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1、1Lightning&SurgeProtection雷电及过电压保护讲座雷电及过电压保护讲座2319971997年年对超过对超过87228722多件案例损坏原因的分析多件案例损坏原因的分析过过电电压压 31,68%(雷击及操作过电压雷击及操作过电压) 盗窃7,01% 火灾4,88% 水灾6,22% 不小心/误操作22,67% 其它26,76% 风暴0,78% 4中国各主要城市雷暴天数中国各主要城市雷暴天数地名地名平均全年日期平均全年日期最早初日最早初日(日日/月月)最晚终日最晚终日(日日/月月)海口海口104.31/130/12上海上海32.214/210/10重庆重庆40.114/21/12
2、拉萨拉萨75.49/33/11武汉武汉26.711/120/12北京北京36.730/33/11呼和浩特呼和浩特29.520/324/10哈尔滨哈尔滨28.920/410/105建筑物被烧毁6电路板及元器件损坏7配电柜被损坏8雷暴引起感应雷击及过电压直击雷或邻近雷击直击雷或邻近雷击:击在外部防雷系统，如保护框架（工业装置上击在外部防雷系统，如保护框架（工业装置上.）电缆上等。）电缆上等。浪涌电流在接地电阻浪涌电流在接地电阻Rst上引起电压降。上引起电压降。闭合环路感应产生过电压闭合环路感应产生过电压信息系统信息系统电源系统电源系统L1L2L3PEN20 kVRst2c1a1b12a2b11a1
3、b远处雷击远处雷击:击在远处架空输送线击在远处架空输送线缆上缆上雷云之间的放电通过雷云之间的放电通过架空线缆引起感应雷架空线缆引起感应雷电波及过电压。电波及过电压。在野外在野外,雷电击中通信雷电击中通信线缆线缆2a2b2c9邻近建筑物之间危险的浪涌雷击几几 100 kA几几 10 kV几几 100 kV几几 kA几几 10 kA几几 10 kV通信通信线缆线缆OV230 V几几 10 kA几几 kAWater / Gas几几 kA几几 几几 kA几几 几几 kA几几 230V10StandardIEC61024Protection of structuresagainst lightningS
4、tandardIEC61312Protection against LEMPStandardIEC61643Lightning protection-TelecommunicationlinesTechnicalReportIEC61662Assessment of riskof damage due to lightningPublished:1995-04Amendment1toIEC61662Published:1996-05TechnicalReportIEC61819/Ed.1Test parameterssimulating theeffects of LPScomponentsI
5、EC81/145/CDVForecast:2001TRPart1:General principlesIEC61024-1Published:1990-03Section1:GuideASelection of protectionlevels for lightningprotection systemsIEC61024-1-1Published:1993-08Section2:GuideBDesign, installation,maintenance andinspection of lightningprotection systemsPublished:1998-05Part1:Ge
6、neral principlesIEC61312-1Published:1995-02Part2(technicalspecification):Shielding of structure, bonding inside structure andearthingIEC61312-2TSPublished:1999-08Part3(technicalspecification):Requirements of surgeprotective devices (SPDs)IEC61312-3TSPublished:2000-07Amendment1:AnnexDCoordination of
7、SPDwithin existing structuresIEC81/150/CDForecast:2001Part4(TechnicalReport):Protection of equipment inexisting structuresPublished:1998-09IEC TC 81 雷电保护雷电保护Part1:Fibre opticinstallationsIEC61643-1Published:1999-07Part2:Lines using metallic conductorsIEC81/164/FDISForecast2001Part5:Application Guide
8、IEC81/165/CDForecast:2000IEC61024-1/Ed.2Protection ofstructure againstfire, explosion and life hazardsIEC81/151/CDVStatus:MCRcirculatedForecast:2001IEC61662/Ed.2TSRisk due to lightningIEC81/156/CDForecast:200111国际标准国际标准总则总则IEC 61312-1 防雷器的选择防雷器的选择 IEC 61312-3 (pending) 雷击保护雷击保护IEC 61024-1 设备保护设备保护IE
9、C 61000-4-5 低压防雷器低压防雷器IEC 61643-1-1 低压防雷器的安装低压防雷器的安装 IEC 61643-1-2 (pending)低压线路上的过电压低压线路上的过电压 IEC 62066 (pending) 通信防雷器通信防雷器IEC 61643-2-1 (pending)12国内标准国家标准国家标准:v建筑物防雷设计规范(GB50057-94)行业标准行业标准:v通信工程电源系统防雷技术规定(YD 5078-98)v移动通信基站防雷与接地设计规范(YD 5068-98)v微波站防雷与接地设计规范(YD 2011-93)v通信局(站)接地设计暂行技术规定(YDJ 26-8
10、9)v计算机信息系统防雷保安器(GA 173-1998)v电力系统通信站防雷运行管理规程(DL 548-94)13建筑物防雷设计规范建筑物防雷设计规范GB50057-94 GB50057-94 (2000(2000年局部修订版年局部修订版) )总则建筑物的防雷分类建筑物的防雷措施防雷装置接闪器的选择和布置防雷击电磁脉冲14雷击风险问问 : 我们需要关注雷击吗我们需要关注雷击吗 ? 答答 : 是的，当然要是的，当然要 ，因为，因为:高技术类的敏感设备越来越多 延长设备正常工作时间，减小出错的概率 设备停机带来昂贵的间接损失 防雷保护会影响到购买保险公司的判断15浪涌电压的定义16雷电流对比图17
11、LEMPLEMPLEMPLEMPIntermediatefloorLPZ 2LPZ 2LPZ 3LPZ 3SEMPSEMPLPZ 1LPZ 1LPZ 0 LPZ 0 A ALPZ 1LPZ 1防雷分区概念防雷分区概念电源系统电源系统信息网络系统信息网络系统电源系统电源系统局部汇流排设备再次层屏蔽室内次层屏蔽基础接地极加强筋防雷等电位连接防雷等电位连接 雷电流雷电流SPD局部等电位局部等电位过压保护器过压保护器 SPD空调装置空调装置接闪系统接闪系统LPZ 0 LPZ 0 B BMLPZ 0 LPZ 0 B B摄像机摄像机灯光灯光插座插座“滚球半径滚球半径 20 mLPZ 0 LPZ 0 B B
12、LEMPLEMPLPZ LPZ 防雷保护区防雷保护区18230/400V,50Hz避器器配电箱屏蔽室里的钢筋接地系统金属结构作为建筑物屏蔽建筑物用钢筋网屏蔽建筑物屋顶的外部接闪装置接闪装置到钢筋的接点钢筋墙作为建筑的屏蔽和引下线数据线避雷器 等电位连接EBBLPZ 1LPZ 2通信和数据的电源过压保护LPZ 0LPZ0到LPZ1到LPZ2的界面地下的钢筋用作建筑物屏蔽和接地系统雷电保护系统依据雷电保护系统依据IEC 61312-1: 1995-02IEC 61312-1: 1995-02基础接地装置通信线避雷器19防雷保护方案20浪涌过压保护浪涌过压保护主要针对感应雷电主要针对感应雷电操作过电
13、压的防护操作过电压的防护低压电源防护数据通讯防护等电位连接完备的接地系统21SPD 防防 雷雷 保保 护护22进出线缆端口的防雷等电位连接进出线缆端口的防雷等电位连接Z阴极保护输送管阴极保护输送管基础接地极基础接地极等电位汇流排等电位汇流排EBBEBB水管水管燃气管燃气管燃气管燃气管电源电源外部防雷系统外部防雷系统23低压浪涌保护器（低压浪涌保护器（SPDSPD） 标准标准Surge Protection Device : Surge Protection Device : SPDSPD国际标准国际标准IEC IEC 61643-1 61643-1 法国标准法国标准NFC NFC 61740
14、61740 德国标准德国标准VDE VDE 0675 0675 美国标准美国标准UL 1449 UL 1449 英国标准英国标准BS 6651BS 665124低压浪涌保护器（低压浪涌保护器（SPD） 防雷器标准防雷器标准 : IEC 61643-1 (issued Feb.98)防雷器的选择与应用防雷器的选择与应用 : IEC 61643-2 (in work)联合标准联合标准:直击雷保护直击雷保护直击雷保护直击雷保护 : : IEC 61024-1IEC 61024-1电磁辐射脉冲电磁辐射脉冲电磁辐射脉冲电磁辐射脉冲 保护保护保护保护: : IEC 61312-1IEC 61312-1(L
15、ightning (Lightning Electromagnetic Pulse)Electromagnetic Pulse)国际标准国际标准25低压防雷器的等级低压防雷器的等级安装位置安装位置 进线端进线端 分配端分配端 设备端设备端 国际标准Class I Class II Class III 法国标准 Imax enhancedStandard采用国际标准德国标准 Class B Class C Class D美国标准 ClassC ClassB ClassA英国标准 Class C Class B Class A 26低压防雷器的特性低压防雷器的特性安装安装 位置位置 线路入口线路入
16、口 分配端分配端 设备端设备端 国际标准10/350s 8/20s8/20s 1.2/50s Iimp=20 kA max In=20 kA max Isc=10 kA max 法国标准 In20kA In5kA德国标准 10/350s In=5kA In=1.5kA0.5-50 kA 美国标准 10kA3kA500A英国标准 10kA3kA500A27防雷器防雷器IEC 61643-1 国际标准国际标准Test Class I : Test Class I : For a SDP (called Lightning Current Arrester) intended For a SDP (
17、called Lightning Current Arrester) intended to be install in a installation equipped with a LPS to be install in a installation equipped with a LPS where a part of the current of the direct lightning where a part of the current of the direct lightning strike could cross the device. strike could cros
18、s the device. Test Class II : Test Class II : For a SDP intended to be install at the electrical For a SDP intended to be install at the electrical entrance or inside a classical installation. entrance or inside a classical installation. Test Class III : Test Class III : A different way (american ty
19、pe.) to test a SPD : more A different way (american type.) to test a SPD : more adapted to adapted to low powerlow power SDP. SDP. 28低压浪涌保护器低压浪涌保护器 - 选选 择择按防雷等级选择按防雷等级选择 : Class I SPD 要求可以防止直击雷 (LPS on installation) Class II SPD 可安装与线路进口或建筑内部分线端 Class III SPD 安装设备侧 选择放电电流选择放电电流 : 对于高暴露性防护选择 70 kA (或
20、更以上) 对于标准安装选择 40 kA 对于设备侧选择10kA防雷器的选择原则防雷器的选择原则 : 高敏感设备 (限制电压低) 广泛应用 (secondary overshoots) 配合熔断丝或断路器配合熔断丝或断路器 优先使用防雷熔断丝或延迟断路器 29SPD的安装30SEM4 4 kVkVIIIIII2.5 2.5 kVkVII II防浪涌和过压类型（依据防浪涌和过压类型（依据防浪涌和过压类型（依据防浪涌和过压类型（依据DINDIN VDE 0110 Part 1 VDE 0110 Part 1）230/400 V1.5 1.5 kVkVI IC CB BD Dnonenone依据依据依
21、据依据 E DIN VDE 0675 Part 6/A1E DIN VDE 0675 Part 6/A1 、SPD SPD 级别的区分级别的区分级别的区分级别的区分6 6 kVkVIVIV31电源系统保护电源系统保护 32避雷器在电源技术网络中的应用LPZ = 防雷保护区防雷保护区SEB =配电柜配电柜EBB =等电位连接排等电位连接排PENkWhEBBL1L2L3PENSEB电表电表 主配电柜主配电柜 分配电柜分配电柜 设备设备 避雷器避雷器 浪涌避雷器浪涌避雷器 浪涌避雷浪涌避雷器器EBBLPZ 0LPZ 1LPZ 233SPD 的安的安 装装34电源防雷器工作原理当电网由于雷击出现瞬时脉
22、冲电压时,防雷器在纳秒内导通，将脉冲电压短路于地泄放，后又恢复为高阻状态，从而不影响用户设备的供电。设备3550 % (100 kA, 10/350 50 % (100 kA, 10/350 s) s) 的电流是通过接地系统泄放的的电流是通过接地系统泄放的. .50 % (100 kA, 10/350 50 % (100 kA, 10/350 s) s) 的电流是被内部的供应系统泄的电流是被内部的供应系统泄放的放的. .( (电源系统电源系统, , 信息信息技术系统技术系统, , 金属管道等金属管道等.) .) 如果在最坏的情况里仅有电源系统，它将承受如果在最坏的情况里仅有电源系统，它将承受5
23、050的雷电的雷电流流. . 假设最坏的情况仅有两条导线假设最坏的情况仅有两条导线(L; PEN) (L; PEN) , , 则每根导线则每根导线要承受要承受 50 kA (10/350 50 kA (10/350 s) s) 的电流的电流. . 这是一个避雷器承受这是一个避雷器承受的最坏情况的最坏情况. . 它有以下的参数它有以下的参数 : :电流峰值电流峰值 50 kA (10/350 50 kA (10/350 s)s)电量电量 25 As 25 As单位能量单位能量 0.625 MJ 0.625 MJ/类防雷等电位连接避雷器类防雷等电位连接避雷器36假设雷电流的泄放假设雷电流的泄放10
24、0%等电位连接排等电位连接排50%通讯系统通讯系统电源系统电源系统金属管道金属管道外部外部防雷装置防雷装置接地系统接地系统50%50%37火花间隙成份避雷器的特性火花间隙成份避雷器的特性电压电压电流电流火花间隙的击穿电压火花间隙的击穿电压浪涌电压浪涌电压1.2/50 s雷电流雷电流电源系统中的电流电源系统中的电流电源系统电压电源系统电压火花间隙灭弧火花间隙灭弧s大约大约 100 s大约大约 10 ms几几 kA100 kA38敞开式火花间隙的剖面模型39喷弧技术功能图电极电极 1电极电极 2(驱动电极驱动电极)隔离气体流向的材料隔离气体流向的材料气体流向气体流向-径向径向-纵向纵向弧光弧光44
25、 TN - C 系统B级防雷器安装示意图L1F1F4F6F5F4 - F6 F4 - F6 250 A gL250 A gLrequired only if required only if F1 - F3 250 A gLF1 - F3 250 A gLL2L3PENF2F3Conductorsize16mm125A25mm160/200A35mm250ATerminalsupto50mmstrandedGroundingcross-section=conductorsize45过电压保护器过电压保护器 C C级级1.符合 E DIN VDE 0675 第 6/11.89 部分和第 6/A1/03/96 部分 2.具有遥信接点选择，可以供集中监控使用 3.具有故障显示窗口 4.模块化设计，方便维护，并不影响供电5.内置热感断路器，避免因发热而导致爆炸6.反应时间纳秒级7.采用导轨式安装8.额定放电电流 ：20KA(8/20 s) 9.高阻燃性46C级浪涌保护器剖面图级浪涌保护器剖面图47在金属氧化物上的过压保护器的特性电源系统电压电源系统电压浪涌电流浪涌电流 8/20s电源系统电压电源系统电压大约大约 10 A大约大约 10 s电压电压电流电流5 kA残压残压大约大约 10 A48谢谢大家！谢谢大家！
