電涌保護器的選用

劉昌明

(四川建筑職業技術學院,四川德陽 618000)

電涌保護器的選用

劉昌明

(四川建筑職業技術學院,四川德陽 618000)

從被保護設備的重要性、建筑物防雷類別來確定電涌保護的可靠性等級談起,詳細介紹了電涌保護器電壓保護水平、電涌能量承受能力、最大持續運行電壓的確定以及電涌保護器結構類型選擇和輔助機構選用,對現代建筑電氣設計中利用電涌保護器防雷擊電磁脈沖電涌保護器的選用具有一定的參考價值。

電涌保護器; 電壓保護水平; 選用

電涌保護器Surge pretective device,SPD,目的在于限制瞬態過電壓和分流電涌電流的器件,它至少含有一非線性元件。民用建筑電氣設計規范JGJ/T16-2008和建筑物防雷設計規范GB 50057—1994(2000年版)對配電系統宜采用電涌保護器(SPD)進行保護都有要求。在建筑電氣設計中如何選擇電涌保護器就是一個必須解決的問題,本文就對此作一個分析,希望對同行有所幫助。

1 確定電涌保護的可靠性等級

1.1 被保護設備的重要性

按《計算機場地安全要求》GB/T9361確定很重要、重要、較重要分別相應于A、B、C級,除A、B、C級以外的機房為一般,“一般”和“無不良后果”在實際工程中對應于設備價值不高,系統停運對社會無影響。實際上是指一般機關、事業、中小型企業計算機信息中心,除了電子系統設備供應時本身帶有的安全措施外無額外的防護要求。

1.2 建筑物等效受雷面積Ae的計算

(1)當建筑物高度H小于100m時

式中:L,W,H為建筑物的長、寬、高(m)。

(2)當建筑物高度H不小于100m時

1.3 進戶線等效受雷面積A'e的計算

式中:Lp為架空線從建筑物到電源第一個分支點或到相鄰建筑物的長度(m),Lp的取值不大于1 000m。

式中:Lp為電纜的長度(m),取法同上。ds為土壤電阻率(ds以Ψm記數,單位為m),最大為500。

1.4 確定建筑物防雷類別

(1)根據地區年平均雷暴日Td,可按下式確定地區雷擊頻度Ng。

(2)確定建筑物年平均接閃次數N。

式中:k為地形校正系數,一般情況取 1,曠野孤立的建筑物取 2,金屬屋面的磚木結構建筑物取 1.7,河邊、湖邊、山坡下,山地中土壤電阻率較低處,地下水露頭處,土山頂部,山谷風口,特別潮濕的建筑物等取 1.5。

(3)根據《建筑物防雷設計規范》GB 50057確定建筑物的防雷類別。

最后根據被保護設備的重要性、建筑物防雷類別、年平均雷暴日確定電涌保護的可靠性等級。

2 電涌保護器電壓保護水平的確定

電壓保護水平的確定應以電氣、電子設備的沖擊耐受水平(以絕緣沖擊耐受水平和電涌抗擾度表示)為目標,其數值均應由制造部門提供。當無提供的數據時,沖擊耐受水平宜按表 1的絕緣沖擊耐受電壓確定。

SPD的電壓保護水平UP應低于其保護范圍被保護設備的沖擊耐受水平并留有裕度。對很重要的設備,其沖擊耐受水平宜按其值的 80%考慮。

3 電涌保護器的電涌能量承受能力的確定

3.1 SPD按沖擊電流選擇

對Ⅰ級試驗的SPD可按沖擊電流Iimp選擇,對Ⅱ級試驗的SPD可按標稱放電電流In選擇,對Ⅲ級試驗的SPD可按開路電壓UOC或短路電流ISC選擇。SPD的最大放電電流Imax可按2In采用。

3.2 SPD的電涌能量承受能力

各級SPD的電涌能量承受能力,可通過雷電流參量來估算通過它們的分流值,雷電流參量見表 2～表 4。

當無法估算時,可按以下方法確定:全部雷電流 i的50%流入建筑物防雷裝置的接地裝置,其另 50%,即 is分配于引入建筑物的各種外來導電物、電力線、通信線等設施。流入每一設施的電流ii等于 is/n,n為上述設施的個數。流經無屏蔽電纜芯線的電流iv等于電流ii除以芯線數m,即iv=ii/m;對有屏蔽的電纜,絕大部分的電流將沿屏蔽層流走。

3.3 SPD的L-N和L-PE模塊的選擇

當不進行專門的計算,且級間配合有保證時,則具體各級SPD的L-N和L-PE模塊的電涌能量承受能力可按下列條文和各表選取。各表所列均為三相SPD數值,單相SPD相線模塊的電涌能量承受能力數值應為三相相應值乘以 2。SPD級次以入口級為排序一,其后按位置先后依次排序。

(1)當建筑物配電進線為架空線時,各級三相SPD的L -N和L-PE模塊的電涌能量承受能力應按表5選取。

(2)當建筑物配電進線為電纜,且變壓器不在建筑物內時,各級三相SPD的L-N和L-PE模塊的電涌能量承受能力應按表 6選取。

(3)當建筑物配電進線為電纜,變壓器設在建筑物內且與建筑物地網共地,線路有屏蔽或無屏蔽但穿鐵管并兩端接地時,各級三相SPD的L-N和L-PE模塊的電涌能量承受能力應按表 7選取。

(4)當建筑物配電進線為電纜,本建筑物未設置外部防雷裝置且處于鄰近高建筑物保護范圍內,兩建筑物接地裝置間距大于20m時,各級三相SPD的L-N和L-PE模塊的電涌能量承受能力應按表8選取。

4 電涌保護器的最大持續運行電壓 UC的確定應符合下列規定

(1)SPD的最大持續運行電壓UC不應小于電網最大持續運行電壓UCS;暫態耐受電壓Ut不應小于電網暫態過電壓Utov。

(2)對經過標準規定TOV試驗SPD,其UC可按下列數值選取:

①對TN接地方式的電涌保護,最大持續運行電壓UC不應低于1.15U0。

②對 TT接地方式的電涌保護,金屬氧化物電壓限制型SPD位于RCD負荷側,且接于相線與地線、中線與地線之間時,共模最大持續運行電壓UC不應低于1.55U0。

③對 IT接地方式的電涌保護,接于相線與地線之間的金屬氧化物電壓限制型SPD的共模最大持續運行電壓UC不應低于2.0U0。

(3)當保護對象重要或當地電網電壓波動超過規定范圍時,宜將相線對中線的最大持續運行電壓 UC提高到1.45U0,相線對地線的最大持續運行電壓 UC提高到1.73U0。

5 電涌保護器結構類型選擇應符合下列規定

(1)當參數符合要求時,建筑物內入口級SPD宜選電壓限制型。當向建筑物供電的配電線為架空線時,入口級 SPD可選用以間隙作為保護元件的電壓開關型 SPD。電壓開關型SPD應選擇密封間隙、能自動熄滅工頻續流的產品,并進行電源系統工頻短路電流計算,校驗此短路電流值是否超出間隙的續流開斷等級。如超出可選用電子觸發、放電電壓較低的間隙為保護元件的電壓開關型SPD。

(2)入口級以后各級均宜選金屬氧化物非線性電阻或其他類型的限壓型SPD。可選用包含L-C濾波器(串聯電感,并聯電容低通濾波衰減器)的二端口SPD作為電子設備的SPD(特別是入口級為電壓開關型SPD時)。

(3)可選用內裝單級或已配合好的多級SPD模塊和輔助機構的電涌保護箱,并應注意控制引線長度和減少電感。一個電涌保護箱應按其外部特性視為一個電涌保護器,不應選用以金屬氧化物SPD產品外部并聯的方法擴大電涌能量承受能力的電涌保護箱。

6 電涌保護器輔助機構選用

(1)金屬氧化物電阻SPD或電涌保護箱應選用具有運行狀態指示器和SPD故障脫離器的產品。

(2)金屬氧化物電阻SPD或電涌保護箱宜選用具有報警指示或報警觸點的產品。

(3)間隙SPD可選用具有運行狀態指示器的產品。

(4)SPD或電涌保護箱可選用具有雷擊計數器或雷電流記錄器的產品。

7 結束語

綜上所述,電涌保護器的選用,先根據被保護設備的重要性、年平均雷暴日數、建筑物進戶線的等效受雷面積、建筑物防雷類別來確定電涌保護的可靠性等級,再確定電涌保護器的電壓保護水平、電涌能量承受能力、最大持續運行電壓等參數,最后選擇電涌保護器結構類型和輔助機構等。

[1] CECS 174:2004建筑物低壓電源電涌保護器選用、安裝、驗收及維護規程[S]

[2] 楊金夕.防雷·接地及電氣安全技術[M].北京:機械工業出版社,2007

[3] GB 50057—1994建筑物防雷設計規范(2000年版)[S]

TU976+.55

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2010-02-02

劉昌明(1969～),男,副教授,全國注冊電氣工程師,全國注冊一級建造師,全國注冊監理工程師,主要從事建筑供配電、建筑電氣施工技術等課程的教學與研究。