低壓電涌保護(hù)器（SPD）選擇和使用導(dǎo)則新老標(biāo)準(zhǔn)之比較

/德州市氣象局 竇俊杰 李斌 /

低壓電涌保護(hù)器（SPD）選擇和使用導(dǎo)則新老標(biāo)準(zhǔn)之比較

/德州市氣象局 竇俊杰 李斌 /

0 引言

2014年6月24日我國(guó)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局和標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)頒布了《低壓電涌保護(hù)器（SPD）第12部分：低壓配電系統(tǒng)的電涌保護(hù)器選擇和使用導(dǎo)則》的標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)已于2015年1月22日實(shí)施。標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為：GB/T 18802.12—2014，等同采用IEC 61643-12：2008 Low-voltage surge protective devices Part 12： Surge protective devices connected to low-voltage power distribution systems Selection and application principles，并替代GB/T 18802.12—2006。

GB/T 18802.12—2014《低壓電涌保護(hù)器（SPD）第12部分：低壓配電系統(tǒng)的電涌保護(hù)器選擇和使用導(dǎo)則》標(biāo)準(zhǔn)盡管只是一個(gè)推薦執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)，但在雷電防護(hù)實(shí)踐中卻是一個(gè)不可或缺的重要指導(dǎo)文件，本文試圖通過(guò)新老標(biāo)準(zhǔn)之比較，解讀新版標(biāo)準(zhǔn)的一些重要信息，以推動(dòng)雷電防護(hù)事業(yè)的健康發(fā)展。

低壓電涌保護(hù)器（SPD）選擇和使用導(dǎo)則的標(biāo)準(zhǔn)是由我國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)提出，歸口于避雷器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)。主要起草單位由原來(lái)的兩家變?yōu)槿遥船F(xiàn)在的西安高壓電器研究院和上海電器科學(xué)研究院，增加了上海市防雷中心。參與起草單位由原來(lái)的四家增加到現(xiàn)在的九家。主要起草人由原來(lái)的三位增加到現(xiàn)在的十七位。從這些比較數(shù)值不難看出此次標(biāo)準(zhǔn)的制定更具有權(quán)威性和代表性。

GB/T 18802.12—2014除編輯性修改外主要技術(shù)變化有以下幾點(diǎn)：

調(diào)整了規(guī)范性引用文件；

增加了六個(gè)名詞術(shù)語(yǔ)；

增加了標(biāo)準(zhǔn)所用符號(hào)一覽表；

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)正文條款及部分圖例進(jìn)行了修訂；

增加了附錄M～附錄P。（詳見(jiàn)GB/T 18802.12—2014前言）。

從新老標(biāo)準(zhǔn)之比較來(lái)看，最為主要的技術(shù)變化有以下幾個(gè)條款部分。

1 關(guān)于被保護(hù)的系統(tǒng)和設(shè)備

這一條款包含了兩個(gè)方面的內(nèi)容，一個(gè)是被保護(hù)的系統(tǒng)，即低壓配電系統(tǒng)的特性，另一個(gè)是被保護(hù)的設(shè)備，即設(shè)備的特性。這是電氣裝置使用電涌保護(hù)器（SPD）需要評(píng)估的兩個(gè)重要因素。

低壓配電系統(tǒng)由于接地方式和標(biāo)稱電壓不同，可能產(chǎn)生的三種過(guò)電壓和過(guò)電流型式，即雷電過(guò)電壓、操作過(guò)電壓和暫時(shí)過(guò)電壓。

在對(duì)雷電過(guò)電壓的描述中，新標(biāo)準(zhǔn)增加了有關(guān)雷電流的幅值和波形的表述：“對(duì)于建筑物的雷電防護(hù)系統(tǒng)，有關(guān)雷電流的幅值和波形的說(shuō)明參見(jiàn)GB/T 21714.1—2008?！保℅B/T 18802.12—2014，4.1.1）。還新增了關(guān)于雷擊點(diǎn)估算值的表述：“GB/T 21714.1—2008附錄E給出了不同雷擊點(diǎn)（直擊建筑物或其附近，直擊導(dǎo)線或其附近）和不同情況下電流幅值和波形的估算值，該值是雷電保護(hù)水平的函數(shù)。”（GB/T 18802.12—2014，4.1.1）。

除了上述兩個(gè)新增內(nèi)容之外，還有幾個(gè)細(xì)微之處的文字調(diào)整，對(duì)雷電過(guò)電壓和過(guò)電流的描述更為精細(xì)。

在操作過(guò)電壓的描述中，新標(biāo)準(zhǔn)引入了操作電涌的表述?！安僮麟娪浚òㄓ捎诠收虾腿蹟嗥鲃?dòng)作產(chǎn)生的暫態(tài)電涌）的持續(xù)時(shí)間，會(huì)比雷電電涌持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)得多。”（GB/T 18802.12—2014，4.1.2），并說(shuō)明“通常情況下，SPD額定參數(shù)的選擇基于雷電沖擊的強(qiáng)度”（GB/T 18802.12—2014，4.1.2）。

在暫時(shí)過(guò)電壓的描述中，調(diào)整了引用標(biāo)準(zhǔn)號(hào)，將IEC 60364-4-44調(diào)整為GB/T 16895.10—2010。（GB/T 18802.12—2014，4.1.3.2）。

依據(jù)GB/T 16895.10—10《低壓電氣裝置 第4-44部分：安全防護(hù)電壓騷擾和電磁騷擾防護(hù)》所繪制的UTOV最大值示意圖（見(jiàn)圖1）也作了調(diào)整，具體如下。

圖1

圖1兩張圖看上去只是作了細(xì)微的調(diào)整，卻增添了一份動(dòng)態(tài)感，尤其是對(duì)未定義區(qū)域留下了想象的空間。

被保護(hù)的設(shè)備特性，新標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了必要補(bǔ)充，彌補(bǔ)了老標(biāo)準(zhǔn)在這一部分的空白。引述如下：

“瞬態(tài)條件下被保護(hù)設(shè)備的特性由以下兩種試驗(yàn)確定：依據(jù)GB/T 16935.1—2008對(duì)設(shè)備進(jìn)行沖擊耐受試驗(yàn)，該試驗(yàn)僅為絕緣配合試驗(yàn)，試驗(yàn)期間設(shè)備不施加工作電壓；依據(jù)GB/T 17626.5—2008對(duì)設(shè)備進(jìn)行沖擊抗擾度試驗(yàn)，該試驗(yàn)評(píng)估設(shè)備抗沖擊干擾能力，對(duì)于不同級(jí)別，采用復(fù)合波發(fā)生器（1.2/50.8/20）進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)?zāi)軌虬l(fā)現(xiàn)施加工作電壓時(shí)設(shè)備產(chǎn)生的故障、缺陷和失效。

通過(guò)被使用設(shè)備在瞬態(tài)環(huán)境條件下的沖擊耐受試驗(yàn)沖擊耐受試驗(yàn)和沖擊抗擾度試驗(yàn)的比較，確定了SPD的潛在需求，更進(jìn)一步的資料詳見(jiàn)附錄M。

注：所選擇的SPD的保護(hù)水平Up應(yīng)比設(shè)備沖擊耐受水平低，或者在某些情況下，設(shè)備持續(xù)運(yùn)行是關(guān)鍵的，Up低于設(shè)備的沖擊抗擾性。Up的選擇應(yīng)依據(jù)6.2.2和6.3.5。另外，由于受試設(shè)備和發(fā)生器的可能的相互作用，設(shè)備的抗擾度不僅是Up，也是施加電泳波形的函數(shù)?！?/p>

新標(biāo)準(zhǔn)的這一補(bǔ)充，詳盡描述了被保護(hù)的設(shè)備特性試驗(yàn)方法及其對(duì)SPD電壓保護(hù)水平（Up）選擇的意義。設(shè)備特性表現(xiàn)為兩個(gè)方面，一個(gè)是絕緣配合性，一個(gè)是沖擊抗擾性。SPD電壓保護(hù)水平（Up）低于被保護(hù)設(shè)備的耐受水平才能起到保護(hù)作用。因此，對(duì)被保護(hù)設(shè)備特性的了解和掌握是十分必要的。

2 關(guān)于電涌保護(hù)器（SPD）

在對(duì)電涌保護(hù)器（SPD）分類章節(jié)中，將溫度范圍作了展開(kāi)描述，包含了正常范圍或超過(guò)正常范圍兩種情況。老標(biāo)準(zhǔn)中注解部分列入正文，增加了關(guān)于不可觸及的定義。

老標(biāo)準(zhǔn)5.3.2的標(biāo)題為“設(shè)計(jì)的工藝類型”，新標(biāo)準(zhǔn)改為“典型設(shè)計(jì)和布局”。

在使用條件章節(jié)中的注解部分增加了存儲(chǔ)溫度范圍的條款，即“通常產(chǎn)品的存儲(chǔ)溫度范圍大于工作溫度的范圍” （GB/T 18802.12—2014，5.4.1.注3）。

老標(biāo)準(zhǔn)5.4.2的標(biāo)題為“SPD參數(shù)的選擇”，新標(biāo)準(zhǔn)改為“選擇SPD所需的參數(shù)清單”。增加了Ifi額定斷開(kāi)續(xù)流（電壓限制型SPD除外）和IPE殘流（可選擇的）兩項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。將b）UT的內(nèi)容改寫(xiě)為：暫時(shí)過(guò)電壓特性。將i）IL的內(nèi)容改寫(xiě)為：額定負(fù)載電流。刪除了持續(xù)工作電流和劣化（待定）的內(nèi)容。

暫時(shí)過(guò)電壓特性，新標(biāo)準(zhǔn)SPD特性的補(bǔ)充資料（見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)5.5）作了詳盡描述，引述如下：

“用幾組工頻（或直流）過(guò)電壓-時(shí)間（幾秒一下）關(guān)系的數(shù)值足以表征SPD的暫時(shí)過(guò)電壓的特性。

SPD應(yīng)耐受TOV試驗(yàn)而其特性沒(méi)有發(fā)生不可接受的變化，或者以可接受的方式實(shí)效。

按照GB16895.22—2004規(guī)定，安裝的SPD應(yīng)能耐受由低壓系統(tǒng)故障引起的TOV（見(jiàn)表5中持續(xù)時(shí)間為5s的TOV值）。按照CT2連接方式安裝在中性線和PE間的SPD也應(yīng)能耐受由高壓系統(tǒng)故障引起的TOV（見(jiàn)表5中持續(xù)時(shí)間為200ms的TOV值）。

IEC 61643.1所考慮的TOV持續(xù)時(shí)間限于200ms和5s，這兩個(gè)持續(xù)時(shí)間所對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)電壓值為UT。

制造廠應(yīng)按照IEC 61643.1的規(guī)定提供產(chǎn)品的在暫時(shí)過(guò)電壓下的特性。

注：在要求SPD保持與被保護(hù)設(shè)備保持協(xié)調(diào)的前提下，可能很難選擇既有高暫時(shí)過(guò)電壓耐受能力又有低電壓保護(hù)水平的SPD。

用戶可通過(guò)比較SPD在暫時(shí)過(guò)電壓下耐受特性和電力系統(tǒng)產(chǎn)生的暫時(shí)過(guò)電壓（UTOV）來(lái)選擇最合適的SPD。表5給出了SPD試驗(yàn)用的標(biāo)準(zhǔn)值?！?/p>

這里系統(tǒng)地回答了暫時(shí)過(guò)電壓特性的含義，高、低電壓系統(tǒng)故障時(shí)TOV值的作用時(shí)間，以及制造廠和用戶合理的比較暫時(shí)過(guò)電壓特性，來(lái)制造和選擇最佳的SPD。

老標(biāo)準(zhǔn)5.5.2的標(biāo)題為“與電涌電流、電壓保護(hù)水平和其他特性的相關(guān)資料”，新標(biāo)準(zhǔn)改為“與電涌電流相關(guān)的資料”。增加了注解2的條款，要求SPD的銘牌上應(yīng)有試驗(yàn)類型的文字。

在新標(biāo)準(zhǔn)5.5.2.2條款中調(diào)整了Iimp的優(yōu)選值，如表1所示。

表1 Iimp的優(yōu)選值

表1將列入了比能量的優(yōu)選值，同時(shí)在注解中，明確指出10/350波形所需要滿足表2。

的沖擊電流峰值、電荷量和比能量要求。在雷電防護(hù)的實(shí)踐中，關(guān)于10/350波形的理解確實(shí)存在一些誤區(qū)，新標(biāo)準(zhǔn)的這一調(diào)整，有助于統(tǒng)一業(yè)內(nèi)的共識(shí)。

老標(biāo)準(zhǔn)中5.5.2.3討論的是SPD的電壓保護(hù)水平，新標(biāo)準(zhǔn)中將其列為5.5.3條款，標(biāo)題改為：與電壓保護(hù)水平相關(guān)的資料。與上章節(jié)的電流相對(duì)應(yīng)，邏輯上更為嚴(yán)密。

限制電壓的測(cè)量（5.5.3.1），將老標(biāo)準(zhǔn)中“——或者放電電壓”改為：“——或者用1.2/50波形測(cè)得的波前放電電壓”。

與SPD失效模式相關(guān)的資料（5.5.4），在短路和開(kāi)路兩種失效模式的表述中增加了高、低阻抗的概念。

與短路耐受能力相關(guān)的資料（5.5.5）的表述中，除了在文字作了些調(diào)整之外，增加了對(duì)非電壓限制型的SPD額定斷開(kāi)續(xù)流值的檢查要求。

新標(biāo)準(zhǔn)將負(fù)載電流IL和電壓降并入在5.5.6條款，標(biāo)題為：與負(fù)載電流IL和電壓降（二端口SPD或輸入/輸出分開(kāi)的一端口SPD）相關(guān)的資料。

3 SPD在低壓配電系統(tǒng)的應(yīng)用

在可能的保護(hù)模式及安裝（6.1.1）條款中，除了文字描述上作了調(diào)整之外，增加了連接類型，如圖2所示。

圖2

連接類型1（CT1）——在每條相線和總接地端子之間或保護(hù)導(dǎo)線之間，在中性線和總接地端子之間或保護(hù)導(dǎo)線之間，以連接線較短為優(yōu)先原則。

連接類型2（CT2）——在每條相線和中性線之間，在中性線和總接地端子或保護(hù)導(dǎo)線之間，以連接線較短為優(yōu)先原則。

按以上連接類型，新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各種LV系統(tǒng)可能的保護(hù)模式也作了凋整，如表2所示。

關(guān)于SPD的選擇，新標(biāo)準(zhǔn)在依據(jù)選擇SPD的流程圖，分別描述了SPD技術(shù)參數(shù)的選擇原則。將Uc和UT分開(kāi)描述（6.2.1.1，6.2.1.2），并增加了表3（對(duì)于各種電力系統(tǒng)推薦的Uc最小值）和表4（典型的TOV試驗(yàn)值）。

關(guān)于SPD的In，Imax，Iimp的選擇，在6.2.1.3中新標(biāo)準(zhǔn)作了更為詳盡的表述。指出：In與保護(hù)水平有關(guān)，Imax和Iimp則由安裝點(diǎn)需要耐受的能量來(lái)決定。

SPD的預(yù)期壽命，是用戶相當(dāng)關(guān)心的一個(gè)問(wèn)題，在雷電防護(hù)實(shí)踐中，都會(huì)提出這樣那樣關(guān)于使用壽命的承諾，卻往往事與愿違。關(guān)于這一點(diǎn)新標(biāo)準(zhǔn)在老標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上作了更進(jìn)一步的說(shuō)明，指出SPD的預(yù)期壽命和實(shí)際壽命的差異性，是需要認(rèn)真關(guān)注的部分。按新標(biāo)準(zhǔn)的表述（詳見(jiàn)新標(biāo)準(zhǔn)3.2.3.1），大致理解要點(diǎn)如下：

SPD的預(yù)期壽命取決于電涌發(fā)生的概率，而實(shí)際壽命則取決于電涌實(shí)際發(fā)生的頻度。

SPD的預(yù)期壽命只是一個(gè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，不能表征SPD的實(shí)際壽命。

SPD的選擇充分考察各種物理量之間的必要配合。

SPD失效時(shí)不發(fā)生著火等危險(xiǎn)。

表2

表3 對(duì)于各種電力系統(tǒng)推薦的Uc最小值

表4 典型的TOV試驗(yàn)值

4 結(jié)束語(yǔ)

GB/T 18802.12—2014自發(fā)布以來(lái)，在業(yè)內(nèi)高度關(guān)注。標(biāo)準(zhǔn)無(wú)論是在結(jié)構(gòu)體系上還是在各條款的梳理描述上，都有可圈可點(diǎn)之處。尤其是對(duì)電涌保護(hù)器的功能、分類、特性和相關(guān)補(bǔ)充資料所展開(kāi)的描述，層次感和邏輯性更加強(qiáng)烈，對(duì)于雷電防護(hù)的實(shí)踐中的一些困惑問(wèn)題作了全面闡述。這里還需要提出的是在附件中補(bǔ)充資料也有許多亮點(diǎn)，在此不一一例舉。

總之，GB/T 18802.12—2014新標(biāo)準(zhǔn)推廣和應(yīng)用，并在實(shí)踐中不斷完善，是雷電防護(hù)所面臨的一個(gè)長(zhǎng)期課題。