低壓配電系統中電涌保護器的選擇及安裝
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北京建筑設計研究院方 磊

近年來，隨著現代化水平的不斷提高，民用建筑物內安裝的電子信息設備和計算機設備越來越多，電子信息設備一般工作電壓較低，耐壓水平也很低，極易受到雷電電磁脈沖的危害，因此設有信息系統設備的民用建筑物，除應考慮防直擊雷措施外，還應考慮雷電電磁脈沖的防護措施。建立完善的雷電浪涌過電壓保護措施是電氣工程設計的重要組成部分，為此本文提出了在實際工程中，如何根據被保護建筑物的特點選擇電涌保護器，如何根據低壓電源系統的不同形式安裝電涌保護器及有關的注意事項。可供工程設計人員實際應用中參考。

1、電涌保護器（英文縮寫為SPD，以下簡稱SPD）的分類

（1）開關型SPD，又稱雷電流避雷器，這種SPD在沒有電涌時為高阻抗，但一旦響應電壓電涌時其阻抗就突變為低值，用作這種非線性裝置的常見例子有放電間隙，氣體放電管，閘流晶體管（可控硅）及三端雙向可控硅開關。這類SPD有時稱為克羅巴型SPD。

（2）限壓型SPD，這種SPD在沒有電涌時為高阻抗，但隨著電涌電流和電壓的增加其阻抗會不斷減小，用作這類非線性組件的例子是壓敏電阻和抑制二極管，這類SPD有時稱為箝壓型SPD。

（3）聯合型SPD，這種SPD由電壓開關型部件和限壓型部件聯合組裝在一起，根據二者的聯合參數和應用電壓特性可組合裝成具有電壓開關、限壓或這兩種特性兼有的聯合型SPD。

2、SPD的主要性能、指標

（1）最大持續運行電壓Uc： 可以持續施加于電涌保護器的最大交流有效值電壓或最大直流電壓，等于電涌保護器的額定電壓。

（2）沖擊電流Iimp： 用于電源的第一級保護SPD，反映了SPD的耐直擊雷能力（采用10/350μs波形）。包括幅值電流Ipeak和電荷Q，其值可根據建筑物防雷等級和進入建筑物的各種設施（導電物、電力線、通訊線等）進行分流計算。

（3）標稱放電電流In： 流過SPD的8/20μs電流波的峰值電流，用于對SPD做Ⅱ級分類實驗或做Ⅰ級分類實驗的預處理。對于Ⅰ級分類實驗In不小于15 KA，對于Ⅱ級分類實驗In不小于5KA。

（4）保護電壓水平Up:: 在標稱放電電流（In）下的殘壓，又稱SPD的最大鉗壓，對于電源保護器而言，可分為一、二、三、四級保護，保護級別決定其安裝位置，在信息系統中保護級別需與被保護系統和設備的耐壓能力相匹配。

3、電涌保護器SPD的主要性能、指標的確定

3.1 最大持續運行電壓Uc的選擇：

選擇220/380V三相系統中的電涌保護器時，其最大持續運行電壓Uc應符合表1規定：

3.2 SPD的電壓保護水平Up的選擇：

最大電涌電壓，即SPD的最大箝壓（Up）加上其兩端的引線的感應電壓（UL）應與所屬系統的基本絕緣水平和設備允許的最大電涌電壓相一致，即： Up＋UL ≤設備耐沖擊過電壓水平。無論對遠處雷擊,直接雷擊或操作過電壓,均不應大于表2中的Ⅱ類,即對于220/380V電氣裝置Up值不應大于2.5kV。采用接線形式2（注：見本文第4部分）時,接于相線與PE線之間的SPD的總保護水平也應符合上述要求。

3.3 SPD的雷擊沖擊電流Imp及標稱放電電流I n的確定：

（1）在已具備防雷裝置的情況下使用SPD防止直接雷擊或在建筑物臨近處被雷擊引起的瞬態過電壓時，應根據雷電防護區分區的原則選用I級試驗、Ⅱ級試驗、Ⅲ級試驗的SPD。

確定SPD的雷擊沖擊電流Imp一般應進行分流計算（計算方法參見防雷規范條文說明第6.4.7條）。當電流值計算無法確定時，其雷擊沖擊電流不應小于表3中所列指標。

（2）在建筑物電氣裝置中使用SPD限制從電源系統傳來的大氣瞬態過電壓（由間接的，遠處的雷擊引起的）和操作過電壓時，可選用Ⅱ級分類試驗的SPD及必要時加裝Ⅲ級分類試驗的SPD。符合Ⅱ級、Ⅲ級分類試驗的SPD的標稱放電電流I n不應小于表3中所列指標。

4、SPD在低壓電源系統中的安裝及接線

4.1 裝置的電源進線端或其附近裝設 SPD時，應在下面所列的各點之間裝設：

（1）當在電源進線端，中性線與PE（保護線）直接相連或沒有中性線時，接在每一線與總接地端子或總保護線之間，取其路徑最短者。接線參見圖1。

（2）當在電源進線端，中性線與PE（保護線）不直接相連時：

接線形式1：接在每一相線與總接地端子或總保護線之間，和接在中性線與總接地端子或總保護線之間，取其路徑最短者。接線參見圖2。
接線形式2：接在每一相線與中性線之間和接在中性線與總接地端子或總保護線之間，取其路徑最短者。接線參見圖3。

在低壓配電系統的電源進線端或其附近裝設SPD的安裝要求見表4。

5、低壓電源系統中SPD的選擇及安裝位置

5.1 信息系統雷擊電磁脈沖的防護應按其所處的建筑物條件、信息設備的重要程度、發生雷擊事故嚴重程度等進行雷擊風險評估，將信息系統雷擊電磁脈沖的防護分為A、B、C、D四級，分別采用相應防護措施：

A級：宜在低壓系統中采取3—4級SPD進行保護。

B級：宜在低壓系統中采取2—3級SPD進行保護。

C級：宜在低壓系統中采取2級SPD進行保護。

D級：宜在低壓系統中采取1級或以上SPD進行保護。

(說明) 風險評估計算方法參見IEC61662：雷擊損害風險的評估。

5.2 SPD在電源系統中的安裝位置如下：

（1）在LPZ0A區和 LPZ0B區與LPZ1區交界面處連續穿越的電源線路上應安裝符合I級分類試驗的SPD，如總電源進線配電柜內、配電變壓器的低壓側主配電柜內、引出至本建筑物防直擊雷裝置保護范圍以外的電源線路的配電箱內。

（2）在LPZ0B區與LPZ1區交界面處穿越的電源線路上應安裝符合Ⅱ級分類試驗的SPD，如引出至本建筑物防直擊雷裝置的保護范圍之內的屋頂風機、屋頂廣告照明的電源配電箱內。

（3）當電源進線處安裝的電涌保護器的電壓保護水平加上其兩端引線的感應電壓保護不了該配電箱供電的設備時，應在該級配電箱安裝符合Ⅱ級分類試驗的SPD，其位置一般設在LPZ1區和LPZ2區交界面處。如：樓層配電箱、計算機中心、電信機房、電梯控制室 、有線電視機房、樓宇自控室、保安監控中心、消防中心、工業自控室、變頻設備控制室、醫院手術室、監護室及裝有電子醫療設備的場所的配電箱內。

（4）對于需要將瞬態過電壓限制到特定水平的設備（尤其是信息系統設備），應考慮在該設備前安裝符合Ⅲ級分類試驗的SPD，其位置一般設在LPZ2區和其后續防雷區交界面處。如：計算機設備、信息設備、電子設備及控制設備前或最近的插座箱內。

5.3 SPD在住宅中的安裝：

（1）高層住宅應在照明、動力總配電箱內安裝符合I級分類試驗的SPD，并宜在屋頂風機、電梯等設備的電源配電箱內安裝符合Ⅱ級分類試驗的SPD。高層住宅在工程檔次較高及造價允許的情況下宜在住戶配電箱內安裝符合Ⅲ級分類試驗的SPD。

（2）多層住宅在符合本文第五部分2條1款時，宜在照明總配電箱內安裝符合I級分類試驗的SPD。符合本文第五部分2條2款時，宜在照明總配電箱內安裝符合Ⅱ級分類試驗的SPD。分散型小別墅宜將SPD安裝在住戶配電箱內。

6、電涌保護器安裝的注意事項：

SPD的安裝應注意如下問題：

（1）第一級保護的SPD應靠近建筑物的入戶線的總等電位連接端子處，第二、三級保護的SPD應盡量靠近被保護設備安裝。

（2）電涌保護器接至等電位連接的導線要盡可能短而直。

（3）為滿足信息系統設備耐受能量要求，SPD的安裝可進行多級配合，在進行多級配合時應考慮SPD之間的能量配合，當有續流時應在線路中串接退耦裝置。有條件時，宜采用同一廠家的同類產品，并要求廠家提供其各級產品之間的安裝距離要求。在無法獲得準確數據時，電壓開關型與限壓型SPD之間的線路長度小于10米時和限壓型SPD之間線路長度小于5米時宜串接退耦裝置。

（4）在同一電源系統中，當安裝在電源裝置的起點處的SPD的保護電壓水平Up≤末端被保護設備的耐壓水平的50％時，可僅安裝一級電涌保護器。


（5）必須考慮退化或壽命終止后可能產生的過電流或接地故障對信息系統設備運行的影響，因此在SPD的電源側應安裝過電流保護裝置（如熔斷器或空氣斷路器），過電流保護器（設置于內部或外部）與SPD一起承擔等于和大于安裝處的預期最大短路電流，選擇時，應考慮SPD制造廠商規定的其產品應具備的最大過電流保護器。此外,制造廠商所規定的SPD的額定阻斷蓄流值不應小于安裝處的預期短路電流。在TT系統中還應安裝剩余電流保護裝置，并宜帶有劣化顯示功能。

（6）在爆炸危險場所使用的SPD應具有防爆功能。

（7）在考慮各設備之間的過電壓保護水平Up時，若線路無屏蔽時尚應計及線路的感應電壓，在考慮被保護設備的耐沖擊過電壓水平時宜按其值的80％考慮。

（8）在供電電壓超過所規定的10％及諧波使電壓幅值加大的場所，應根據具體情況對氧化鋅壓敏電阻SPD提高Uc值。

（9）當設有信息系統的建筑物需加裝SPD保護時，若該建筑物沒有裝設防直擊雷裝置和不處于其他建筑物或物體的保護范圍內時，宜按第三類防雷建筑采取防直擊雷的措施。在要考慮屏蔽的情況下，防直擊雷接閃器宜采用避雷網。

參考文獻

B50057—94（2000年版）建筑物防雷設計規范
IEC61024—1：建筑物防雷 第1部分 通則
IEC61312—1：雷擊電磁脈沖的防護 第1部分 通則
IEC61312—2：雷擊電磁脈沖的防護 第2部分 建筑物的屏蔽、內部等電位連接及接地
IEC61312—3：雷擊電磁脈沖的防護 第3部分 浪涌保護器的要求
IEC60364—5—534：建筑物的電氣裝置 第5部分 電氣裝置的選擇與安裝IEC61662： 雷擊損害風險的評估
QX3－2000：中華人民共和國氣象行業標準 氣象信息系統雷擊電磁脈沖防護規范