低压配电系统中SPD保护及选择的研究

低压配电系统中SPD保护及选择的研究

王伟

深圳市恒通电力设备有限公司广东深圳518116

摘要：本文主要针对低压配电系统中SPD的保护及选择展开了研究，对低压系统的过电压及保护作了详细的阐述，并对SPD的相关要点作了系统的分析，以期能为有关方面的需要提供有益的参考和借鉴。

关键词：低压配电系统；SPD；保护；选择

随着如今信息技术的不断发展，智能建筑的建设越来越多。但是由于存在着过电压的影响，会对智能建筑中信息系统会有着一定的危害。因此，为了避免因过电压所带来的影响，我们就需要应用好SPD，以为低压配电系统带来保护，从而保证信息系统的稳定运行。基于此，本文就低压配电系统中SPD的保护及选择进行了研究，相信对有关方面的需要能有一定的帮助。

1低压系统的过电压及保护

根据过电压的频率及持续时间的长短，在低压配电系统中将过电压分为瞬态过电压与暂态过电压。其中瞬态过电压有：大气过电压、电力网络操作过电压、静电电磁干扰过电压；暂态过电压主要是由于电源引起的工频过电压。

大气过电压主要表现为雷击过电压与电磁脉冲过电压，均与雷击过电压输入相关。由于雷击过电压幅值大、能量高、破坏力大，因此民用建筑中的过电压保护设计常用雷击过电压保护来衡量。信息系统的防雷保护系统分为建筑物外部防雷保护与建筑物内部防雷保护。建筑物的外部防雷通常采取接闪器、引下线、接地网以及外部屏蔽实现、建筑物的内部防雷通常采用内部屏蔽、电涌保护器（SPD）及等电位连接等措施实现。

针对低压配电系统的各种过电压的特点。过电压保护的设备如表1所示。

注：如果大气过电压和操作过电压可明显的区分开来，即操作过电压持续时间不超过100Ms时，也可以使用电涌保护器。

电子信息系统的防雷保护首先是合理地加装电源侧SPD，其次是加装信号线路和天馈线路SPD，本文主要讨论电源侧SPD对电子信息系统设备的保护。

2SPD能承受预期通过的雷电流（Iipm/In/Uoc）

冲击电流Iipm。，由幅值电流Ipeak，电荷量Q和比能量W/R三个参数来决定。用于低压电器系统的SPD的I级分类试验。为了模拟直击雷的首次雷击波形，Iimp应在50μs内达到Ipeak，应在10ms内输送电荷量Q并达到比能量W/R.10/350μs波形是可能实现其要求的波形之I级分类试验的SPD应标注此值，其值应根据GB50057-2010《建筑物设计防雷规范》中的雷电流分流公式计算。

标称放电电流In，是流过SPD的8/20μs电流波的峰值电流，用于SPD的Ⅱ级分类试验.也用于对SPD做I级和Ⅱ级分类的预试验.模拟雷电的电磁感应电流波形。

开路电压Uoc，在对SPD进行Ⅲ级分类试验时施加的1.2/50μs开路电压的峰值。第Ⅲ级试验SPD还有一个8/20μs波形的短路电流峰值Isc，—般Uoc/Is=2.0，因此第Ⅲ级分类试验的SPD标注其中任意一个参数即可。

3LSPD的选择

在民用建筑防雷设计中，应根据电气系统和电气设备所在建筑物及其连接的电力和通信线路遭受雷击的类型（即落雷点的位置）来确定SPD的选择及SPD主要参数的确定。

3.1SPD参数选择流程

（1）根据规范GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》和GB50343-2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》中的相关公式计算出本建筑物年预计雷击次数与防雷装置拦截效率，确定建筑物的防雷等级和信息系统雷电电磁脉冲防护分级。

（2）根据建筑物的实际情况，确定雷电防护区（LPZ）的划分。

（3）根据防雷等级进行分流计算.确定第I级SPD的Iimp值，再根据被保护设备的类型及位置确定第Ⅱ级或第Ⅲ级SPD的相关参数。

（4）根据低压供电系统的供电形式，确定SPD的安装位置。

图1建筑物的防雷区划分和等电位连接位置示意图

3.2第一级SPD的选择

第一级SPD安装在上图的MB处，该处属LPZ0B区与LPZ1区的交界处，从室外引来的线路上应装设I级分类试验的SPD。考虑低压配电系统的实际情况，其主要安装在：

（1）在建筑物入口处的低压配电柜（箱）

（2）建筑物内设有配电变压的低压侧的配电屏上，当有线路引出本建筑物至其他有独自敷设接地装置的配电装置时，在低压母线上安装；

（3）引至室外的屋顶照明或动力线路的配电箱。

1）Iimp值的确定

每一相线及中性线与PE线之间的SPD的冲击电流值，一般民用建筑的电力及电信的室外缆线均不采取屏蔽处理，应按GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》中的“进入建筑物的各种设施之间雷电流分配”方法计算。

式中：I——雷电流.一类防雷建筑为200kA，二类为150kA，三类为100kA；

n——地下和架空引入的外来金属管道和线路的总数；

m——每一线路内导体芯线的总根数。

在难于计算的情况下，错误！未找到引用源。值不应＜12.5kA。按照“3+1”或“M+1”形式安装的SPD时，在三相系统中，接在中性线与PE线间的SPD的错误！未找到引用源。值应为接在相线与中性线间SPD的错误！未找到引用源。值的4倍，即错误！未找到引用源。值不应＜50kA；在单相系统中，接在中性线与PE线间的SPD的错误！未找到引用源。值应为接在相线与中性线间SPD的错误！未找到引用源。值的2倍.即错误！未找到引用源。值不应＜25kA。

2）Uc值的确定

持续运行电压的值可参照表2选取，其中U0=220V，U=380V。

3）UP值的确定

在220/380V电气装置内的第一级SPD的电压保护水平应＞2.5kV。

3.3第二级SPD的选择

当第一级SPD的电压保护水平Up不超过2.5kV，不能对下级配电线路和末端设备进行有效箝压保护、并有如下条件时，应考虑设置第二级甚至第三级SPD。

（1）第一级SPD的Up（2.5kV）大于下级和末端设备的Uw，即Up＞0.8Uw；

（2）第一级SPD与受保护设备之间的距离过长（一般指线缆长度＞10m）；

（3）建筑物内部存在雷击放电或内部干扰源产生的电磁干扰。

第二级SPD应安装在图1所示的SB处.该处是LPZ1区与LPZ2区的交界处。应选择Ⅱ级或Ⅲ级分类试验的SPD。结合民用建筑的特点.其主要安装在为大量弱电或信息系统设备供电的配电箱内.如位于数据机房、网络中心、电信机房、有线电视机房、楼宇管理室、安防监控中心，消防控制中心、冷冻机房/热力站分控室、医院手术室、监护室及装有电子医疗设备的场所的配电箱。

由于第二级SPD是因第一级SPD的不足而选择的，因此其各类参数应与第一级SPD的参数匹配，其匹配关系见表2。

当SPD采用“3+1”或“1+1”接线形式时，中性线与PE线之间的SPD的In值与Uoc值相应变化。Uc值参照表2选取，其中Uo=220V，U=380V。

4SPD的安装

4.1SPD的接线形式

SPD的接线形式取决于受保护设备的类型，如果设备不接地则L（或N）线对PE线间就不需要设SPD，而L-N之间的SPD则是需要的。SPD在低压交流配电系统中的接线方式如下。

方式1：接在每一相线（和中性线）与总接地端子（SEB）或总保护线（PE）之间。

方式2：接在每一相线与中性线之间和接在中性线与总保护端子（SEB）或保护线（PE）之间（对三相系统可称为“3+1”模式，单相系统可称为“1+1”模式）。

低压交流配电系统按接地系统特征确定的SPD的接线方式见表6（参GB16895.22-2004《建筑物电气装置第5-53部分：电气设备的选择和安装隔离，开关和控制设备第534节：过电压保护电器》表33B）。

★：必须装设SPD；☆：需要时可增设SPD

4.2SPD两段连接导线要求

SPD两端连接导线最小截面如表4所示。

4.3注意事项

在选择SPD的各项参数及设置位置时，应注意以下事项：

（1）SPD两段的连接导线应短且直，避免因导线过长而感应出较高的感应电压，从而减少SPD的有效电压保护水平。

（2）当设置一级SPD保护无法满足信息系统设备耐受电压要求时，SPD必须进行多级配合.在进行多级配合时应考虑SPD间的能量配合。在开关型（I级）SPD和限压型（Ⅱ级）SPD之间.其连接电缆长度不应＜10m；在限压型（Ⅱ级）SPD与限压型（Ⅱ级）SPD之间，连接电缆长度不应＜5m。如不能达到上述要求，应在连接线之间增加单独的电感以退耦。

（3）考虑到我国电网电压质量波动较大的情况，建议适当提高Uc值。

（4）在SPD的电源侧安装的过电流保护装置（熔断器或空气断路器），应能承受雷电流的冲击，同时在通过预期短路电流时应能起到保护SPD的作用。

（5）在规范GB50034-2012《建筑照明设计标准》（征求意见稿）中有用大通量的Ⅱ级SPD代替I级分类试验的SPD的相关应用，这种做法有其局限性。

5结束语

综上所述，SPD是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装置，在如今建筑中电子设备不断增多的今天，特别是智能建筑中的信息系统，雷电防护对于我们来说确实十分重要。因此，我们应该通过采取有效的措施，熟悉SPD的技术要点，以更进一步的应用SPD，从而为电子设备的雷电防护带来帮助。

参考文献

[1]李晗.探讨低压配电系统中的SPD保护与配合[J].科技展望.2015（14）.

[2]林维勇.低压配电系统中如何选择SPD[J].智能建筑电气技术.2013（01）.