输配电系统浪涌保护

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1、输配电系统浪涌保护自1994年国标GB50057-94建筑物防雷设计规范颁 布后，结合2004年国标GB50343-2004建筑物电子信息系 统防雷技术规范的相关规定，对于低压输配电系统的防雷 防浪涌保护，需结合技术先进、安全可靠、经济合理的原则 来进行设计和施工。根据国标的具体条文规定，主要讨论以 下几个方面：一、雷电风险评估二、防雷设计选型要点三、防雷安装工艺要求一、雷电风险评估1、雷电的危害雷电的危害是多种多样的，除了第一反应想到的遭 受雷击后带来的建筑物受损、人员伤亡外，更有以下方 面的危害：1）、设备损坏。雷电波侵入相连接的设备，造成设 备烧毁、损坏等；2）、设备老化。雷电波的入侵有

2、时可能不会直接一 下子就把设备打坏，而是一次一次的冲击设备的承受能 力，使之老化加速；3）、系统损坏。有时候加装SPD的目的不是局限于 保护某个设备，而是重在整个应用系统。如证券机房的 防雷装置，并不是为了保护一台主机，更重要的是要保 证系统的稳定运行！2、雷电危害的途径1）、直击雷 建筑物或设备直接遭受雷击。相关资料表明，雷击 放电电量大约为25100C，据此计算，强大的雷电流 转换为热能，雷击点的热量大约5002000焦耳，足以 融化 50200mm3 的钢材。在雷电电流的通道上，物体 水分受热汽化而剧烈膨胀，产生强大的冲击机械力，该 机械力可达50006000N,因而可使人体组织、建筑物

3、 结构、设备部件等断裂破坏！2）、感应雷 感应雷的破坏也叫二次破坏。由于雷电流变化的梯度很大，会产生强大的交变磁场，使得周围的金属构件 产生感应电流，并向周围物体放电，对设备产生冲击甚 至破坏！3）、地电位反击 接受直接雷的金属体（接闪器、接地线、接地体），在接闪瞬间与大地产生很高的电压U，这电压对大地连 接的其它金属物品发生闪击的现象。4）、电压电涌最常见的电子设备损坏并不是由于直接雷击造成 的，而是雷击时发生的电压电涌，如远在千里之外的高 压线遭受雷击时，产生的电涌同样绵延传输过来；不仅 仅是雷击，甚至是电网的某个地段发生短路等故障时， 同样会产生电压电涌。3、防雷分区（选型的重要依据一）

4、Ifi 3.2.2 建就精雷亀防护惊（廿龙）划缺IJ7QJIPZIl-FZn卄（3：电拓炉區悍土的电tt x 段看恠dlit扶晞H UPSMUrftK直击雷非防护区（LPZ0A）：电磁场没有衰减，各A类物体都可能遭到直接雷击，属完全暴露的不设防区直击雷防护区（LPZ0B）：电磁场没有衰减，各类 物体很少遭受直接雷击，属充分暴露的直击雷防护区。第一防护区（LPZ1）：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（LPZ0B）减小, B电磁场得到了初步的衰减，各类物体不可能遭受直接 雷击。第二防护区（LPZ2）：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。后续防护区（LPZ

5、n）：需要进一步减小雷电电磁脉 冲，以保护第三度水平高的设备的后续防护区。4、两种波形的泄流和限压特点（选型的重要依据二）1）、10/350陌：电流波，一般用于测量和直击雷电流相 关的I级分类实验中；B级（一级）SPD的泄流能力多用 10/350阿描述；2）、8/20阿：电流波，一般用于测量和感应电流或开关 浪涌的II级分类实验中；C级（二级）、D级（三级）SPD 的泄流能力多用8/20阿描述；二、防雷设计选型要点1、第一级防雷的选型要点，国标GB50057第40页第6.4.7 的规定和电流大小选择1）、国标GB50057第6.4.7条（第40页）规定：在 LPZ0A或LPZ0B区与LPZ1区

6、交界处，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。 I级分类实验产品就是指10/350p s的产品，但当时的大多 数国产厂家不能生产10/350p s的产品，考虑多数国产厂家 的利益，国标做了让步，可以用8/20p s的产品，但标称 In必须是10/350p s的产品的4倍，详见国标GB50343的 P76、P77。2）、就是换成8/20p s的产品，其标称通流量也不能小于60KA）2、第二级防雷的选型要点，国标GB50057第42页的规定以及GB50343第17页的规定和表格，电流大小选择1）、国标GB50057第42页、第43页的规定（了解）：第 6.4.8 条 在按

7、本章第 6.4.7 条要求安装的 SPD 所得到的 电压保护水平加上其两端引线的感应电压以及反射波效应不足以保护 距其较远处的被保护设备的情况下，尚应在被保护设备处装设 SPD， 其标称放电电流In不宜小于8/20s 3kA。当被保护设备沿线路距本章第6.4.7 条要求安装的 SPD 不 大于 10m 时，若该 SPD 的电压保护水平加上其两端引线的感应电压 小于被保护设备耐压水平的 80%，一般情况在被保护设备处可不装 SPD。第6.4.9条 当本章第6.4.7条和第6.4.8条要求安装的 SPD 之间设有配电盘时，若第一级 SPD 的电压保护水平加上其两端引线的 感应电压保护不了该配电盘内

8、的设备，应在该盘内安装第二级SPD， 其标称放电电流不宜小于 8/20 s，5kA。第 6.4.10 条 在考虑各设备之间的电压保护水平时，若线路 无屏蔽尚应计及线路的感应电压，应按附录七计算，雷电流参量应按附表6.2选取。在考虑被保护设备的耐压水平时宜按其值的 80% 考 虑。第 6.4.11 条 在一般情况下，当在线路上多处安装 SPD 且无 准确数据时，电压开关型 SPD 与限压型 SPD 之间的线路长度不宜小 于 10m ，限压型 SPD 之间的线路长度不宜小于 5m。2) 、GB50343 第 17 页的规定和表格，电流大小选择W 5.1-1-2电豪毀痔液満棵护極會的电电潢趙值ftF

9、LWD孔与Ml 区空斥性LFZ1 勺LE2 4K直电标寡 曲:电U直rui対一曇铮 尊嶽电亀 ft (kM密二at标M (kA)弗賈尬标 体尿见电 A (U)&/丽10/?论止8-10US40*tKFf tatfi WW；tt 电电eta 12占10It.材料琏为粗宿盘材料.绑一魁肪护槻用曲沖誌盼的说聊见豪文ift刖3、波形间的换算公式GB50343第76-78页I4*I(10/350US)(8/20U s )4、标称和最大之间的换算关系各厂家的产品略有不同，但一般情况呈下式关系：Imax=2*In或 Imax=1.5*In即：最大放电电流一般为标称放电电流的 2 倍或 1.5 倍三、防雷安装

10、工艺要求1、开关位置和SPD前置空开（熔断器）大小选择1）、SPD 般装在主开关的后面，这是为了放置高压合 闸时产生的谐波击毁SPD （高压开关合闸时，后续设备都处 于断开状态，SPD等同于用电设备，很易被击毁!）2）、前置空开（熔断器）大小的选择确切来说， SPD 前端应加装熔断器，空开具有易安装、 维护方便的优点，所以目前多用空开代替熔断器；根据经验， 400V以下的电路系统中SPD前置开关装置可以用空开代替, 400V以上的配电系统选用熔断器；开关大小的选择：一般各个厂家对SPD前置开关装置的 要求不尽相同，根据经验，我们给出一般（最低的要求）；一级（B 级）：100A 或 80A二级（

11、C 级）：80A 或 63A三级（D级）：40A或不装（漏电流不大，特别是单相时,可以不装）2、线径大小、长短选择。1）、一般要求详见下表，国标50343第 26 页羸札轧1尬養保护命连接堆小It面积加逢岳刿址出1jfrXOjAWrfefl1625WIKAIQ6K)eft；酬合霽SFV帰划1城恨护鼻也的很途2）、线长要求：国标50343第25页：各级SPD连接导 线应平直，其长度不宜超过0.5米，注意：各级SPD两端的 线，包括相线和PE线，都不宜超过0.5米。当满足不了0.5的要求时，可以采用以下方法解决：A、将等电位连接端子板前移，就是做个等电位连接 端子板；B、加粗连接线线径（一定要用多

12、股铜芯导线）；C、凯文接线法（将 SPD 的连接柱接成相线的一部 分）。附：浪涌保护器的相关知识1、防雷设计的一般原则1）、防雷器设计要考虑以下两个问题：（1）、通流量，这是指防雷器本身的通流能力问题 就是说所加装的防雷器本身要有足够的通流能力，在雷 击（或浪涌）的冲击下不致自身容易损坏；（2）、保护电平Uc,即加装防雷器的作用：将浪涌 控制在后续设备可承受的范围内，否则防雷器加装后起 不到保护设备的目的。2）、分级防护的相关知识：现在世界上没有一种防雷器能够实现一级产品的通 流量同时兼顾三级产品的保护电平的。这跟防雷器使用的元器件有关：目前一般一级产品 使用的元器件有高碳石墨、火花间隙等,这

13、些元器件的 特点就是通流量大，但残压高，反应慢（100nslp s）, 因此只能用于粗保护，实现大的雷电流的泄放，就是开 关型浪涌保护器；相反,压敏电阻被广泛使用在二级、三级的防雷器 中，压敏电阻的特点是反应速度快（25ns以内），残压低, 能够有效保护用电设备，但是通流量不足以泄放强大的 雷电流，就是限压型浪涌保护器。因而，必须要把一级、二级、三级的产品结合起来 使用。3）、需要指出的几个问题：1）、一级产品要求使用10/350p s的产品。国标P40、 P41,第 6.4.7 条。2）、一、二级产品间的安装距离不能小于10米，二、 三级产品间的安装距离不小于 5 米。具体在防雷器的工作原理

14、中解释。3）、一个完整的防雷系统必须考虑三级防护，信号 防雷也是第三级防护，即：要有开关型浪涌保护器来泄 放大的电流，更要有限压型浪涌保护器来把过电压限制 在设备可承受的范围之内。2、防雷器的工作原理1）、电源类并联在线路上，平时不起作用，一旦有雷电流或较大的瞬态浪涌，就会激活防雷器的通流装置（一级是火花间隙的点火装置，二级、三级是环氧树脂），防雷器实现导通，对地泄流，整个过程是纳秒级的反应，而用电设备的反应时间是微秒级的，也就是说，防雷器的泄流在设备感受到前，已经把雷电流或过电压泄放掉并恢 复正常状，从而起到保护设备的目的。3）、几个关键问题：（1）、防雷器，应该叫浪涌保护器泄放的是瞬态的过

15、电压；（2）、浪涌保护器能正常工作的一个重要前提是接 地要做好；（3）、并联在线路上的浪涌保护器，前面应就近单 独加装空开，这是因为，一旦防雷器被击毁，就处于导 通状态，那么整个用电系统就会对地短路，如果用空开技能及时切开；（4）、一级、二级、三级防雷产品的配合使用工作 原理。即一、二级产品间的安装距离不能小于 10 米， 二、三级产品间的安装距离不小于 5 米。这是因为：1、 时间上的配合，一级和二级产品若在一起，因为二级产 品的反应速度比一级快的多，一级未反应时二级已经开 始反应，当雷电流超过二级的泄流能力而被击毁时，一 级还未反应或刚开始反应，所以必须有 10 米的导线距 离来建立这个时

16、间差；2、能量的配合。在线路上，导 线越长电压越高，通过科学计算得出：二级防雷器承受 的电压+10 米导线的电压=一级防雷器启动的电压。3、防雷器的常用技术指标1）、Uc 持续工作电压一般都写上要保护设备的工作电压，而实际上对等 防雷器的工作电压是要高于这个值的，因为在设备工作 的电压下，防雷器是不能工作的，否则就会对地短路， 只要当线路上的电压高于设备工作电压时，防雷器才能 启动。2）、In 标称通流量就是指正常情况下防雷器的通流能力。理论上来 讲，该指标越大越好，但是相应的成本也是昂贵的，并 且，由于元器件性能的限制，通流量大时保护电平也就 会越高即保护水平越低。3）、Imax 最大通流量

17、一般作为参考数值来衡量防雷器的性能的，在一般 的选型中不是很重要，一级的防雷器选型时考虑的较 多。4）、Up 保护电平雷电流或瞬态浪涌通过防雷器后的电压水平，就是 防雷器的保护能力。一般来说，保护电平越低越好，同 样，低的保护电平往往就会影响通流能力，要想具有低 的保护电平而具有大的通流能力，必在成本上有很大的 牺牲。目前菲尼克斯做到了 100KA、150KA 的大通流量 而仅有 0.9KV、1.5KV 的保护电平，但价格都在万元。5）、Ta 响应时间理论上反应时间越低越好。目前一级产品的反应时 间都在100ns以内，二级、三级电源都在25ns以内， 信号类、直流电源浪涌保护器能达到Ins，这些都能满 足国标、欧标的要求，已经不是主要问题。