低壓配電系統(tǒng)電源ＳＰＤ的技術評價分析

摘要：電涌保護器（下稱SPD）是等電位連接技術和防雷裝置的一種， SPD定義為：\"用以限制瞬態(tài)過電壓和分走電涌電流的器件。它至少含有一非線性文件\"。SPD低壓配電系統(tǒng)中SPD技術評價應考慮低壓配電系統(tǒng)SPD是否要設計、SPD應設計多少級 、SPD參數(shù)科學選定。本文對SPD在建筑物內(nèi)低壓配電系統(tǒng)怎樣正確進行技術評價進行分析。

關鍵詞：SPD；電涌保護

1 低壓配電系統(tǒng)電源電涌保護器技術評價

低壓配電系統(tǒng)SPD是否要設計，要進行分析評估后決定：

1.1 通過風險評估后在建筑物可能需要在電氣和電子系統(tǒng)上設計SPD

對建筑物內(nèi)人身、設備安全進行雷擊損害風險評估，當風險高于可承受風險RT時，需設計SPD。低壓配電系統(tǒng)，如果采用防雷措施后仍會發(fā)生的損失CRL和采用防雷措施所用的成本CPM之和低于沒有防雷措施時可能出現(xiàn)的總損失額CL，即CRL+CPM＜CL，應設計SPD。當RT＞R（R1+R2+R3）時，以及CRL+CPM＞CL時建筑物內(nèi)低壓配電系統(tǒng)可不設計SPD，（少數(shù)特殊建筑物除外）。

1.2 根據(jù)年雷暴日數(shù)確定是否要設計SPD

在電氣裝置由低壓架空線供電或含有低壓架空線供電的情況下，且雷電活動符合外界環(huán)境影響（雷暴日數(shù)＜25日/年）時，不需要設計SPD。這里需說明的是，規(guī)定所指為S4型，不含建筑物可能遭受直接雷擊的S1型。在要求可靠性較高或預期有較高的危險性（如火災）的情況下，可考慮設計SPD。上述技術措施稱之為“過電壓的自身抑制”（靠系統(tǒng)本身絕緣水平）。當雷電活動符合外界影響條件AQ2（雷暴日數(shù)＞25日/年）時，應設計SPD，保護裝置的保護水平不應高于表1列出的Ⅱ類過電壓水平（注：2.5kv）。此時不是依靠系統(tǒng)本身絕緣水平的自身抑制，而是靠SPD的保護抑制。

1.3 建筑物電子信息系統(tǒng)SPD設計

在設有信息系統(tǒng)建筑物需防雷擊電磁脈沖的情況下或在工程的設計階段知道信息系統(tǒng)的規(guī)模和具體位置情況下（如智能建筑物或信息系統(tǒng)機房等），在非直擊雷防護區(qū)（LPZOA）或直擊雷防護區(qū)（LPZOB）與第一防護區(qū)（LPZO1）交界處應安裝通過I級分類試驗的電涌保護器，第一防護區(qū)之后的各分區(qū)（含LPZO1）交界處應安裝限壓型電涌保護器。

2 SPD級數(shù)技術評價

2.1對于沒有信息系統(tǒng)的建筑物

設計電涌保護器（SPD）必須能承受預期通過它們的雷電流，并應符合以下兩個附加要求：通過電涌時的最大鉗壓，有能力熄滅在雷電流通過后產(chǎn)生的工頻續(xù)流。

對于沒有信息系統(tǒng)的建筑物，SPD設計級數(shù)，核心是SPD的電壓保護水平Up和受保護設備的耐沖擊過電壓額定值Uw的關系。筆者認為：

一般而言，當受保護設備具有足夠的過電壓承受能力，在靠近配電干線的配電盤處，設計一個SPD可能就足夠了，當SPD安裝后的電壓保護水平加上線路上感應過電壓不足以保護設備的問題情況下，在被保護設備處裝設第二級SPD。

在某些特殊情況下，在靠近受保護設備處可能需要設計第二級SPD，如：有非常敏感的設備處；建筑物入口處安裝的SPD與受保護設備之間距離太長；建筑物內(nèi)部有雷擊放電和內(nèi)部干擾源所產(chǎn)生的電磁感應場，考慮到受保護系統(tǒng)中最敏感設備的UW。

最靠近這類設備的SPD的UP至少要求比設備的UW低20%。如果建筑物入口處SPD的UP加上安裝距離產(chǎn)生的振蕩現(xiàn)象，由于SPD和受保護設備間的距離導致在設備處產(chǎn)生的感應電壓低于0.8UW，則不需要在靠近設備處設計第二級SPD。

在LPZOA或LPZOB區(qū)與LPZ1區(qū)交界處設計Ⅰ級分類試驗的SPD后，當SPD設計后的電壓保護水平加上線路上感應過電壓不足以保護設備的問題情況下，在被保護設備處設計第二級SPD，如果受保護設備的耐沖擊電壓額定值Uw大于或等于SPD的Up，應考慮安全裕量，此裕量主要是考慮到連接導體的影響和SPD與受保護設備之間回路的長度影響。一般認為，有20%的裕量是足夠的（1.2Up≤Uw）。在SPD和受保護設備很靠近時，對限壓型SPD而言，有效的防護UP（f）應考慮為UP+△U；對開關型SPD而言，UP（f）應考慮UP或△U（選取其中較大值）?！鱑為連接導體的感應電壓，設定為△U為1kV/m。

圖1分析：

如果Up1×k < 0.8×UW，僅需要SPDNo.1（安裝在裝置入口處）。如果Up1×k > 0.8×UW，，除了SPDNo.1還應該安裝SPD No.2（Up2 < 0.8UW）。

Eq是電壓耐受能力為UW，的設備。 k是考慮到可能的振蕩得出的系數(shù)（1 < k < 2）。

2.2對于有信息系統(tǒng)的建筑物

SPD的級數(shù)按建筑物年預計次數(shù)N1和建筑物入戶設施年預計次數(shù)N2之和N與建筑物電子信息系統(tǒng)設備因直擊雷和雷電電磁脈沖損壞可接受的年平均最大雷擊次數(shù)NC之比或信息系統(tǒng)的重要性和使用性質(zhì)確定雷電防護等級，根據(jù)雷電防護等級的級別對SPD的安裝級數(shù)規(guī)定了：在電源線路上4級（雷電防護等級A）、3級（雷電防護等級B）、2級（雷電防護等級C和D）。

3 SPD參數(shù)的技術評價

對防止大氣過電壓（由間接的、遠處的雷擊引起的）（注：指S4型）和操作過電壓的保護。通常這種保護是設計通過Ⅱ級試驗的SPD，在必要時設計Ⅲ級試驗的SPD。SPD對每一保護模式的Ⅰn（標稱放電電流）不應小于5kA（8/20μs）。在使用“3+1”形式時，三相系統(tǒng)中N線與PE線間的SPD，其Ⅰn值不應小于20kA(8/20μs)，單相系統(tǒng)中不應小于10kA（8/20μs）。SPD的Up應小于2.5kv。

在建筑物裝有防雷裝置（注：LPS即接閃器、引下線和接地裝置）的情況下使用SPD以防止直接雷擊（注：指S1型）或者建筑物鄰近處被雷擊引起的瞬態(tài)過電壓（注：指S2型）SPD雷擊沖擊電流Ⅰimp應根據(jù)IEC61312-1計算，如果電流值無法確定，則每一保護模式的Ⅰimp值不應小于12.5kA。Ⅰimp試驗波形為10/350μs。在設計“3+1”形式時，設計N線和PE線間SPD的Ⅰimp值應類似上述的標準計算（注：為L-N的Ⅰimp值的4倍）。如果電流值無法確定，則對于三相系統(tǒng)Ⅰimp不應小于50kA，對于單相系統(tǒng)Ⅰimp不應小于25kA。在建筑物入口配電盤上安裝的SPD的Up應小于2.5kV。

在建筑物電子系統(tǒng)中，用于電源線路的SPD標稱放電電流參數(shù)應符合表3規(guī)定：

小結

對沒有信息系統(tǒng)的建筑物，技術評價SPD，SPD必須能承受預期通過它們的雷電流，并應符合以下要求：通過電涌時的最大鉗壓，有能力熄滅在雷電流通過后產(chǎn)生的工頻續(xù)流。一般情況， SPD可以只在建筑物入口處安裝一級，只有在1.2UP＞UW時（或其他特殊情況下），才需要設計第二級SPD。

對于有信息系統(tǒng)的建筑物，對SPD的級數(shù)的技術評價要根據(jù)《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范》GB50343中有關規(guī)定進行評價。

技術評價SPD時，如果受保護設備的耐沖擊電壓額定值Uw大于或等于SPD的Up，應考慮安全裕量。