電涌保護(hù)器在建筑物電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

電涌保護(hù)器在建筑物電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

近年來，隨著由大量的數(shù)據(jù)設(shè)備和精密儀器組成的信息系統(tǒng)(諸如計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、控制系統(tǒng)等)在社會各領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，因雷電和其他形式的過電壓侵入電子設(shè)備造成毀壞的事故也呈逐年上升的趨勢。因此，實(shí)現(xiàn)建筑物的內(nèi)部放雷，使雷擊電磁脈沖對電子設(shè)備造成的損害減少到最低限度是我們工程電氣設(shè)計(jì)人員當(dāng)務(wù)之急要做的工作。這就需要我們根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》第六章的要求，在建筑物的各防雷區(qū)的界面處將分開的裝置、諸導(dǎo)電物體用等電位連接導(dǎo)體或電涌保護(hù)器連接起來，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(hù)器在這方面的應(yīng)用做一簡單的闡述。

    電涌保護(hù)器，又稱浪涌保護(hù)器，英文簡稱SPD。根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，電涌保護(hù)器主要指抑制傳導(dǎo)來的線路過電壓和過電流的裝置。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(jù)構(gòu)成組件的不同，電涌保護(hù)器分為電壓開關(guān)型SPD、限壓型SPD和組合型SPD。而根據(jù)應(yīng)用場合分類，電涌保護(hù)器又可分成電源系統(tǒng)SPD和信息系統(tǒng)SPD。一般信息系統(tǒng)SPD由信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)者負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)選型。這里主要介紹一下電涌保護(hù)器在建筑物電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。
    首先我們知道電涌保護(hù)器的作用是布置在各防雷區(qū)交界處來實(shí)行等電位連接的。這些電涌保護(hù)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(hù)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(hù)的設(shè)備的耐電涌能力。下面我們就電涌保護(hù)器在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的一例，來談?wù)剬Π惭b在不同防雷區(qū)界面處的電涌保護(hù)器的選擇，我們應(yīng)掌握的主要原則。
    電涌保護(hù)器應(yīng)在LPZOA/LPZl交界處將大部分雷電流導(dǎo)走(即導(dǎo)入大地)。隨后的電涌保護(hù)器僅需按應(yīng)付LPZOA和LPZl交界處的剩余威脅值加LPZl區(qū)內(nèi)電磁場產(chǎn)生的感受效應(yīng)設(shè)計(jì)就可以。
對安裝在不同位置的電涌保護(hù)器的選擇，我們應(yīng)掌握以下主要原測：
    1．當(dāng)電源采用TN系統(tǒng)時(shí)，從建筑物內(nèi)總配電箱開始引出的配電線路和分支線路必須采用TN-S系統(tǒng)。
    2．原則上規(guī)定電涌保護(hù)器安裝在各防雷區(qū)界面處，但由于工藝或其它原因，當(dāng)線路能承受所發(fā)生的電涌電壓時(shí)，電涌保護(hù)器可安裝在被保護(hù)設(shè)備處，而線路的金屬保護(hù)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(hù)器保護(hù)的基本要求：必須能承受預(yù)期通過它們的雷電流，并應(yīng)符合以下兩個(gè)附加要求：通過電涌時(shí)的最大鉗壓，有能力熄滅在雷電流通過時(shí)產(chǎn)生的工頻續(xù)流。
    4.在建筑物進(jìn)線處和其它防雷區(qū)界面處的最大電涌電壓應(yīng)與所屬系統(tǒng)的基本絕緣水平和設(shè)備允許的最大電涌電壓協(xié)調(diào)一致。
    5.在不同界面上的各電涌保護(hù)器還應(yīng)與其相應(yīng)的能量承受能力相一致
    6.選擇220/380V三相系統(tǒng)中的電涌保護(hù)器時(shí)，其最大持續(xù)運(yùn)行電壓Uc應(yīng)符合下列規(guī)定：
    TT系統(tǒng)中，電涌保護(hù)器安裝在剩余電流保護(hù)器負(fù)荷側(cè)時(shí)，Uc>=1.55Uo；
    TN系統(tǒng)和TT系統(tǒng)中電涌保護(hù)器安裝在剩余
  電流保護(hù)器電源側(cè)時(shí)，Uc>=1.15Uo
    其中Uo=220V。
    IT系統(tǒng)中TT系統(tǒng)中，電涌保護(hù)器安裝在剩余電流保護(hù)器負(fù)荷側(cè)時(shí)，Uc>=1.15U；(U為線間電壓)
7．在LPZOA或LPZOB與LPZl區(qū)交界處，從室外引來的線路上安裝的電涌保護(hù)器應(yīng)選用符合I級分類實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)品。(即最大沖擊電流在10ms內(nèi)通過的電荷Q(AS)等于幅值電流Ipeak的1/2)
   其標(biāo)稱放電電流h不宜小于15KA。
    8．第二級電涌保護(hù)器，即在LPZl與LPZ2區(qū)的交界處安裝電涌保護(hù)器，其標(biāo)稱放電電流h不宜小于8/20us，5KA。
    9．在被保護(hù)設(shè)備旁安裝電涌保護(hù)器，其標(biāo)稱放電電流IN不宜小于8/20us，3KA。
    10．在一般情況下，在220/380V三相系統(tǒng)中僅對I類(特殊需要保護(hù)的設(shè)備)及Ⅱ類(用電設(shè)備)設(shè)備宜考慮采取防操作過電壓的措施。
    11．一般情況下，電涌保護(hù)器的Uc、Ipeak、Imax、IN、電壓保護(hù)水平等參數(shù)應(yīng)由生產(chǎn)廠商按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定提供。當(dāng)在線路上多處安裝電涌保護(hù)器時(shí)，它們之間的配合宜由廠商提供。當(dāng)無準(zhǔn)確數(shù)據(jù)時(shí)，電壓開關(guān)型電涌保護(hù)器和限壓型電涌保護(hù)器之間的線路長度不宜小于10M。限壓型電涌保護(hù)器之間的線路長度不宜小于5M。
    掌握了電涌保護(hù)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(tǒng)中的電涌保護(hù)器。   
    首先在設(shè)計(jì)一建筑物時(shí)，對于將要設(shè)計(jì)的建筑物內(nèi)信息系統(tǒng)是否需要防雷擊電磁脈沖，我們首先在方案和擴(kuò)初設(shè)計(jì)階段要對將要設(shè)計(jì)的建筑物內(nèi)信息系統(tǒng)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(tǒng)雷擊危害性分級依據(jù)公式為：

    E=1-Nc/Nd
當(dāng)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(shè)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(jié)構(gòu)因子(0.5，1，1.5，2，2.5)
    C2：信息系統(tǒng)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(qū)LPZ(0.5，1.0，1.5，2)
    C5：后果因子(0.5，1.0，1.5)
    Nd為預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)，Nd=K×Ng×(Ae＋Ae')
    K：校正系數(shù)(一般情況下取值為1)
    Ng：所在地區(qū)雷擊大地的年平均數(shù)，Ng=0.024Td1.3次/a
    Ae：[LW＋2H(L＋W)＋πH2**]×10-6；建筑物高度超過100米
    Ae：[LW＋2(L＋W)×H×(200－H)＋πH(200－h(huán))]×10－6；建筑物高度不超過100米
    Ae'：低壓架空線    Ae'=200×L×l0-6
    高壓架空線    Ae'=500XLXl0-6
    架空信號線    Ae'=2000XLXl0-6
    埋地信號線    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
    無鎧裝式金屬芯線的光纜    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度(最大為1000M)，ds為當(dāng)?shù)赝寥赖碾娮杪剩?歐姆XM)。
    第二，在了解建筑物內(nèi)信息系統(tǒng)雷擊危害性評估的級數(shù)后，我們就可以確定這個(gè)建筑物的信息系統(tǒng)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(tǒng)中電涌保護(hù)器的設(shè)置位置。
    當(dāng)一個(gè)建筑物信息系統(tǒng)雷擊危害性評估的級數(shù)較高時(shí)，需要考慮電源系統(tǒng)的防雷時(shí)，我們一般要求在建筑物整個(gè)電源系統(tǒng)的供電線路上設(shè)置三級電涌保護(hù)器保護(hù)，分別安裝在總配電柜(LPZOA與LPZl區(qū)交界處)、層配電箱(LPZl與LPZ2區(qū)交界處)和重要設(shè)備處。
    第三，建筑物電源系統(tǒng)電涌保護(hù)器的選擇：
    按照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-94(2000版)第六章中計(jì)算示例計(jì)算，按照計(jì)算得到的雷電流峰值Ipeak來選擇電涌保護(hù)器。對于在各類防雷建筑物的電力系統(tǒng)設(shè)置的三級電涌保護(hù)器，我們可參照下表進(jìn)行選擇： 電源供應(yīng)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(tǒng)電涌保護(hù)器，在查閱產(chǎn)品樣本中還應(yīng)注意以下技術(shù)參數(shù)：電涌保護(hù)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(yīng)小于20uA，漏電流的變化率不應(yīng)超過200％。啟動(dòng)電壓(考慮電網(wǎng)電壓波動(dòng))應(yīng)為500-600V；電涌保護(hù)器應(yīng)有熱脫扣裝置，產(chǎn)品樣本中應(yīng)注明殘壓值及響應(yīng)時(shí)間。(其中保護(hù)微電子設(shè)備時(shí)，應(yīng)為25ns)
    以上這些僅是筆者自身在建筑物防雷設(shè)計(jì)實(shí)踐中對電涌保護(hù)器在配電系統(tǒng)中應(yīng)用的一點(diǎn)粗淺認(rèn)識和理解，不足之處懇請有關(guān)專家和學(xué)者批評和指正。建筑物防雷設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要并且復(fù)雜的工作，希望大家在乎時(shí)的設(shè)計(jì)同時(shí)，不斷交流各自的設(shè)計(jì)心得和體會，共同把建筑物防雷設(shè)計(jì)這項(xiàng)工作做得更好。