電涌保護器在建筑物電力系統中的應用

近年來(lái)，隨著(zhù)由大量的數據設備和精密儀器組成的信息系統(諸如計算機、通訊設備、控制系統等)在社會(huì )各領(lǐng)域的應用越來(lái)越廣泛，因雷電和其他形式的過(guò)電壓侵入電子設備造成毀壞的事故也呈逐年上升的趨勢。因此，實(shí)現建筑物的內部放雷，使雷擊電磁脈沖對電子設備造成的損害減少到最低限度是我們工程電氣設計人員當務(wù)之急要做的工作。這就需要我們根據《建筑物防雷設計規范》第六章的要求，在建筑物的各防雷區的界面處將分開(kāi)的裝置、諸導電物體用等電位連接導體或電涌保護器連接起來(lái)，以減小雷電流在它們之間產(chǎn)生的電位差，實(shí)行等電位連接。下面就電涌保護器在這方面的應用做一簡(jiǎn)單的闡述。

    電涌保護器，又稱(chēng)浪涌保護器，英文簡(jiǎn)稱(chēng)SPD。根據IEC標準規定，電涌保護器主要指抑制傳導來(lái)的線(xiàn)路過(guò)電壓和過(guò)電流的裝置。它的組成器件主要包括放電間隙、壓敏電阻、二極管、濾波器等。根據構成組件的不同，電涌保護器分為電壓開(kāi)關(guān)型SPD、限壓型SPD和組合型SPD。而根據應用場(chǎng)合分類(lèi)，電涌保護器又可分成電源系統SPD和信息系統SPD。一般信息系統SPD由信息系統設計者負責設計選型。這里主要介紹一下電涌保護器在建筑物電力系統中的應用。
    首先我們知道電涌保護器的作用是布置在各防雷區交界處來(lái)實(shí)行等電位連接的。這些電涌保護器必須很好配合，以便按造它們耐能量的能力在各電涌保護器之間分配可接受的承受值和原始閃電威脅值，有效地減至需要保護的設備的耐電涌能力。下面我們就電涌保護器在電力系統中應用的一例，來(lái)談?wù)剬Π惭b在不同防雷區界面處的電涌保護器的選擇，我們應掌握的主要原則。
    電涌保護器應在LPZOA/LPZl交界處將大部分雷電流導走(即導入大地)。隨后的電涌保護器僅需按應付LPZOA和LPZl交界處的剩余威脅值加LPZl區內電磁場(chǎng)產(chǎn)生的感受效應設計就可以。
對安裝在不同位置的電涌保護器的選擇，我們應掌握以下主要原測：
    1．當電源采用TN系統時(shí)，從建筑物內總配電箱開(kāi)始引出的配電線(xiàn)路和分支線(xiàn)路必須采用TN-S系統。
    2．原則上規定電涌保護器安裝在各防雷區界面處，但由于工藝或其它原因，當線(xiàn)路能承受所發(fā)生的電涌電壓時(shí)，電涌保護器可安裝在被保護設備處，而線(xiàn)路的金屬保護層或屏蔽層宜首先于界面處做一次等電位連接
    3．電涌保護器保護的基本要求：必須能承受預期通過(guò)它們的雷電流，并應符合以下兩個(gè)附加要求：通過(guò)電涌時(shí)的最大鉗壓，有能力熄滅在雷電流通過(guò)時(shí)產(chǎn)生的工頻續流。
    4.在建筑物進(jìn)線(xiàn)處和其它防雷區界面處的最大電涌電壓應與所屬系統的基本絕緣水平和設備允許的最大電涌電壓協(xié)調一致。
    5.在不同界面上的各電涌保護器還應與其相應的能量承受能力相一致
    6.選擇220/380V三相系統中的電涌保護器時(shí)，其最大持續運行電壓Uc應符合下列規定：
    TT系統中，電涌保護器安裝在剩余電流保護器負荷側時(shí)，Uc>=1.55Uo；
    TN系統和TT系統中電涌保護器安裝在剩余
  電流保護器電源側時(shí)，Uc>=1.15Uo
    其中Uo=220V。
    IT系統中TT系統中，電涌保護器安裝在剩余電流保護器負荷側時(shí)，Uc>=1.15U；(U為線(xiàn)間電壓)
7．在LPZOA或LPZOB與LPZl區交界處，從室外引來(lái)的線(xiàn)路上安裝的電涌保護器應選用符合I級分類(lèi)實(shí)驗的產(chǎn)品。(即最大沖擊電流在10ms內通過(guò)的電荷Q(AS)等于幅值電流Ipeak的1/2)
   其標稱(chēng)放電電流h不宜小于15KA。
    8．第二級電涌保護器，即在LPZl與LPZ2區的交界處安裝電涌保護器，其標稱(chēng)放電電流h不宜小于8/20us，5KA。
    9．在被保護設備旁安裝電涌保護器，其標稱(chēng)放電電流IN不宜小于8/20us，3KA。
    10．在一般情況下，在220/380V三相系統中僅對I類(lèi)(特殊需要保護的設備)及Ⅱ類(lèi)(用電設備)設備宜考慮采取防操作過(guò)電壓的措施。
    11．一般情況下，電涌保護器的Uc、Ipeak、Imax、IN、電壓保護水平等參數應由生產(chǎn)廠(chǎng)商按有關(guān)標準的規定提供。當在線(xiàn)路上多處安裝電涌保護器時(shí)，它們之間的配合宜由廠(chǎng)商提供。當無(wú)準確數據時(shí)，電壓開(kāi)關(guān)型電涌保護器和限壓型電涌保護器之間的線(xiàn)路長(cháng)度不宜小于10M。限壓型電涌保護器之間的線(xiàn)路長(cháng)度不宜小于5M。
    掌握了電涌保護器選擇的上述原則后，我們可以按以下步驟選擇建筑物電力系統中的電涌保護器。   
    首先在設計一建筑物時(shí)，對于將要設計的建筑物內信息系統是否需要防雷擊電磁脈沖，我們首先在方案和擴初設計階段要對將要設計的建筑物內信息系統的雷擊危害性做一個(gè)評估。參照上海市防雷中心資料，信息系統雷擊危害性分級依據公式為：

    E=1-Nc/Nd
當0.98<E，  雷擊危害性分級為A級。
    0.95<E≤0.98，雷擊危害性分級為B級。
    0.80<E≤0.95，雷擊危害性分級為C級。
    E≤0.8，  雷擊危害性分級為D級。
    其中Nc為電子信息設備可承受的最大平均雷擊，Nc=5.8X10-3/C
    式中C=C1+C2+C3+C4+C5
    C1：所在建筑物的結構因子(0.5，1，1.5，2，2.5)
    C2：信息系統的重要性(0.5，1，1.5，2)
    C3：耐沖擊能力(0.5，1.0，3.0)
    C4：所在防雷分區LPZ(0.5，1.0，1.5，2)
    C5：后果因子(0.5，1.0，1.5)
    Nd為預計雷擊次數，Nd=K×Ng×(Ae＋Ae')
    K：校正系數(一般情況下取值為1)
    Ng：所在地區雷擊大地的年平均數，Ng=0.024Td1.3次/a
    Ae：[LW＋2H(L＋W)＋πH2**]×10-6；建筑物高度超過(guò)100米
    Ae：[LW＋2(L＋W)×H×(200－H)＋πH(200－h(huán))]×10－6；建筑物高度不超過(guò)100米
    Ae'：低壓架空線(xiàn)    Ae'=200×L×l0-6
    高壓架空線(xiàn)    Ae'=500XLXl0-6
    架空信號線(xiàn)    Ae'=2000XLXl0-6
    埋地信號線(xiàn)    Ae'=2XdsXLXl0-6   
  低壓埋地電纜    Ae'=2×ds×L×l0-6
    高壓埋地電纜  Ae'=0.1×ds×L×l0-6
    無(wú)鎧裝式金屬芯線(xiàn)的光纜    Ae'=0
    其中L為建筑物至網(wǎng)絡(luò )第一個(gè)分支盒或相鄰建筑物的長(cháng)度(最大為1000M)，ds為當地土壤的電阻率，(歐姆XM)。
    第二，在了解建筑物內信息系統雷擊危害性評估的級數后，我們就可以確定這個(gè)建筑物的信息系統是否需要采取防雷擊電磁脈沖措施，以及在建筑物電源系統中電涌保護器的設置位置。
    當一個(gè)建筑物信息系統雷擊危害性評估的級數較高時(shí)，需要考慮電源系統的防雷時(shí)，我們一般要求在建筑物整個(gè)電源系統的供電線(xiàn)路上設置三級電涌保護器保護，分別安裝在總配電柜(LPZOA與LPZl區交界處)、層配電箱(LPZl與LPZ2區交界處)和重要設備處。
    第三，建筑物電源系統電涌保護器的選擇：
    按照《建筑物防雷設計規范》GB50057-94(2000版)第六章中計算示例計算，按照計算得到的雷電流峰值Ipeak來(lái)選擇電涌保護器。對于在各類(lèi)防雷建筑物的電力系統設置的三級電涌保護器，我們可參照下表進(jìn)行選擇： 電源供應器| 電能質(zhì)量分析儀| 多功能測試儀| 電容表| 電力分析儀| 諧波分析儀| 發(fā)生器|

第四，我們在選擇配電系統電涌保護器，在查閱產(chǎn)品樣本中還應注意以下技術(shù)參數：電涌保護器的通流涌流量是指保證動(dòng)作10次仍不損壞的通流涌流量，漏電流應小于20uA，漏電流的變化率不應超過(guò)200％。啟動(dòng)電壓(考慮電網(wǎng)電壓波動(dòng))應為500-600V；電涌保護器應有熱脫扣裝置，產(chǎn)品樣本中應注明殘壓值及響應時(shí)間。(其中保護微電子設備時(shí)，應為25ns)
    以上這些僅是筆者自身在建筑物防雷設計實(shí)踐中對電涌保護器在配電系統中應用的一點(diǎn)粗淺認識和理解，不足之處懇請有關(guān)專(zhuān)家和學(xué)者批評和指正。建筑物防雷設計是一項重要并且復雜的工作，希望大家在乎時(shí)的設計同時(shí)，不斷交流各自的設計心得和體會(huì )，共同把建筑物防雷設計這項工作做得更好。