[转贴]：电涌保护器在建筑物电力系统中的应用

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摘要：本文主要介绍在建筑物电力系统中电涌保护器的设置和选用，以及对建筑物内部信息系统雷电危害性的评估
关键词：电涌保护器 防雷击 电磁脉冲

近年来，随着由大量的数据设备和精密仪器组成的信息系统(诸如计算机、通讯设备、控制系统等)在社会各领域的应用越来越广泛，因雷电和其他形式的过电压侵入电子设备造成毁坏的事故也呈逐年上升的趋势。因此，实现建筑物的内部放雷，使雷击电磁脉冲对电子设备造成的损害减少到最低限度是我们工程电气设计人员当务之急要做的工作。这就需要我们根据《建筑物防雷设计规范》第六章的要求，在建筑物的各防雷区的界面处将分开的装置、诸导电物体用等电位连接导体或电涌保护器连接起来，以减小雷电流在它们之间产生的电位差，实行等电位连接。下面就电涌保护器在这方面的应用做一简单的阐述。

电涌保护器，又称浪涌保护器，英文简称SPD。根据IEC标准规定，电涌保护器主要指抑制传导来的线路过电压和过电流的装置。它的组成器件主要包括放电间隙、压敏电阻、二极管、滤波器等。根据构成组件的不同，电涌保护器分为电压开关型SPD、限压型SPD和组合型SPD。而根据应用场合分类，电涌保护器又可分成电源系统SPD和信息系统SPD。一般信息系统SPD由信息系统设计者负责设计选型。这里主要介绍一下电涌保护器在建筑物电力系统中的应用。
首先我们知道电涌保护器的作用是布置在各防雷区交界处来实行等电位连接的。这些电涌保护器必须很好配合，以便按造它们耐能量的能力在各电涌保护器之间分配可接受的承受值和原始闪电威胁值，有效地减至需要保护的设备的耐电涌能力。下面我们就电涌保护器在电力系统中应用的一例，来谈谈对安装在不同防雷区界面处的电涌保护器的选择，我们应掌握的主要原则。
电涌保护器应在LPZOA/LPZl交界处将大部分雷电流导走(即导入大地)。随后的电涌保护器仅需按应付LPZOA和LPZl交界处的剩余威胁值加LPZl区内电磁场产生的感受效应设计就可以。
对安装在不同位置的电涌保护器的选择，我们应掌握以下主要原测：
1．当电源采用TN系统时，从建筑物内总配电箱开始引出的配电线路和分支线路必须采用TN-S系统。
2．原则上规定电涌保护器安装在各防雷区界面处，但由于工艺或其它原因，当线路能承受所发生的电涌电压时，电涌保护器可安装在被保护设备处，而线路的金属保护层或屏蔽层宜首先于界面处做一次等电位连接
3．电涌保护器保护的基本要求：必须能承受预期通过它们的雷电流，并应符合以下两个附加要求：通过电涌时的最大钳压，有能力熄灭在雷电流通过时产生的工频续流。
4.在建筑物进线处和其它防雷区界面处的最大电涌电压应与所属系统的基本绝缘水平和设备允许的最大电涌电压协调一致。
5.在不同界面上的各电涌保护器还应与其相应的能量承受能力相一致
6.选择220/380V三相系统中的电涌保护器时，其最大持续运行电压Uc应符合下列规定：
TT系统中，电涌保护器安装在剩余电流保护器负荷侧时，Uc>=1.55Uo；
TN系统和TT系统中电涌保护器安装在剩余
电流保护器电源侧时，Uc>=1.15Uo
其中Uo=220V。
IT系统中TT系统中，电涌保护器安装在剩余电流保护器负荷侧时，Uc>=1.15U；(U为线间电压)
7．在LPZOA或LPZOB与LPZl区交界处，从室外引来的线路上安装的电涌保护器应选用符合I级分类实验的产品。(即最大冲击电流在10ms内通过的电荷Q(AS)等于幅值电流Ipeak的1/2)
其标称放电电流h不宜小于15KA。
8．第二级电涌保护器，即在LPZl与LPZ2区的交界处安装电涌保护器，其标称放电电流h不宜小于8/20us，5KA。
9．在被保护设备旁安装电涌保护器，其标称放电电流IN不宜小于8/20us，3KA。
10．在一般情况下，在220/380V三相系统中仅对I类(特殊需要保护的设备)及Ⅱ类(用电设备)设备宜考虑采取防操作过电压的措施。
11．一般情况下，电涌保护器的Uc、Ipeak、Imax、IN、电压保护水平等参数应由生产厂商按有关标准的规定提供。当在线路上多处安装电涌保护器时，它们之间的配合宜由厂商提供。当无准确数据时，电压开关型电涌保护器和限压型电涌保护器之间的线路长度不宜小于10M。限压型电涌保护器之间的线路长度不宜小于5M。
掌握了电涌保护器选择的上述原则后，我们可以按以下步骤选择建筑物电力系统中的电涌保护器。
首先在设计一建筑物时，对于将要设计的建筑物内信息系统是否需要防雷击电磁脉冲，我们首先在方案和扩初设计阶段要对将要设计的建筑物内信息系统的雷击危害性做一个评估。参照上海市防雷中心资料，信息系统雷击危害性分级依据公式为：

E=1-Nc/Nd
当0.98<E， 雷击危害性分级为A级。
0.95<E≤0.98，雷击危害性分级为B级。
0.80<E≤0.95，雷击危害性分级为C级。
E≤0.8， 雷击危害性分级为D级。
其中Nc为电子信息设备可承受的最大平均雷击，Nc=5.8X10-3/C
式中C=C1+C2+C3+C4+C5
C1：所在建筑物的结构因子(0.5，1，1.5，2，2.5)
C2：信息系统的重要性(0.5，1，1.5，2)
C3：耐冲击能力(0.5，1.0，3.0)
C4：所在防雷分区LPZ(0.5，1.0，1.5，2)
C5：后果因子(0.5，1.0，1.5)
Nd为预计雷击次数，Nd=K×Ng×(Ae＋Ae')
K：校正系数(一般情况下取值为1)
Ng：所在地区雷击大地的年平均数，Ng=0.024Td1.3次/a
Ae：[LW＋2H(L＋W)＋πH2**]×10-6；建筑物高度超过100米
Ae：[LW＋2(L＋W)×H×(200－H)＋πH(200－h)]×10－6；建筑物高度不超过100米
Ae'：低压架空线 Ae'=200×L×l0-6
高压架空线 Ae'=500XLXl0-6
架空信号线 Ae'=2000XLXl0-6
埋地信号线 Ae'=2XdsXLXl0-6
低压埋地电缆 Ae'=2×ds×L×l0-6
高压埋地电缆 Ae'=0.1×ds×L×l0-6
无铠装式金属芯线的光缆 Ae'=0
其中L为建筑物至网络第一个分支盒或相邻建筑物的长度(最大为1000M)，ds为当地土壤的电阻率，(欧姆XM)。
第二，在了解建筑物内信息系统雷击危害性评估的级数后，我们就可以确定这个建筑物的信息系统是否需要采取防雷击电磁脉冲措施，以及在建筑物电源系统中电涌保护器的设置位置。
当一个建筑物信息系统雷击危害性评估的级数较高时，需要考虑电源系统的防雷时，我们一般要求在建筑物整个电源系统的供电线路上设置三级电涌保护器保护，分别安装在总配电柜(LPZOA与LPZl区交界处)、层配电箱(LPZl与LPZ2区交界处)和重要设备处。
第三，建筑物电源系统电涌保护器的选择：
按照《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000版)第六章中计算示例计算，按照计算得到的雷电流峰值Ipeak来选择电涌保护器。对于在各类防雷建筑物的电力系统设置的三级电涌保护器，我们可参照下表进行选择：



第四，我们在选择配电系统电涌保护器，在查阅产品样本中还应注意以下技术参数：电涌保护器的通流涌流量是指保证动作10次仍不损坏的通流涌流量，漏电流应小于20uA，漏电流的变化率不应超过200％。启动电压(考虑电网电压波动)应为500-600V；电涌保护器应有热脱扣装置，产品样本中应注明残压值及响应时间。(其中保护微电子设备时，应为25ns)
以上这些仅是笔者自身在建筑物防雷设计实践中对电涌保护器在配电系统中应用的一点粗浅认识和理解，不足之处恳请有关专家和学者批评和指正。建筑物防雷设计是一项重要并且复杂的工作，希望大家在乎时的设计同时，不断交流各自的设计心得和体会，共同把建筑物防雷设计这项工作做得更好。