論低壓配電線路中SPD的選用

張軍

1.雷電防護(hù)分區(qū)與分級(jí)

1.1雷電防護(hù)區(qū)

將需要進(jìn)行雷電防護(hù)的空間劃分為不同的雷電防護(hù)區(qū)，是為了規(guī)定各部分空間不同的雷電電磁脈沖的嚴(yán)重程度和指明各區(qū)交界處的等電位連接點(diǎn)的位置；而在不同的防雷區(qū)界面處選擇和安裝的SPD的參數(shù)值也有很大的差異。因此，設(shè)計(jì)人員在選用SPD時(shí)，首先應(yīng)搞清楚SPD的安裝部位所處的防雷區(qū)界面。

雷電防護(hù)區(qū)的劃分是根據(jù)需要保護(hù)和控制雷電電磁脈沖環(huán)境的建筑物，從外部到內(nèi)部劃分為不同雷電防護(hù)區(qū)（LPZ）：

（1）直擊雷非防護(hù)區(qū)（LPZOA）：電磁場(chǎng)沒(méi)有衰減，各類物體都可能遭到直接雷擊，屬完全暴露的不設(shè)防區(qū)。

（2）直擊雷防護(hù)區(qū)（LPZOB）：電磁場(chǎng)沒(méi)有衰減，各類物體很少遭受直接雷擊，屬充分暴露的直擊雷防護(hù)區(qū)。

（3）第一防護(hù)區(qū)（LPZ1）：由于建筑物的屏蔽措施，流經(jīng)各類導(dǎo)體的雷電流比直擊雷防護(hù)區(qū)（LPZOB）區(qū)減小，電磁場(chǎng)得到了初步的衰減，各類物體不可能遭受直接雷擊。

（4）第二防護(hù)區(qū)（LPZ2）：進(jìn)一步減小所導(dǎo)引的雷電流或電磁場(chǎng)而引入的后續(xù)防護(hù)區(qū)。

（5）后續(xù)防護(hù)區(qū)（LPZn）：需要進(jìn)一步減小雷電電磁脈沖，以保護(hù)敏感度水平高的設(shè)備的后續(xù)防護(hù)區(qū)。

需要提醒的一點(diǎn)是：直擊雷非防護(hù)區(qū)（LPZOA）與直擊雷防護(hù)區(qū)（LPZOB）之間是沒(méi)有界面的。

1.2雷電防護(hù)等級(jí)

由于不同的建筑物，其所處的氣象環(huán)境、地質(zhì)地理環(huán)境不同、建筑物的重要性和使用性質(zhì)不同、建筑物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和電子信息系統(tǒng)的設(shè)備的重要性及其抗干擾能力不同，因此對(duì)不同建筑物的電子信息系統(tǒng)對(duì)雷電電磁脈沖的防護(hù)要求也不同，為此有必要進(jìn)行分級(jí)，以便確定其不同的防護(hù)要求。

建筑物電子信息系統(tǒng)的雷電防護(hù)等級(jí)按防雷裝置的攔截效率分為A、B、C、D四個(gè)等級(jí)。

雷電防護(hù)等級(jí)的劃分方法有兩種：

（1）按建筑物電子信息系統(tǒng)所處環(huán)境進(jìn)行雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，確定雷電防護(hù)等級(jí)。

（2）按建筑物電子信息系統(tǒng)的重要性和使用性質(zhì)確定雷電防護(hù)等級(jí)。

2.SPD的主要技術(shù)參數(shù)

這里主要介紹幾個(gè)與工程的施工圖設(shè)計(jì)關(guān)系比較密切的主要參數(shù)及其定義：

2.1沖擊電流（Iimp）

由電流幅值Ipeak、電荷Q和單位能量W/R三個(gè)參數(shù)所限定。

Q（As）=0.5Ipeak（KA），W/R（KJ）=0.25[Ipeak（KA）]2

這是用于Ⅰ級(jí)試驗(yàn)的SPD分類試驗(yàn)。其試驗(yàn)應(yīng)根據(jù)動(dòng)作負(fù)載試驗(yàn)的程序進(jìn)行。只要產(chǎn)生的電流波能滿足上述公式就可以。目前10/350μs波形符合這個(gè)要求。

一般在開關(guān)型SPD的產(chǎn)品標(biāo)識(shí)中均注明其Iimp值，單位是KA，波形為10/350μs。

2.2標(biāo)稱放電電流（In）

流過(guò)SPD具有8/20μs波形的電流峰值，用于Ⅱ級(jí)試驗(yàn)的SPD分級(jí)以及Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)試驗(yàn)的SPD的預(yù)處理試驗(yàn)。

電源試品在做8/20μs波形沖擊時(shí)，記錄的殘壓值就是電流峰值為In時(shí)的最大峰值電壓。這個(gè)值也是表征限壓型SPD泄流的能力，殘壓值表征限壓型SPD能保護(hù)的電壓水平。

目前市場(chǎng)上的限壓型SPD一般均在其標(biāo)識(shí)中注明了In值，單位是KA，波形為8/20μs。而相應(yīng)的防雷國(guó)標(biāo)中對(duì)于不同部位應(yīng)設(shè)置的SPD的In值也作了比較明確的規(guī)定。

2.3Ⅱ級(jí)試驗(yàn)的最大放電電流（Imax）

流過(guò)SPD，具有8/20μs波形電流的峰值，其值按Ⅱ級(jí)動(dòng)作負(fù)載試驗(yàn)的程序進(jìn)行。Imax>In。

目前市場(chǎng)上的SPD的Imax通常是In的2-3倍，也有不到2倍的，一般由廠家定。

2.4最大持續(xù)工作電壓（Uc）

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。也稱“最大持續(xù)運(yùn)行電壓”或“持續(xù)耐壓”等。

這個(gè)電壓也是表征實(shí)際使用時(shí)SPD在承受這個(gè)電壓時(shí)不會(huì)有漏流產(chǎn)生。一般我們使用的工頻交流電有效值相對(duì)地是220V，相與相最大峰值電壓大約是380V，那么我們可選擇Uc =385V的閥片，這樣就不會(huì)產(chǎn)生漏流了。

2.5電壓保護(hù)水平（Up）

表征一個(gè)SPD限制其兩端電壓的特性參數(shù)，該電壓值大于沖擊電壓限制的實(shí)測(cè)值，由生產(chǎn)廠商確定。

一般在SPD的產(chǎn)品標(biāo)識(shí)中均有注明，單位是KV。通?？衫斫鉃樵揝PD對(duì)于被保護(hù)設(shè)備所能提供的保護(hù)能力。

注意一點(diǎn)：嚴(yán)格意義上來(lái)講，Up值應(yīng)該對(duì)應(yīng)In值，也就是在標(biāo)稱放電電流值的沖擊試驗(yàn)時(shí)試品的電壓保護(hù)水平。

2.6限制電壓

施加規(guī)定波形和幅值的沖擊電壓時(shí)，在SPD接線端子間測(cè)得的最大電壓峰值。

由于每個(gè)試品接受沖擊時(shí)，送樣試品不可能做到一致性，因此會(huì)產(chǎn)生各個(gè)試品的殘壓不一致，取得的最大殘壓值就是限制電壓。

2.7殘壓

放電電流流過(guò)SPD時(shí)，在其端子間的電壓峰值。

2.8插入損耗

在電氣系統(tǒng)中：在給定頻率下，連接到給定電源系統(tǒng)的SPD的插入損耗定義為，電源線上緊靠SPD接入點(diǎn)之后，在被試SPD接入前后的電壓比，結(jié)果用dB表示。

在電子系統(tǒng)中：由于在傳輸系統(tǒng)中插入一個(gè)SPD所引起的損耗，它是在SPD插入前傳遞到后面的系統(tǒng)部分的功率與SPD插入后傳遞到同一部分的功率之比。插入損耗通常用dB表示。

3.SPD的選用

3.1開關(guān)型SPD的適用部位

開關(guān)型SPD一般均要求通過(guò)Ι級(jí)分類試驗(yàn)，其沖擊電流（Iimp）波形規(guī)定為10/350μs，即模擬直擊雷的雷電流波形。這一類SPD適用于LPZ0A或LPZ0B與LPZ1區(qū)的交界處，是指電源電纜從電磁場(chǎng)沒(méi)有衰減的暴露空間進(jìn)入到已經(jīng)初級(jí)屏蔽的建筑物內(nèi)的結(jié)合部位，比較典型的就是架空進(jìn)戶的低壓電纜的進(jìn)線處。

3.2限壓型SPD的適用部位

根據(jù)GB50343-2004第5.4.1（4）的規(guī)定，限壓型SPD 適用于LPZ0A或LPZ0B與LPZ1區(qū)的交界處，也適用于第一防護(hù)區(qū)之后的各分區(qū)（含LPZ1區(qū)）交界處。換言之，在建筑物的低壓配電系統(tǒng)的任何部位，均可安裝限壓型SPD。

3.3架空進(jìn)戶的低壓電源線路上SPD的安裝

GB50057-94（2000）第3.3.9條規(guī)定：平均雷暴日小于30d/a的具有爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的第二類防雷建筑物，可以采用低壓架空線直接入戶，但應(yīng)在入戶處裝設(shè)避雷器或設(shè)2-3mm的空氣間隙，并應(yīng)與絕緣子鐵腳、金具連在一起接到接地裝置上；第3.4.9規(guī)定：低壓架空進(jìn)出線，應(yīng)在進(jìn)出處裝設(shè)避雷器并與絕緣子鐵腳、金具連在一起接到接地裝置上。

低壓架空線入戶處或進(jìn)出線處是典型的LPZ0A或LPZ0B與LPZ1區(qū)的交界處，應(yīng)按上述規(guī)定安裝SPD并將其與絕緣子鐵腳、金具（鐵橫擔(dān)）連在一起接到接地裝置上。選用的SPD以開關(guān)型SPD為宜（或選用通過(guò)Ι級(jí)分類試驗(yàn)的產(chǎn)品）。

3.4埋地進(jìn)戶的低壓電源線路上SPD的安裝

電纜埋地進(jìn)戶時(shí)，其入戶處不屬于LPZ0A或LPZ0B與LPZ1區(qū)的交界處，因?yàn)槁竦氐碾娎|既不是完全暴露（LPZ0A區(qū)）也不是充分暴露（LPZ0B區(qū)）。但也不屬于LPZ1區(qū)內(nèi)，因其不在建筑物的初級(jí)屏蔽區(qū)域內(nèi)。

3.5埋地進(jìn)戶的10/0.4KV變配電系統(tǒng)低壓側(cè)SPD的安裝

在城市中，大量的新建建筑物是高壓電纜埋地進(jìn)戶，此時(shí)的低壓側(cè)應(yīng)限壓型SPD。

理由是：高壓電纜埋地入戶后進(jìn)變壓器，該入戶處既不屬于LPZ0A或LPZ0B與LPZ1區(qū)的交界處，也不屬于LPZ1區(qū)內(nèi)；且，高壓電纜進(jìn)線處一般已安裝了避雷器。

而變壓器的低壓側(cè)，即低壓電源的總進(jìn)線處應(yīng)屬于LPZ1區(qū)內(nèi)。按GB50343-2004第5.4.1（4）規(guī)定：“第一防護(hù)區(qū)之后的各分區(qū)（含LPZ1區(qū)）交界處應(yīng)安裝限壓型浪涌保護(hù)器”。

因此，在該處安裝限壓型SPD既符合國(guó)標(biāo)的規(guī)定要求又是經(jīng)濟(jì)合理的選擇。