《5.4 浪涌保护!器,的选择?
》。
5.4.【。2 根《据低压电气装置 】 ,第4-44部分【安全防护《 :电压骚?。扰和:电磁骚扰防护—GB/T 168】9,5.:10:-,2010/IEC !6,0364-》4-44《200?7第444.4.3!.1条“装有—或可能装有大量信】息技:。术设备的《现有的建筑物内建】议不宜采用》TN-C《系统装有或可能装有!大量信息技术设【备的:新建:的建:筑物内?不应采用TN—-C系统”第444!.4.3.2条【“,由公共低压电—网供电且装有或可】。能装有大量信息技术!设备的?。现有建筑物内—。在装:置的电源进线点【之,后,。宜采用TN》-S系统《。在新建的建筑物内】在装置的电源进线点!之后应采用TN-S!系统”
【。
? 在TN-【S系统中中性—线电流?仅在专用的中性导】体(N)中》流动而在TN-C系!统中中性线电流将通!过信号电缆中的屏蔽!或参考地导》体、外露可导电部分!和装置外《可导电?部分(例如建筑物】的金属构《件)流动
】
对【于敏感电子》信,息系统?的每栋?建筑物因TN—-C系统在全系统】内N:线和PE线是合【一的存在不安全【因素一般不宜采【用当220/38】0V:低压交流《电源为TN-—。C系统时应在入户总!配,电箱:。处将N线《重复接地一》次在总配电》箱之后采用》TN-S系统N【线,不能再?次,接地:以避免工频5—0Hz基波及—其谐波的干扰设【置有UPS电源时在!负荷:侧,起点将中《性点或中性线做【一次接?地其后就不能接【地了
【
5.4.3 电!源线路?SPD的选》。择应符合下列规定】。
【 1《款表5.4.3-1!是根据低压电气装】置 第《4-:44部分安》全防护? 电?压,。骚扰和电磁骚—扰防护GB/—T, 16?895.10—。-,2,010/IEC 6!0364-4-4】。420?07:第44?3.4节表4—4.B?编制的
》
,
,。
《 2款表5—.4.3-2—参考建筑《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GB《 1:68:95.2《2-2004(id!t IEC 60】36:4-5-532【。001 A—12002》)表53C表中系】数增加0.05是】。考虑:到,。浪涌保护器》。的老化并与其他标准!协调统一
【
《 ?3、4款图5—.4.3-1为TN!-S系统配电线【路浪涌保护器分【级设:置,位置与?接地的示意图SP】D的:选择与安装由工程具!体要求确定当总配】电,箱靠近电源变压器】时该处N对PE的】SPD可不》设置
《
【 SPD《的选择和安装—是个比较复杂的问】题它与当地雷—害程度、雷击点【的远近?、低压和高》压,(中压)《电源线路的接—地系统类型、电源变!电所的接地方式、】。线缆的屏蔽和长【度情况等都有关【联
! 在可能出现雷电!冲击过电压》的建筑物电》气系:统,内在LPZ0A或L!PZ0B与》LPZ1区交界【处其电源线路进【线的总?配电箱内应设置第】。一级SPD用于泄】放雷电?流并将?雷电冲击过》。电压:降低其电《。压保护水平》UP应不大于2【.5kV如果建筑物!装有防直击》雷,装置而易遭受—直接雷击或近旁具】有易落雷《的条件此《。级S:P,。D,应是通过10/35!0μ:。s波:形的最大冲击—电流Iim》p,。(Ⅰ类)试验的S】PD根据《我国有些工》程多年来在》设计:。中选择?和安装?了Ⅱ类试验的S【PD也能提供较【好保护?的实际情况本—规范作出《了,选择性的规定—。。也可选择《。。Ⅱ类试?验的SPD作—。第一级保护SP【D应能承受在总配电!箱位置上可能出【现的放?。电电流因此》应按本条第5款的】公式(5.4—.3-1)或公式(!5.4.3-2)估!算确定当《无法计算确定时可】按本条第《。7款表5.4—.3-?3冲击电流推荐【值,。选择如?果这一级《SPD未能将电压】保护水?平UP限制在2【.5kV以下则【需在下级分》配电箱处设置第二级!S,P,D来进一《。步降低冲击电压【此级:SPD应《为通过8/20μ】s波形标称》放电电流I》n(Ⅱ类)试验【的SP?D并能将电压保护】水平UP限制在约】2,kV在电《子信息系统设备【机房配电箱内或在其!电源插?座内:。设置第?三,级SP?D这级SPD应为通!过8:/20?μs波形标》称放电电流In试】验或复合波Ⅲ—。类试验的S》PD它的《保护水平U》P应低于电子—信息设备《能承受的《冲击电压的水平或不!大于1.2kV【
—。 : , 在建筑物电源进】。线入口的总配电【箱,内必须设《置第一?级SPD《如果保护水平—UP不大于2.5】kV其后《的线缆?采取了良好的屏蔽措!施这种情况可只【。需,在,电子信息设》备机房配电箱内设置!第二级SPD
】
通!常是在电源线路进】入建筑物《的,入口(LPZ1边界!)总配?电箱:内安装SPD1【;要确定内部被保护!系统的冲击耐受【电压:Uw选择SPD【1的:保护水平UP1使】有效:保护:水平:u,。p/f≤Uw根据】本条:9款规定《检查或估算振荡保护!距离:L,p,0/1和感》应保护距离Lpi】/1若?满足U?P/f≤Uw而【且,SPD1与被—保,护设:备间:线路长?度小于Lp0/1和!Lpi/1则SP】D1有效地保护了】设备:否则应设置S—PD2在《靠近被保护设备(】LPZ2边界—)的分配电箱内【。设,置SPD2》;选择SPD2的】保护水平Up2使有!。效保护水《平,Up/f≤》Uw检查《或估算振荡保护距离!Lp:。0/2和感应保【护距离Lpi/【2若满?足有效?保护水平U》。。。。p/f≤U》w而且SPD2与被!保护设备间线路长】度小:于L:p0:/2和Lp》i/2则SP—。D,2有效地保护—了设备否《。则应在靠《近被保?护设备处(》机房配电《箱内或插座)设【置SPD3该S【PD应与S》PD1和SP—D2能量协调配合】
?
,
5款公!。。式(5.4.3-】1)与?公式(5.4.3】-2)是根据GB】/T 21》714.1-—2008附录E中(!E.4)、(—E.5)、》(E.6)三个公式!编写的当无法—确定时应取Ii【m,p等于或大》于12.5kA是根!据GB 《16895.2【2-2004—的规定
》
【 6款?。对于开关型SP【D,1至:限压:型SPD《2之间的《线距应大于1—0m和SPD—2至限压型SP【D3之?间,的,线距应大于5m【的规定?其,目的:。主要是在电源线【路,中安装了多级电源】SPD由于各级【SPD的标称—导通电压和标称【导通电流不同、安装!方式及接线》。长短的差异在设【计和安装《时如果能量》配合不当《将会出?现某级?SPD不动作的【盲点问题为了保【证雷电高电》压脉冲沿电源线【路侵入时各》级S:P,D都能分级》启动泄流避免多级S!PD间出现盲点两级!SP:D间必?须有一定的线—。距长度(即一定的】感抗或加装》退耦:元件)来满》足避免盲点的—要求同时规定末【级电源SPD—的保护水平》必须低?于,被保护?设备:对浪涌电压的耐【受能力各《级电源SPD—能量:。配合:最终目的是将威胁设!备安全的电压电流】浪涌值减《低到被保护设备能耐!受的安全范围内【而各级?电源SPD泄放【的浪涌电流不超【过自身的标称—放电电流
》
】 7款按本规范第】4.2节《或第4.《3节确?定电源线路》雷电:浪,涌,。防护等级时用于建】筑物入口处》(总配电箱点)【的浪:涌保护器《的冲击电《流Iim《p按:本条第5款》公式(5.4—.3-1)或公式】(5.4.3-【2)估算确定当无】法确定时根据GB !168?95.22-20】04的规定》Iimp值应大于】或等于12.5k】A所以表5.4.3!-3中在LPZ【0与LPZ1边界的!总,。配电箱处C、—D等级的I》imp参数推荐【值为12.5kA】12.5kA这个I!im:p值:是IEC标》。准推荐的最小值本规!范考虑?到我国?。幅员:辽阔夏天的》雷击灾?害多在雷电防护等级!较高的电《子,信息系统设置的电源!线路浪涌保护器【能,承受的冲击电流Ii!mp应适《当,有所提高所》以A级的Iimp参!数推荐?值为2?0k:A;:B级Iimp推荐值!为15k《A
—
》鉴于我国有些工程中!在建筑物入口处【的总配电箱》处选用?安装:Ⅱ类试验《(波形?8/20μs—)的限压型浪涌保】护器所以本规—范推荐在LPZ0与!LPZ1边界的【总配电?箱也可?选用经Ⅱ《类试验(波形8/2!0μs?)的浪涌保护器【A,级In?≥80kA》、B级In》≥60?kA、C级In【≥50?kA:、D级In≥50】k,A这些推荐值是征】求国内各方面意【见得来的《
! 为了提《高电子信息系—统的电源线路—浪涌保护可》靠性应保《。证局部雷电流大部分!在LPZ0》与LP?Z1的交《界,处转移到接地装【置,同时限制各种途径】入侵的雷电》。浪涌限制沿进线侵】入的:雷电波、地电位反】击、:雷电:感应建?筑物中的浪涌保护通!常是多?级配置以《防雷区为层次每【。级SPD的通流容量!足以承受在》其,位置上的雷电浪涌】电,流,。且对雷?电能量逐级减—弱;SPD电压【保护水平也要逐级降!低最终使过》电压限?制在设备耐冲击电】压额定值以下—
! ,表5.4《.3-3中》分配电箱、设—备机房配电》箱处及电子信息【系统设备电源端口】的浪涌?保护器的推》荐值是根据电源系】统多:级SPD的能—。量协调配合原—则和:多,年来工程的实—践总结确定的
!
8款!雷电电磁脉冲(LE!MP:)是敏感电子—设备遭受雷害的主要!原因LEMP—。通过传导《、感应、辐射等方】式从:不同的渠道侵入建筑!物的内部致使电【子设备受损》其中电?源线是LEM—P入侵?最主要的渠道之一】安装电源SPD是防!御LEMP从配电】线,这条渠道入》侵的:重要措施正确安【装的SPD能把雷】电电:磁脉冲?拒于建筑物或设备之!外使电?子设:备免受其害不正确安!装的SP《D不仅不能防御【入侵的LEMP连】SPD?自身也难免受损
!
【 其实SPD作【用只有两《个(1)《泄流把入侵的雷电流!分流入地让雷—。电的大部分能量泄】入大地使L》EMP?无法达到或仅极【少部:分到达电子设备;】。(2)限压在雷【电过电压通过电源】线入户?时在:SPD两端》保持一定《的电压(残压—)而:这个限压《又是电?子设备所能接—受的这两个功—能是同时获得—的即:在分流过程中达到】限压使电子设备【受到:保护
】 , 目《前防雷工程中电源】SPD的设计—和施工?不规范的《主要问题有两个一是!SPD接线》过长国内《外防雷标《准,凡涉及电《源浪涌保《。护,器(S?PD)的安》装,时,都强调接《线要短?直其总长度不超过0!.5:m但大多《情况:接,线长度都超过1【m甚:至有长达(4~5)!m的;二是多级【SPD安装时的能量!配合不当对这两个】问,题的忽视导致有些建!筑,物内部?虽,。安装了S《PD仍出现其内的】电子:设备遭雷击损坏的现!象
! :图,5.4.3-2当S!PD与被保护设备】连接时最终有—效保护水平》Up/?f应考虑连接导【线的感应电压降【△USPD最—终的有效电压保【护水平U《p/:f为:
?
?
:
— 式中△US【PD两端连》接导线的感应电【压降
《
:
:
》
式中L】为两段导线的电【感,量(μH《);
—
: , ? 为流入!。SPD?雷电:流陡度?
,
— 当S》。PD:流过:部分雷电《流时可假《定△U=1kV/m!或,者考虑20%的【裕量
—
: : 当SP》D仅流过《感应:电流时则△U可【以忽略
】
也可【改进:SPD的电路连接】采用凯文接线法【见,图1:。1
?
》 , :9,。。款SPD在工作时S!PD安装位》。置处的线对地电压限!制在Up若S—PD:。和被保护设备间的】线,路太长浪涌的传播将!会产生振荡现—象设备?端产生的振荡电【压值会增《。至2Up即使—选择了Up≤Uw振!荡仍能引起被保【护设备?失效
》
》。
?
图11 凯文】接线法
《
【 :保护距离Lpo是】SPD和设备间线路!的最大?长度在此限度—内SPD有效保护了!设备若线路长度【小于10m》或者U?p/f<Uw—/2时保《护距离可《以不考虑若》线路长度大》于10m且Up【/f>Uw/2时】保,护距离可以由公式】估,算
【
《
》 式:中k=25(V/】m,)
》
公式】引自雷电《防护 第》4部分建筑物内电】气和:电,子系统GB》/T 21714】。.,4-2008(IE!C 62305-】42:006IDT—)第D.2.—3条:
,
《
: 当建》筑,物或附近建筑物【地面遭受雷击时会】在SPD与被—保护设备构成的回】路内感应《出过电压它加于【Up上降低了—SPD?的保护效果感—应过电压随线—。路,长,度,、保护?。地PE与《相线的距《离、:电源线与信号线间】的回路面积的—尺寸增加而》增大随空间》屏蔽、线路屏蔽效率!的提高?而减小
—
《 , :保护距离《Lpi是SPD与】被保护设备间—最大线路长度—在此距?。离内SPD》对被保护设备的保】护才是有效的因此应!考虑感应保护距【离Lpi《当雷电产生的磁场极!强时应减小》SPD?与设备间的》距离也可采取措施】减小磁场强度—。如建筑物(》LPZ?1,)或房间(L—PZ2等后续防护区!域)采用空间屏蔽使!用屏蔽电缆或—电缆管道《对线:路进行?屏蔽等
【
》 当采用了上述【屏蔽:措施后可《。以不:考虑感应保护距离】Lpi
《
》 当SPD】。与被保护设备间【的线:路长、线《路未屏蔽、回—路面积大时应考虑】感应保护距离Lpi!。L,。。pi用下列公式【估算
—
! 式中h=3】。0000×Ks【1×Ks2×Ks】3(V/m)—
! 公式引自雷电防】护 第4部分建】筑物:。内电气和《。电,子系统G《B/T 2》1,714.4-—2008《。(I:EC 6《2305-》42006 IDT!),第D:.,2.4条
【
?。 : IEC —62305-4第】二,版修:订草案(FD—IS版)附录C中不!再计算振《荡保护距离和感应保!护距离而是对U【p/f作出以—下规定
! : 1 》S,。PD和设备间—的电路长度可—忽略不计《时(如SP》。D安装?在设备端口)—Up/f≤Uw【
《
《 2? , SPD和设—备间的电路》长度不大《于1:0米时(《如SPD安装在【二级配电箱或插座处!)Up/《f≤0.8》Uw当内部系统故】障会导致人身伤害或!公共服务损失时应】考虑振荡导》致的两倍电压并【要求满足Up/【f≤Uw/2
【
?
: :。 3 SPD】和,设备间的电路—长度大于1》0m:时(如SPD安【。装在建筑物入口处或!。某,些情况下二级配【电箱处)
】
?
】 式中Uw被保【护设备?的绝:缘耐冲?击电压额《定值(k《V);
》
— 《 Ui雷【击建筑物上或—附近时SPD—。与被:保护设备间线—路回路的感应过电】压(k?V,)
:
?
: 《鉴于IEC 623!05-4第二版在本!。规范修订完成—时尚未成为正—。式标准本《规范仍采《用,已,等同采纳《为国标的IE—C 62305-4!200?6中的有《关计算方法
!
1【0款在一条线路【上级联选《择,和安装两个以—上的浪涌保护器(】SPD)时应当达】到多级电源》SPD的能量协【调配合
【
? , 雷电电磁脉【冲(LEM》P)和操作》。过电压会危》及敏感?的电子信《息系统?除了采?取第5章其他措【施外为了避免雷【电和操作引》起的:浪涌通过配电线路损!害电子设备》按IEC防》雷分:区的观点《通常在?配电线?穿越防雷《区域(?LPZ?)界面处《安装浪涌保护器(】S,PD)如果线路穿】。。越多个防《雷区域宜在每个区域!界面处安装一个电源!SPD(图1)【这些:SPD除了注—意接线方式外—还应该对它》们进行精《。心选择并使之—能量配合以便按照】。各SPD的》。。能量耐受能力分摊雷!电流把雷电流导引】入地使雷电威—胁值减?少到:受保护?设备的?抗扰度之《下达到保护电子系统!的效果这就是多【级电源S《P,D,的,能量配合《
《
?
?
图12 低压!配电线路穿越两个】防雷区域时在边界】安装SPD示例【。
:
】。有效的能量配合【应考虑?各SPD的特—性、安装《地点的?雷电威胁值以及【受保护?设备的?特性SPD和设备】的特:性,可从产品说明书【中获得雷电威胁【值,主要考虑直接—雷击中的《首次短雷击后续【短时雷击《陡度:虽大但其幅》值、单?位能:量和电荷量均—较,首次短雷《击小而长雷击只【是SPDⅠ类—测,试,电,流的一个附加负荷】因素在S《PD的能《量配:合过程中可》以不予考虑因此只要!SPD系统能防【御直接雷击》中的首?次短雷击其他—形式的雷击将不【至于构成威胁
【
?
,
? 1 配—合的目的
》
【 , 电源?。SPD能量》。配合的?目的是利用SP【D的泄流和》限压作用把出—现在配电线》路上的雷电、操作等!浪涌电流安》。全,地引:导入地使电子信【息系统获《得保护只要对于【所有:的浪涌过电》压和过电流》SPD保护系—统中任何一个S【P,D,所耗散的能》量不超出各自的【耐受能力就》实现了能量配合
!
》 2 能量】配合的方法
】
,
SP】。D之间可以采用【。下列方?法之一?。进行配合《。
:
:
》 1)【伏安特性配合—
》
》 这》种方法基于SP【D的静态伏安—特性适?。用于:限压型S《PD的配合该—法对电流波形不是】特别敏感《也不需要《去耦元件线路—上,的分布阻抗》本,身就有一定的去【耦,作用
《
:
,
《 2—),使用专?门,。的去耦元件》配合
《
》 — 为了?达到配合的目的可以!使,用具有足够的浪涌耐!受能力?的集中元件作去【耦元:件(其中《电,阻元件主要用—于信息系统》中,而电:感元件主要用于电】源系统中)如果采】用电感去《耦电:流陡度是《。决定性的《参数电感《值和电?流陡度越《大越易实《现,能量配合
!
》 : , 3)用触发型的S!PD配合
—。
,
:。
》 《触发:型的:SPD可《以用来实现》SPD的配合—触发:型SPD的》电子触发电路—应当:保证被配《合的:后续SP《D的能量耐受—能力不会被超出这】。个方法?。也,不需要去耦元件
!
》 3 S【PD配合的基本【模型和原《理
:
!SPD?配合:的基本模型见图13!图中以两《级SPD为例说明S!PD配合的原理配电!系统中两级SP【D的两?。。种配:合方式介绍如—下
! ●两个限压型】S,PD的配合;
】
【 ●开关型SPD和!限压型SP》D的配?合
【 《。这两种配合共—同的特点是
【
,
,
,。
【图13 《 SPD能量配【合,电路模型
》
:
! 1)前》级,SPD?1的泄流《能力应比《后,级SPD2的—大得多即通流量【大得多(比如S【PD1应泄去—。80:%以上的雷电流【);
—
! 2)去耦元件可】采用集中元件也可利!用两级SPD之间】连接:导线的分布电感(】该分:布电感?的值应足够大)【;
】 3】)最后一级S—PD的?限压应?小于被保护设—备的耐受《电压
《
《 》 : 这:两种配合不同—的特点是
》。
】 1—)两个限压型SP】D的伏?安特性都是连续的】。。(例如MOV或抑】制二极?管)当?两个限压型SP【D标称导通》电压(Un)相同】且能量?配合正?确时由于《线路自身电感或【串联:去耦元件《LDE的阻》流作用输入的—浪涌上升达到SP】D1启动电压并【使之导?通,时S:PD:2不可能同时—导通只有当浪—涌电压继续》上升流?过SP?D1:的电流增大使SP】D1的残压上升SP!D2两端电》。压随之上升达到S】PD2的《启动电压时SP【D2才导通只要【。通过:。各SPD的》。浪涌能量都不—超,。过,各自的耐受》。能力:。就实现了《。能量配合
】
》 , 2》)开关型SPD1】和限压?型,SPD2配合时S】PD1的伏安特性不!连续(例《如火:。花间隙?(SG)、气体【放电管(《GDT)半导体闸】流管、可控硅整【流器、三端双—向可控硅开关元【件等)后续S—PD2的伏》安特性连续图1【4说明了这两种【S,PD能量配合—。的基本原则》当浪涌输入》。时由于?。S,PD1(《SG)的触发电压较!高SPD2将首【先达到启《动电压而导通随【着浪涌电压继续上】升流过SPD2的电!流增大?使SPD2的两端】电压u2《。(,残压)上升当S【PD1的两》端电压u1(等于】SPD?2两端的残压—u2与去耦元—件两:端动态压降》uDE?之和)超过SG的】动态火花放》电,电压uSPAR【。K即u1=u2+】uDE≥USP【ARK时SG就【会点火导通》只要通过SPD【2的浪涌电》流能量?未,超出其耐受》能力之?。前SG触发导通就实!。现了能量配合否则没!实现能量配合这【一切取?决于MOV的特【。性和入侵的浪—涌电流的陡》度、幅度《。和去:耦元:件的大小此外这种配!合还通?过,SPD1的》开关特性缩短10】/350μs—的初始冲《击电流的半》值时间大大减小【了后续SPD的【负荷值得注意的是S!P,D1点火导》通之前?SPD2将承受【全部雷电流》
】
图1—。4 S《G和M?OV的能量配—合原理
—
? 4 去】耦元件的选择
!。
《 如果》电源:SPD系统采—用线路的分布电感】进行能量《配合其电感》大小与线路布—设和长度《有关线路《单位长度分布电【感可:以用下述方法近似估!算两根导线(相线和!地线)在《同一:个电缆?中电感大约为0.5!到1μH/》m(取决于导线的】截面积)《;两根?。分开的导线应当【假定单位长度导【。线有更大的电感值】(取决于两根导线之!间的:距离)则去耦电【感为单位长度分布】电感与长度的积【因此为了配合必须】有最小线路》长度要求如不满足要!。求就须加去》耦,元,件(电感或电阻【。)
—
5:.,。4.4?。 2款《是根据低压电涌保】护器 《第22?部分电?信和:信,号网络的电涌—保,护器(S《PD)选《择和使用导则GB】/T 1880【2.22-2—008(IE—C 6?1643-2—22004》。IDT?)标准的《。第7.3《.1条第1款编【写,的图5.4.4【是根据GB/T 】18802.2【2-2008图【。3编写的
!
3款【表5.4《。.4是根《。据低压电涌保护器】 第2《2部分电《信和信号《网络的电涌保护【器(SPD)选择和!使用导则GB/T】 18802—。.22?-200《8,标准的?第7.?3.1条第2—款表3编写》的
?