論建筑電氣系統(tǒng)中電源SPD的選型方法

所屬欄目：電力論文發(fā)布日期：2012-05-25 08:53 熱度：

【摘要】本文根據(jù)供電線路的特點，電源SPD的技術參數(shù)，SPD間能量配合等方面，提出了建筑電氣系統(tǒng)中電源SPD的選型方法。

【關鍵詞】建筑電氣系統(tǒng) 電源SPD 選型方法

前言

隨著電涌保護器（簡稱：SPD）在建筑電氣系統(tǒng)中的應用越來越普遍，可供選擇的產(chǎn)品的種類越來越多。如何選擇合適的SPD，節(jié)約工程造價以及更合理的保護設備，是一個急在眉睫的現(xiàn)實問題。本文對電源線路布線結(jié)構(gòu)特點，參數(shù)選擇，能量配合等方面對SPD的選型方法作出分析，有助于防雷技術人員在SPD的選型方法上做到“安全可靠、技術先進、經(jīng)濟合理”。

1.不同電氣系統(tǒng)SPD的選型

1.1 IT系統(tǒng)

1.1.1系統(tǒng)介紹

IT系統(tǒng)的中性點不接地或經(jīng)足夠大的阻抗接地，且通常不引出中性線，第一個字母I表示電源側(cè)沒有工作接地，或經(jīng)高阻抗接地。第二個字母T表示負載側(cè)電氣設備進行接地保護。

1.1.2 IT系統(tǒng)SPD的選型

當IT系統(tǒng)無線間負載時，僅針對三條相線，分別與地之間接SPD，即為縱向避雷。若存在線間負載，則應在兩相線間接SPD，即為橫向避雷。橫向避雷的目的是防止各相SPD響應時間不同或其中一相SPD失效造成相間高電位。IT系統(tǒng)中Uc值按表1的要求選擇。

1.2 TT系統(tǒng)

1.2.1系統(tǒng)介紹

電力系統(tǒng)中性點直接接地，引出中性線，第一個字母T表示電力系統(tǒng)中性點直接接地。第二個字母T表示負載設備外露不與帶電體相接的金屬導電部分與大地直接聯(lián)接，而與系統(tǒng)如何接地無關。

1.2.2 TT系統(tǒng)SPD的選型

各條相線分別對地接SPD，中性線應根據(jù)SPD的安裝位置決定，當SPD安裝在進戶處剩余電流保護器的負荷側(cè)時，中性線與地之間直接接SPD。當SPD安裝在進戶處剩余電流保護器的電源側(cè)時，中性線與相線SPD的接地端連接，再與接之間接SPD。TT系統(tǒng)中Uc值按表1的要求選擇。

1.3 TN系統(tǒng)

電力系統(tǒng)中性點直接接地，引出中性線，設備外露可導電部分均采取與公共的保護線（PE）或保護中性線（PEN）線相連接的保護方式,安全性能非常高。

1.3.1 TN-C系統(tǒng)

整個系統(tǒng)中性線（N）與保護線（PE）是合一的，可以稱作保護中性線，可用NPE表示。由于三相負載不平衡，中性線上有不平衡電流，對地有電壓，所以與保護線所聯(lián)接的電氣設備金屬外殼有一定的電壓。

1.3.2 TN-S系統(tǒng)

整個系統(tǒng)把中性線N和專用保護線PE嚴格分開，系統(tǒng)正常運行時，專用保護線上沒有電流，只是中性線上可能有不平衡電流。所以電氣設備金屬外殼接零保護是接在專用的保護線PE上，安全可靠。

1.3.3 TN系統(tǒng)SPD的選型

當電源采用TN系統(tǒng)時，從建筑物總配電箱起供電給本建筑物內(nèi)的配電線路和分支線路必須采用TN-S系統(tǒng)。TN系統(tǒng)各條相線，若無相間負載時，只須與地作縱向避雷；中性線不必接SPD，但PEN線在進戶前必須重復接地，對于高、大建筑物，或PEN線超過50米的大面積建筑物，PEN線應與建筑物接地點再次連接，以保證等電位連接的可靠。TN系統(tǒng)中Uc值按表1的要求選擇。

表1 不同電氣系統(tǒng)Uc的選擇

電涌保護器接于	配電網(wǎng)絡的系統(tǒng)特征
電涌保護器接于	TT系統(tǒng)	TN-C系統(tǒng)	TN-S系統(tǒng)	引出中性線的I T系統(tǒng)	無中性線引出的 IT系統(tǒng)
每一相線與中性線間	不適用	不適用
每一相線與 PE線間	不適用	^①	相間電壓^①
中性線與PE線間	^①	不適用	^①	^①	不適用
每一相線與 PEN線間	不適用	不適用	不適用	不適用

注：1標有①的值是故障下最壞的情況，所以不需計及 15 %的允許誤差。

2 U0是低壓系統(tǒng)相線對中性線的標稱電壓，即相電壓 220 V。

3此表基于按現(xiàn)行國家標準《低壓配電系統(tǒng)的電涌保護器（SPD）第1部分：性能要求和實驗方法GB18802.1標準做過相關試驗的電涌保護器產(chǎn)品。

2 .SPD技術參數(shù)及選擇

2.1 Uc最大持續(xù)運行電壓：允許持久地施加在SPD上的最大交流電壓有效值或直流電壓，其值等于額定電壓。Uc值按表1要求選擇，同時選擇Uc值亦應考慮供電電壓是否穩(wěn)定，接地網(wǎng)地阻值是否偏高，而在供電的電壓偏差超過所規(guī)定的10%以及諧波使電壓幅值加大的場所，應根據(jù)具體情況提高SPD的Uc值。

2.2 Up 電壓保護水平：表征SPD限制接線端子間電壓的性能參數(shù)，即在標稱放電電流In下的殘壓，或浪涌保護器的最大鉗壓。SPD的電壓保護水平Up的選擇，在建筑進線處或其他防雷區(qū)界面處的最大電涌電壓，即SPD的最大鉗壓加上其兩端引線的感應電壓，應與所屬系統(tǒng)及設備的絕緣水平相配合。因此，SPD的電壓保護水平Up加上其兩端引線（至所保護對象前）的感應電壓之后，應小于所在系統(tǒng)和設備的絕緣耐沖擊電壓值，并不宜大于被保護設備耐壓水平的80%。

2.3 Uw 耐沖擊過電壓額定值：由生產(chǎn)廠給出的設備或設備主要部件的耐受沖擊過電壓的額定值，該值規(guī)定了設備或設備主要部件的絕緣對過電壓的耐受能力特性。當無法獲得設備的耐沖擊電壓時，220/380V三相配電系統(tǒng)的設備，IV類電氣裝置電源進線端的設備耐沖擊電壓額定值為6KV，III類配電裝置和末級電路設備耐沖擊電壓額定值為4KV，II類用電設備耐沖擊電壓額定值為2.5KV，I類特殊需要保護設備耐沖擊電壓額定值為1.5KV。

2.4 Ures殘壓：放電電流流過SPD時，在其端子間的峰值電壓。首先，不同產(chǎn)品標稱的殘壓數(shù)值，必須注明測試電流的大小和波形，才能有一個共同比較的基礎。通常以20KA（8/20μs）測試電流記錄殘壓，作為比較。其次，對于限壓型防雷器選用殘壓越低時，通常意味其最大持續(xù)工作電壓Uc越低。因此，過分強調(diào)低殘壓，是需要付出降低最大持續(xù)工作電壓Uc的代價。換來的后果，可能是在市電不穩(wěn)定地區(qū)，防雷器容易因長時間持續(xù)過電壓而損壞。按照經(jīng)驗，限壓型防雷器殘壓在2KV以下（20KA；8/20μs），就能對用戶設備提供足夠的保護。

2.5 In標稱放電電流：流過SPD、具有8/20μs波形的電流峰值，該電流用于Ⅱ級分類試驗的SPD分級以及Ⅰ級、Ⅱ級分類試驗SPD的預處理試驗。SPD1：在LPZOA或LPZOB區(qū)與LPZ1區(qū)交界處，在從室外引來的線路上安裝的SPD應選用符合I級分類試驗[用標稱放電電流In、1.2/50μs沖擊電壓和10/350 μs沖擊電流Iimp做的試驗，對應為電壓開關型SPD，最大沖擊電流在10ms內(nèi)通過的電荷Q（As）等于幅值電流Ipeak（KA）的二分之一，即Q（As）=0.5 Ipeak（KA）]的SPD。SPD2：在LPZ1區(qū)與LPZ2區(qū)交界處，分配電盤處或UPS前端宜安裝SPD2。其標稱放電電流In不宜小于5KA（8/20μs）。在重要的終端設備或者精密敏感設備處，宜安裝第三級SPD，其標稱放電電流In值不宜小于3KA（8/20μs）。SPD標稱放電電流并不是選擇得越高越好，若選擇得太高，則增大工程費用，造成資源浪費，但是也不能選得太低，否則，對設備起不到保護作用。

3.能量配合

在低壓配電系統(tǒng)安裝有多級SPD保護時，必須考慮前級SPD和后級SPD的配合問題，GB50057等規(guī)范給出：開關型SPD與限壓型SPD之間的線距應大于10m, 限壓型SPD與限壓型SPD之間的線距應大于5m,當長度達不到要求時應在兩級SPD之間加裝退耦元件，就是為了實現(xiàn)SPD間能量配合的一種措施。目前在防雷領域?qū)崿F(xiàn)多級電源SPD之間的能量配合，除合理設計各個不同界面分別安裝能承受耗散部分能量的電源SPD外，還應注意各個SPD之間的能量配合方式。實現(xiàn)多級電源SPD之間的能量配合大體有三種方式，一是利用退耦元件實現(xiàn)能量配合，稱之為動態(tài)伏安特性阻抗配合。二是利用供電線路的自然阻抗實現(xiàn)能量配合，稱之為靜態(tài)伏安特性阻抗配合。三是使用觸發(fā)型的SPD來實現(xiàn)SPD間的能量配合，觸發(fā)型SPD的觸發(fā)電路應當保證被配合的后級的能量耐受能力不會被超出，同時該方法也不需要退耦元件。

各級電源SPD能量配合的目的，是為了避免出現(xiàn)某級SPD不動作，泄流的盲點,并將威脅設備的雷電過電壓減低到被保護設備能耐受的安全值范圍內(nèi)，而電涌電流流過各級SPD耗散的部分能量不能超過該級SPD能承受的能量。多級電源SPD之間的能量配合是防雷工程設計、施工中必須 “精心設計、精心施工”十分重要的課題。如果雷擊瞬間有兩級SPD之間能量失配，就導致整個供電系統(tǒng)的SPD失掉正常狀態(tài)，就會出現(xiàn)雷擊瞬間某級SPD被雷擊毀。如果某級SPD被雷擊毀，被保護設備未損壞，說明SPD還是起到了保護作用，只是該級SPD不能承受耗散部分能量；如果雷擊瞬間SPD不導通，導致被保護設備損壞，說明多級電源SPD之間能量是不匹配的，就需要重新設計。事實證明：設計、施工中，各級電源SPD在各個不同界面分別安裝能承受耗散部分能量的前提下，采用退耦元件（或自然阻抗）能量動態(tài)伏安特性（或靜態(tài)伏安特性），或其他能使SPD達到能量配合的方法，實現(xiàn)多級電源SPD之間的能量配合。只有滿足多級電源SPD之間的能量配合，連接導線的長度符合規(guī)范要求, 規(guī)范施工，才能實現(xiàn)雷擊瞬間多級電源SPD的逐級啟動，達到在各界面的保護水平低于各界面設備電壓耐受能力，在遭受雷擊時，才能起到有效的防護作用。

4.電源SPD選型的注意事項

4.1安裝SPD前應全面了解要保護設備所處建筑物的周邊環(huán)境，有無安裝防直擊雷設施，電源有幾路進線，電源總配電箱跟分配電箱、被保護設備的具體位置。

4.2在不同界面的各SPD應與其相應的能量承受能力相一致。

4.3安裝在電路上的SPD，其前端應加裝空氣開關或熔絲等過電流保護裝置。

4.4在爆炸危險場所使用的SPD應具有防爆功能。。

5．結(jié)束語

建筑電氣系統(tǒng)中安裝SPD應按IEC、GB50057和GB50343等相關規(guī)范進行分析選擇，結(jié)合設備的重要性和使用性質(zhì)，從電源配電系統(tǒng)、SPD技術參數(shù)、SPD間能量配合等方面作出具體分析，做到“安全可靠、技術先進、經(jīng)濟合理”。

參考文獻

[1]、《建筑物防雷設計規(guī)范》 GB50057（2010年版）,中國計劃出版社,2010年8月第一版

[2]、《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范》GB50343-2004,中國建筑工業(yè)出版社,2004年5月

[3]、《建筑物防雷裝置檢測技術規(guī)范》 GB/T21431-2008,中國標準出版社,2008年4月

文章標題：論建筑電氣系統(tǒng)中電源SPD的選型方法

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