| 解 決 方 案 | |
|
◆直擊雷防護方案 ◆感應雷防護方案 ◆接地方案 ◆航空障礙燈方案 |
|
|
|
| 低壓配電系統中電湧保護器的選擇及安裝 | |||
|
低壓配電系統中電湧保護器的選擇及安裝 北京建築設計研究院 方磊 近年來，隨著現代化水準的不斷提高，民用建築物內安裝的電子資訊設備和電腦設備越來越多，電子資訊設備一般工作電壓較低，耐壓水準也很低，極易受到雷電電磁脈衝的危害，因此設有資訊系統設備的民用建築物，除應考慮防直擊雷措施外，還應考慮雷電電磁脈衝的防護措施。建立完善的雷電浪湧過電壓保護措施是電氣工程設計的重要組成部分，為此本文提出了在實際工程中，如何根據被保護建築物的特點選擇電湧保護器，如何根據低壓電源系統的不同形式安裝電湧保護器及有關的注意事項。可供工程設計人員實際應用中參考。 1． （1）開關型SPD，又稱雷電流避雷器，這種SPD在沒有電湧時為高阻抗，但一旦回應電壓電湧時其阻抗就突變為低值，用作這種非線性裝置的常見例子有放電間隙，氣體放電管，閘流電晶體（可控矽）及三端雙向可控矽開關。這類SPD有時稱為克羅巴型SPD。 （2）限壓型SPD，這種SPD在沒有電湧時為高阻抗，但隨著電湧電流和電壓的增加其阻抗會不斷減小，用作這類非線性元件的例子是壓敏電阻和抑制二極體，這類SPD有時稱為箝壓型SPD。 （3）聯合型SPD，這種SPD由電壓開關型部件和限壓型部件聯合組裝在一起，根據二者的聯合參數和應用電壓特性可組合裝成具有電壓開關､限壓或這兩種特性兼有的聯合型SPD。 2、SPD的主要性能、指標 （1）最大持續運行電壓Uc： 可以持續施加於電湧保護器的最大交流有效值電壓或最大直流電壓，等於電湧保護器的額定電壓。 （2）衝擊電流Iimp： 用於電源的第一級保護SPD，反映了SPD的耐直擊雷能力（採用10/350μs波形）。包括幅值電流Ipeak和電荷Q，其值可根據建築物防雷等級和進入建築物的各種設施（導電物、電力線、通訊線等）進行分流計算。 （3）標稱放電電流In： 流過SPD的8/20μs電流波的峰值電流，用於對SPD做Ⅱ級分類實驗或做Ⅰ級分類實驗的預處理。對於Ⅰ級分類實驗In不小於15 KA，對於Ⅱ級分類實驗In不小於5KA。 （4）保護電壓水準Up: 在標稱放電電流（In）下的殘壓，又稱SPD的最大鉗壓，對於電源保護器而言，可分為一、二、三、四級保護，保護級別決定其安裝位置，在資訊系統中保護級別需與被保護系統和設備的耐壓能力相匹配。 3、電湧保護器SPD的主要性能、指標的確定 3.1 最大持續運行電壓Uc的選擇： 選擇220/380V三相系統中的電湧保護器時，其最大持續運行電壓Uc應符合表1規定： 表1 SPD的持續運行電壓Uc 電湧保護器接於 配電網路的系統特徵 TT系統 TN-C系統 TN-S系統 引出中性線的IT系統 不引出中性線的IT系統 每一相線和中性線間。 1.1 Uo NA 1.1 Uo 1.1 Uo NA 每一相線和PE線間。 1.1 Uo NA 1.1 Uo Uoa 線電壓a 中性線和PE線間 Uoa NA Uoa Uoa NA 每一相線和PEN線間。 NA 1.1 Uo NA NA NA NA：不適用注1.Uo是指低壓系統相線對中性線的標稱電壓,在220/380V系統中，Uo=220V。注2.此表基於IEC61634-1修改版1。 a 這些值對應於最嚴重的故障狀況,因而沒有考慮10%的餘量。 3.2 SPD的電壓保護水準Up的選擇： 最大電湧電壓，即SPD的最大箝壓（Up）加上其兩端的引線的感應電壓（UL）應與所屬系統的基本絕緣水準和設備允許的最大電湧電壓相一致，即： Up+UL ≤設備耐衝擊過電壓水準。無論對遠處雷擊,直接雷擊或操作過電壓,均不應大於表2中的Ⅱ類,即對於220/380V電氣裝置Up值不應大於2.5kV。採用接線形式2（注：見本文第4部分）時,接於相線與PE線之間的SPD的總保護水準也應符合上述要求。 表2 220V/380V三相配電系統的各種設備絕緣耐衝擊過電壓額定值 設備位置 電源處的設備 配電線路和最後分支線路的設備 用電設備 特殊需要保護的設備 耐衝擊過電壓類別 Ⅳ類 Ⅲ類 Ⅱ類 Ⅰ類 耐衝擊電壓額定值 6 kV 4kV 2.5 kV 1.5 kV 注：Ⅰ類-需要將瞬態電壓限制到特定水準的設備；Ⅱ類-如家用電器、手提工具及類似負荷；Ⅲ類-如配電盤、斷路器、佈線系統（包括電纜、母線、分線盒、開關、插座）及應用於工業設備和一些其他設備如永久接至固定裝置的固定安裝的電動機。Ⅳ類-如電氣計量儀錶、一次線過流保護設備、波紋控制設備。 3.3 SPD的雷擊衝擊電流Imp及標稱放電電流I n的確定： （1）在已具備防雷裝置的情況下使用SPD防止直接雷擊或在建築物臨近處被雷擊引起的瞬態過電壓時，應根據雷電防護區分區的原則選用I級試驗、Ⅱ級試驗、Ⅲ級試驗的SPD。 確定SPD的雷擊衝擊電流Imp一般應進行分流計算（計算方法參見防雷規範條文說明第6.4.7條）。當電流值計算無法確定時，其雷擊衝擊電流不應小於表3中所列指標。 表3 SPD的標稱放電電流和雷擊衝擊電流 雷電防護分區交界面 接在每一保護模式通路上的SPD 接在中性線和PE線之間的SPD 試驗類別 三相系統 單相系統 PZ0A區或LPZ0B區與LPZ1區 雷擊衝擊電流Imp10/350μs,12.5kA 雷擊衝擊電流Imp10/350μs,50kA 雷擊衝擊電流Imp10/350μs,25kA I級分類試驗 LPZ1區與LPZ2區 標稱放電電流In8/20μs,5kA 標稱放電電流In8/20μs,20kA 標稱放電電流In8/20μs,10kA Ⅱ級分類試驗 LPZ2區與其後續防雷區 標稱放電電流In8/20μs,3kA 標稱放電電流In8/20μs,12kA 標稱放電電流In8/20μs,6kA Ⅲ級分類試驗 注1：表中的雷擊衝擊電流Imp 值規定引自IEC60364-5-534：過電壓保護器注2：表中的分類試驗的定義見防雷規範附錄八。 （2）在建築物電氣裝置中使用SPD限制從電源系統傳來的大氣瞬態過電壓（由間接的，遠處的雷擊引起的）和操作過電壓時，可選用Ⅱ級分類試驗的SPD及必要時加裝Ⅲ級分類試驗的SPD。符合Ⅱ級、Ⅲ級分類試驗的SPD的標稱放電電流I n不應小於表3中所列指標。 4、SPD在低壓電源系統中的安裝及接線 4.1 裝置的電源進線端或其附近裝設SPD時，應在下面所列的各點之間裝設： （1）當在電源進線端，中性線與PE（保護線）直接相連或沒有中性線時，接在每一線與總接地端子或總保護線之間，取其路徑最短者。接線參見圖1。 1-裝置的電源；2-配電盤；3-總接地端或總接地連接帶；4-電湧保護器（SPD）；5-電湧保護器的接地連接，5a或5b；6-需要保護的設備；7-PE線與N線的連接帶；F-保護電湧保護器推薦的熔絲、斷路器或剩餘電流保護器；RA-本裝置的接地電阻；RB-供電系統的接地電阻 圖1 TN系統中的SPD安裝 （2）當在電源進線端，中性線與PE（保護線）不直接相連時： 接線形式1：接在每一相線與總接地端子或總保護線之間，和接在中性線與總接地端子或總保護線之間，取其路徑最短者。接線參見圖2。 1-裝置的電源；2-配電盤；3-總接地端或總接地連接帶；4-電湧保護器（SPD）；5-電湧保護器的接地連接，5a或5b；6-需要保護的設備；7-剩餘電流保護器，應考慮通雷電流的能力；F-保護電湧保護器推薦的熔絲、斷路器或剩餘電流保護器；RA-本裝置的接地電阻；RB-供電系統的接地電阻 圖2 TT系統中SPD安裝在剩餘電流保護器的負荷側 接線形式2：接在每一相線與中性線之間和接在中性線與總接地端子或總保護線之間，取其路徑最短者。接線參見圖3。 1-裝置的電源；2-配電盤；3-總接地端或總接地連接帶；4-電湧保護器（SPD）；5-電湧保護器的接地連接，5a或5b；6-需要保護的設備；7-剩餘電流保護器，可位於母線的上方或或下方； F-保護電湧保護器推薦的熔絲、斷路器或剩餘電流保護器；RA-本裝置的接地電阻；RB-供電系統的接地電阻 圖3 系統中電湧保護器安裝在SPD的電源側 在低壓配電系統的電源進線端或其附近裝設SPD的安裝要求見表4。 表4 SPD的安裝要求 電湧保護器接於 電湧保護器安裝點的系統特點 TT系統 TN-C系統 TN-S系統 引出中性線的IT系統 不引出中性線的IT系統 裝設依據 裝設依據 裝設依據 接線型式1 接線型式2 接線型式1 接線型式2 接線型式1 接線型式2 每一相線和中性線間。 + · NA + · + · NA 每一相線和PE線間。 · NA NA · NA · NA · 中性線和PE線間 · · NA · · · · NA 每一相線和PEN線間。 NA NA · NA NA NA NA NA 相線 + + + + + + + + 5、低壓電源系統中SPD的選擇及安裝位置 5.1 資訊系統雷擊電磁脈衝的防護應按其所處的建築物條件、資訊設備的重要程度、發生雷擊事故嚴重程度等進行雷擊風險評估，將資訊系統雷擊電磁脈衝的防護分為A、B、C、D四級，分別採用相應防護措施： A級：宜在低壓系統中採取3-4級SPD進行保護。 B級：宜在低壓系統中採取2-3級SPD進行保護。 C級：宜在低壓系統中採取2級SPD進行保護。 D級：宜在低壓系統中採取1級或以上SPD進行保護。 [說明] 風險評估計算方法參見IEC61662：雷擊損害風險的評估。 5.2 SPD在電源系統中的安裝位置如下： （1）在LPZ0A區和 LPZ0B區與LPZ1區交界面處連續穿越的電源線路上應安裝符合I級分類試驗的SPD，如總電源進線配電櫃內、配電變壓器的低壓側主配電櫃內、引出至本建築物防直擊雷裝置保護範圍以外的電源線路的配電箱內。 （2）在LPZ0B區與LPZ1區交界面處穿越的電源線路上應安裝符合Ⅱ級分類試驗的SPD，如引出至本建築物防直擊雷裝置的保護範圍之內的屋頂風機、屋頂廣告照明的電源配電箱內。 （3）當電源進線處安裝的電湧保護器的電壓保護水準加上其兩端引線的感應電壓保護不了該配電箱供電的設備時，應在該級配電箱安裝符合Ⅱ級分類試驗的SPD，其位置一般設在LPZ1區和LPZ2區交界面處。如：樓層配電箱、電腦中心、電信機房、電梯控制室 、有線電視機房、樓宇自控室、保安監控中心、消防中心、工業自控室、變頻設備控制室、醫院手術室、監護室及裝有電子醫療設備的場所的配電箱內。 （4）對於需要將瞬態過電壓限制到特定水準的設備（尤其是資訊系統設備），應考慮在該設備前安裝符合Ⅲ級分類試驗的SPD，其位置一般設在LPZ2區和其後續防雷區交界面處。如：電腦設備、資訊設備、電子設備及控制設備前或最近的插座箱內。 5.3 SPD在住宅中的安裝： （1）高層住宅應在照明、動力總配電箱內安裝符合I級分類試驗的SPD，並宜在屋頂風機、電梯等設備的電源配電箱內安裝符合Ⅱ級分類試驗的SPD。高層住宅在工程檔次較高及造價允許的情況下宜在住戶配電箱內安裝符合Ⅲ級分類試驗的SPD。 （2）多層住宅在符合本文第五部分2條1款時，宜在照明總配電箱內安裝符合I級分類試驗的SPD。符合本文第五部分2條2款時，宜在照明總配電箱內安裝符合Ⅱ級分類試驗的SPD。分散型小別墅宜將SPD安裝在住戶配電箱內。 6、電湧保護器安裝的注意事項： SPD的安裝應注意如下問題： （1）第一級保護的SPD應靠近建築物的入戶線的總等電位連接端子處，第二、三級保護的SPD應儘量靠近被保護設備安裝。 （2）電湧保護器接至等電位連接的導線要盡可能短而直。 （3）為滿足資訊系統設備耐受能量要求，SPD的安裝可進行多級配合，在進行多級配合時應考慮SPD之間的能量配合，當有續流時應在線路中串接退耦裝置。有條件時，宜採用同一廠家的同類產品，並要求廠家提供其各級產品之間的安裝距離要求。在無法獲得準確資料時，電壓開關型與限壓型SPD之間的線路長度小於10米時和限壓型SPD之間線路長度小於5米時宜串接退耦裝置。 （4）在同一電源系統中，當安裝在電源裝置的起點處的SPD的保護電壓水準Up≤末端被保護設備的耐壓水準的50%時，可僅安裝一級電湧保護器。 （5）必須考慮退化或壽命終止後可能產生的過電流或接地故障對資訊系統設備運行的影響，因此在SPD的電源側應安裝過電流保護裝置（如熔斷器或空氣斷路器），過電流保護器（設置於內部或外部）與SPD一起承擔等於和大於安裝處的預期最大短路電流，選擇時，應考慮SPD製造廠商規定的其產品應具備的最大過電流保護器。此外,製造廠商所規定的SPD的額定阻斷蓄流值不應小於安裝處的預期短路電流。在TT系統中還應安裝剩餘電流保護裝置，並宜帶有劣化顯示功能。 （6）在爆炸危險場所使用的SPD應具有防爆功能。 （7）在考慮各設備之間的過電壓保護水準Up時，若線路無遮罩時尚應計及線路的感應電壓，在考慮被保護設備的耐衝擊過電壓水準時宜按其值的80%考慮。 （8）在供電電壓超過所規定的10%及諧波使電壓幅值加大的場所，應根據具體情況對氧化鋅壓敏電阻SPD提高Uc值。 （9）當設有資訊系統的建築物需加裝SPD保護時，若該建築物沒有裝設防直擊雷裝置和不處於其他建築物或物體的保護範圍內時，宜按第三類防雷建築採取防直擊雷的措施。在要考慮遮罩的情況下，防直擊雷接閃器宜採用避雷網。 引用標準和文獻： B50057-94（2000年版）建築物防雷設計規範 IEC61024-1：建築物防雷 第1部分 通則 IEC61312-1：雷擊電磁脈衝的防護 第1部分 通則 IEC61312-2：雷擊電磁脈衝的防護 第2部分 建築物的遮罩、內部等電位連接及接地 IEC61312-3：雷擊電磁脈衝的防護 第3部分 浪湧保護器的要求 IEC60364-5-534：建築物的電氣裝置 第5部分 電氣裝置的選擇與安裝IEC61662： 雷擊損害風險的評估 QX3-2000：中華人民共和國氣象行業標準 氣象資訊系統雷擊電磁脈衝防護規範
|
 |
 |
