隅、房间或其它屏蔽怵 虚 线：表示按滾瑚去计算 血的保护范围N 3. 2. 2建孰物朗电的护区(1.17)划仆雷电防护区的划分是根据需要保护

2、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）直击雷非防护区（LPZO ）:电磁场没有衰减，各类物体都可能遭到直A接雷击，属完全暴露的不设防区。（2）直击雷防护区（LPZO）:电磁场没有衰减，各类物体很少遭受直接雷B击，属充分暴露的直击雷防护区。（3）第一防护区（LPZ1）:也称第一屏蔽防护区。由于建筑物的屏蔽措施, 流经各类导体的雷电流比直击雷防护区（LPZOB）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）

3、:需要进一步减小雷电电磁脉冲，以保护敏感度 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，首先应搞清楚该工程电子信息系统的雷电防护 等级。GB50343-2004 之 5.1.1 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。如：GB50343-2004之5.4.1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

4、级的要求选择其不同的标称放电电流的参数值。2.SPD 的主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的一些主要参数及其 定义的情况下，设计人员是不太可能在工程设计时，将SPD设计到位的。这里主 要介绍几个与工程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/R三个参数所限定。Q（As）=0.5Ipeak（KA），W/R（KJ）=0.25Ipeak（KA）2这是用于I级试验的SPD分类试验。其试验应根据动作负载试验的程序进行。 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

5、SPD的产品标识中均注明其limp值，单位是KA,波形为10/350 |J s。2.2标称放电电流（In）流过SPD具有8/20J s波形的电流峰值，用于II级试验的SPD分级以及I级、 II级试验的SPD的预处理试验。电源试品在做8/20J 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SPD泄流的能力，残压值表征限压型SPD能保 护的电压水平。目前市场上的限压型SPD 一般均在其标识中注明了 In值，单位是KA,波形为 8/20J s。而相应的防雷国标中对于不同部位应设置的SPD的In值也作了比较明确 的规定。2.3 II级试验的最大放电电流（Imax

6、）流过SPD，具有8/20J s波形电流的峰值，其值按II级动作负载试验的程序进 行。Imax In。目前市场上的SPD的I max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在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值相对地是220V，相与相最大峰值电

7、压大约是380V， 那么我们可选择Uc =385V的阀片，这样就不会产生漏流了。2.5 电压保护水平（ Up）表征一个SPD限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的产品标识中均有注明，单位是KV。通常可理解为该SPD对于被保 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试验时试 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。 由于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 品的残压不一致，取得的最大残压值就是限制电压。2

8、.7 残压放电电流流过SPD时，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：由于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GB50057-94 （2000）第6.4.7条规定：在LPZ0或LPZ0与LPZ1区的交界处,AB在从室外引来的线路上安装的SPD应选用符合I级分类试验的产品。

9、GB50343-2004之5.4.1（4）规定：在直击雷非防护区（LPZ0区）或直击雷A防护区（LPZ0区）与第一防护区（LPZ1区）交界处应安装通过I级分类试验的 B浪涌保护器或限压型浪涌保护器作为第一级保护。GB50601-2010之10.1.1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级分类试验的SPD。开关型SPD 般均要求通过I级分类试验，其冲击电流（limp）波形规定为 10/350s,即模拟直

10、击雷的雷电流波形。这一类SPD适用于LPZ0或LPZ0与LPZ1AB 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5.4.1（4）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 级分类试验的 SPD。【提请注意：开关型SPD是符合I级分类试验的产品，但符合I级分类试验 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GB50343-2004第5.4.1 （4）的规定，限压型SPD适用于LPZ

11、0或LPZ0AB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 5.4.1（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。即，这些部位不适用开关型SPD。有的工程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架空进户的低压电源线路上SPD的安装GB50057-94 （2

12、000）第3.3.9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 LPZ0 或 LPZ0 与 LPZ1 区的交界处，AB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级分类试验的产品）。【提请注意：铁横担的接地很重要】3.4埋地

13、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 LPZ0 或 LPZ0 与 LPZ1 区的交界处，因为 AB埋地的电缆既不是完全暴露（LPZ0区）也不是充分暴露（LPZ0区）。但也不属AB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。3.5埋地进户的10/0.4KV变配电系

14、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 LPZ0 或 LPZ0AB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放电电流值的确定现行的三个国标（GB5005

15、7、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。GB50601-2010 之 10.1.1 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 m 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）安装部位处于什么防雷区界面？（2）该工程的雷电防护等级属于哪一级？（3）安装部位的 SPD 属于第几级？（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，其雷电的强度也有很 大差异，从 10KA