低壓配電系統(tǒng)電源ＳＰＤ的技術(shù)評價分析

摘要：電涌保護器（下稱SPD）是等電位連接技術(shù)和防雷裝置的一種， SPD定義為：\"用以限制瞬態(tài)過電壓和分走電涌電流的器件。它至少含有一非線性文件\"。SPD低壓配電系統(tǒng)中SPD技術(shù)評價應(yīng)考慮低壓配電系統(tǒng)SPD是否要設(shè)計、SPD應(yīng)設(shè)計多少級 、SPD參數(shù)科學(xué)選定。本文對SPD在建筑物內(nèi)低壓配電系統(tǒng)怎樣正確進行技術(shù)評價進行分析。

關(guān)鍵詞：SPD；電涌保護

1 低壓配電系統(tǒng)電源電涌保護器技術(shù)評價

低壓配電系統(tǒng)SPD是否要設(shè)計，要進行分析評估后決定：

1.1 通過風(fēng)險評估后在建筑物可能需要在電氣和電子系統(tǒng)上設(shè)計SPD

對建筑物內(nèi)人身、設(shè)備安全進行雷擊損害風(fēng)險評估，當(dāng)風(fēng)險高于可承受風(fēng)險RT時，需設(shè)計SPD。低壓配電系統(tǒng)，如果采用防雷措施后仍會發(fā)生的損失CRL和采用防雷措施所用的成本CPM之和低于沒有防雷措施時可能出現(xiàn)的總損失額CL，即CRL+CPM＜CL，應(yīng)設(shè)計SPD。當(dāng)RT＞R（R1+R2+R3）時，以及CRL+CPM＞CL時建筑物內(nèi)低壓配電系統(tǒng)可不設(shè)計SPD，（少數(shù)特殊建筑物除外）。

1.2 根據(jù)年雷暴日數(shù)確定是否要設(shè)計SPD

在電氣裝置由低壓架空線供電或含有低壓架空線供電的情況下，且雷電活動符合外界環(huán)境影響（雷暴日數(shù)＜25日/年）時，不需要設(shè)計SPD。這里需說明的是，規(guī)定所指為S4型，不含建筑物可能遭受直接雷擊的S1型。在要求可靠性較高或預(yù)期有較高的危險性（如火災(zāi)）的情況下，可考慮設(shè)計SPD。上述技術(shù)措施稱之為“過電壓的自身抑制”（靠系統(tǒng)本身絕緣水平）。當(dāng)雷電活動符合外界影響條件AQ2（雷暴日數(shù)＞25日/年）時，應(yīng)設(shè)計SPD，保護裝置的保護水平不應(yīng)高于表1列出的Ⅱ類過電壓水平（注：2.5kv）。此時不是依靠系統(tǒng)本身絕緣水平的自身抑制，而是靠SPD的保護抑制。

1.3 建筑物電子信息系統(tǒng)SPD設(shè)計

在設(shè)有信息系統(tǒng)建筑物需防雷擊電磁脈沖的情況下或在工程的設(shè)計階段知道信息系統(tǒng)的規(guī)模和具體位置情況下（如智能建筑物或信息系統(tǒng)機房等），在非直擊雷防護區(qū)（LPZOA）或直擊雷防護區(qū)（LPZOB）與第一防護區(qū)（LPZO1）交界處應(yīng)安裝通過I級分類試驗的電涌保護器，第一防護區(qū)之后的各分區(qū)（含LPZO1）交界處應(yīng)安裝限壓型電涌保護器。

2 SPD級數(shù)技術(shù)評價

2.1對于沒有信息系統(tǒng)的建筑物

設(shè)計電涌保護器（SPD）必須能承受預(yù)期通過它們的雷電流，并應(yīng)符合以下兩個附加要求：通過電涌時的最大鉗壓，有能力熄滅在雷電流通過后產(chǎn)生的工頻續(xù)流。

對于沒有信息系統(tǒng)的建筑物，SPD設(shè)計級數(shù)，核心是SPD的電壓保護水平Up和受保護設(shè)備的耐沖擊過電壓額定值Uw的關(guān)系。筆者認為：

一般而言，當(dāng)受保護設(shè)備具有足夠的過電壓承受能力，在靠近配電干線的配電盤處，設(shè)計一個SPD可能就足夠了，當(dāng)SPD安裝后的電壓保護水平加上線路上感應(yīng)過電壓不足以保護設(shè)備的問題情況下，在被保護設(shè)備處裝設(shè)第二級SPD。

在某些特殊情況下，在靠近受保護設(shè)備處可能需要設(shè)計第二級SPD，如：有非常敏感的設(shè)備處；建筑物入口處安裝的SPD與受保護設(shè)備之間距離太長；建筑物內(nèi)部有雷擊放電和內(nèi)部干擾源所產(chǎn)生的電磁感應(yīng)場，考慮到受保護系統(tǒng)中最敏感設(shè)備的UW。

最靠近這類設(shè)備的SPD的UP至少要求比設(shè)備的UW低20%。如果建筑物入口處SPD的UP加上安裝距離產(chǎn)生的振蕩現(xiàn)象，由于SPD和受保護設(shè)備間的距離導(dǎo)致在設(shè)備處產(chǎn)生的感應(yīng)電壓低于0.8UW，則不需要在靠近設(shè)備處設(shè)計第二級SPD。

在LPZOA或LPZOB區(qū)與LPZ1區(qū)交界處設(shè)計Ⅰ級分類試驗的SPD后，當(dāng)SPD設(shè)計后的電壓保護水平加上線路上感應(yīng)過電壓不足以保護設(shè)備的問題情況下，在被保護設(shè)備處設(shè)計第二級SPD，如果受保護設(shè)備的耐沖擊電壓額定值Uw大于或等于SPD的Up，應(yīng)考慮安全裕量，此裕量主要是考慮到連接導(dǎo)體的影響和SPD與受保護設(shè)備之間回路的長度影響。一般認為，有20%的裕量是足夠的（1.2Up≤Uw）。在SPD和受保護設(shè)備很靠近時，對限壓型SPD而言，有效的防護UP（f）應(yīng)考慮為UP+△U；對開關(guān)型SPD而言，UP（f）應(yīng)考慮UP或△U（選取其中較大值）。△U為連接導(dǎo)體的感應(yīng)電壓，設(shè)定為△U為1kV/m。

圖1分析：

如果Up1×k < 0.8×UW，僅需要SPDNo.1（安裝在裝置入口處）。如果Up1×k > 0.8×UW，，除了SPDNo.1還應(yīng)該安裝SPD No.2（Up2 < 0.8UW）。

Eq是電壓耐受能力為UW，的設(shè)備。 k是考慮到可能的振蕩得出的系數(shù)（1 < k < 2）。

2.2對于有信息系統(tǒng)的建筑物

SPD的級數(shù)按建筑物年預(yù)計次數(shù)N1和建筑物入戶設(shè)施年預(yù)計次數(shù)N2之和N與建筑物電子信息系統(tǒng)設(shè)備因直擊雷和雷電電磁脈沖損壞可接受的年平均最大雷擊次數(shù)NC之比或信息系統(tǒng)的重要性和使用性質(zhì)確定雷電防護等級，根據(jù)雷電防護等級的級別對SPD的安裝級數(shù)規(guī)定了：在電源線路上4級（雷電防護等級A）、3級（雷電防護等級B）、2級（雷電防護等級C和D）。

3 SPD參數(shù)的技術(shù)評價

對防止大氣過電壓（由間接的、遠處的雷擊引起的）（注：指S4型）和操作過電壓的保護。通常這種保護是設(shè)計通過Ⅱ級試驗的SPD，在必要時設(shè)計Ⅲ級試驗的SPD。SPD對每一保護模式的Ⅰn（標(biāo)稱放電電流）不應(yīng)小于5kA（8/20μs）。在使用“3+1”形式時，三相系統(tǒng)中N線與PE線間的SPD，其Ⅰn值不應(yīng)小于20kA(8/20μs)，單相系統(tǒng)中不應(yīng)小于10kA（8/20μs）。SPD的Up應(yīng)小于2.5kv。

在建筑物裝有防雷裝置（注：LPS即接閃器、引下線和接地裝置）的情況下使用SPD以防止直接雷擊（注：指S1型）或者建筑物鄰近處被雷擊引起的瞬態(tài)過電壓（注：指S2型）SPD雷擊沖擊電流Ⅰimp應(yīng)根據(jù)IEC61312-1計算，如果電流值無法確定，則每一保護模式的Ⅰimp值不應(yīng)小于12.5kA。Ⅰimp試驗波形為10/350μs。在設(shè)計“3+1”形式時，設(shè)計N線和PE線間SPD的Ⅰimp值應(yīng)類似上述的標(biāo)準(zhǔn)計算（注：為L-N的Ⅰimp值的4倍）。如果電流值無法確定，則對于三相系統(tǒng)Ⅰimp不應(yīng)小于50kA，對于單相系統(tǒng)Ⅰimp不應(yīng)小于25kA。在建筑物入口配電盤上安裝的SPD的Up應(yīng)小于2.5kV。

在建筑物電子系統(tǒng)中，用于電源線路的SPD標(biāo)稱放電電流參數(shù)應(yīng)符合表3規(guī)定：

小結(jié)

對沒有信息系統(tǒng)的建筑物，技術(shù)評價SPD，SPD必須能承受預(yù)期通過它們的雷電流，并應(yīng)符合以下要求：通過電涌時的最大鉗壓，有能力熄滅在雷電流通過后產(chǎn)生的工頻續(xù)流。一般情況， SPD可以只在建筑物入口處安裝一級，只有在1.2UP＞UW時（或其他特殊情況下），才需要設(shè)計第二級SPD。

對于有信息系統(tǒng)的建筑物，對SPD的級數(shù)的技術(shù)評價要根據(jù)《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》GB50343中有關(guān)規(guī)定進行評價。

技術(shù)評價SPD時，如果受保護設(shè)備的耐沖擊電壓額定值Uw大于或等于SPD的Up，應(yīng)考慮安全裕量。