?
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G!B/T 1》689?5.10-2—01:0/IEC —60364-—4-442007】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T—N-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T!。N-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2》2,0,/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T》N-S?系统N线不能再次】接地以?避免:工频50Hz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4-4》4部分安全防护 !电压骚扰和》电磁骚扰防护GB】/T: 16895.1】0-2?010/I》EC 6《。03:64-4-442】007?。第443.》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 16895!。.22-200【4(idt》 IEC 6—036?4-5-5》32001 A1!。2002)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SPD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:
:
《 ? SP?D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L:P,Z0:A或LP《Z0B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S:PD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《PD应?是通过10/3【50μs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SP《D作第一级保护【SPD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SP《D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SPD《。。来进一步降低冲击】。电压此?级SPD《。应,为通过8/20【μ,s波:。形标称?放电电流In—(Ⅱ:类)试验《的SPD并能—将电压保护水平【UP限制在约2kV!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SPD这级S!。PD:应为通过《8/:20μs波形标【称放电电流In试】验或复合波Ⅲ类试验!的SPD它的—保护水平《。UP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SP》D如果保护水平UP!不大于2.5kV】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S—PD
?
?
通常】是在电源线路进【入建筑物的》入口(?LPZ?。1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S!PD1?的保护水平UP【1使有效保护水平】up:/f≤Uw根—据本条9款规定【检查或估算》振荡保?护距离Lp0/【1和感应保护距离】L,pi/1若满—足UP/f≤Uw而!且SPD1》与被保护设备间线】路长度小于Lp0】/1:和Lpi《/1则SPD1有】。。效地保护了设备否】则应设置SPD【2在靠近《。被保:护设备?(L:PZ2边界)—的分配电箱内设【置SPD2;选择S!PD2?的保护?水平Up2使—有,效保:护水平Up/f≤】U,w检查或估算振【荡,保护:距,离Lp0/》2和感应保》护距离Lpi/2若!。满足:有效保护水平—Up/f≤Uw【而且S?。PD2与被保—护设备间线路—长度小于Lp—0/2和Lpi/2!则SPD《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SPD】3该SPD应与S】PD:1和:SPD2《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 :2171《4.1-2008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Iimp—等于或大于12【.5kA是根据【GB 168—95.?22-2《004的规定
!
:
6款【。对于开关《型SPD1》至限压型SP—D,2之间的线距应大】。于1:0,m和S?PD2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!SP:D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S》P,D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【SPD都能》分级启?动,泄流避免多级SPD!间出现盲《点两级S《PD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Ii《mp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G—B 16895.2!2,-2004》的规定Iimp值】应大于或等》于,12.5kA所【以表:5.4.3-—3中在LPZ0与】。LPZ1边界—的总配电箱处—C、D等级》的I:im:p参数推荐值—为12?.5kA12.【5kA这个Iimp!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20kA;—B级Iimp—推荐值?为15kA
—。
】 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8/20【μs)的限压—型浪:涌保护器所以本规】范推荐在L》PZ:0与LPZ1边界的!总配电箱《也可选用经Ⅱ类【试验(波《形8/2《。0,μs)的浪涌保【护器A级In—≥,80:kA、?B级In《≥6:0kA、C级I【n≥50kA、D级!In≥50k—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LPZ【0与LPZ》1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S【PD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;?SP:D,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SP【D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(LEMP)是敏!感电子设备遭受雷】害的主要原因LE】MP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—LEMP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SPD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LEMP!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SP》。D接线过长国—内外防雷标》准凡涉及电源—浪涌:保护:器(S?P,。D)的安《装时都强调接线要短!直其总长《度不超过0.5m但!大多情况接线长度都!超过1m甚至有【长达:(4~5《)m的;《二是多级SP—D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SPD仍出】现其:内的电子《设备遭雷《击损坏?的现象
【
图5】.4:。.3-2当SPD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?。Up/f为
!
?
《
式中△U!SPD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SP—。D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SPD安—装位置处的线对地电!压限制在Up若【SPD?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【Lp:o是S?PD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Up《/f<?Uw/2时保护【距离可以不考虑若】线路:长度大于10—。。m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】.4-2《008(《I,EC 6230【5-42006I】DT)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S》P,D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S:。PD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L?pi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(LP—Z1)或房》间(:。LPZ2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【Lp:。i
《
【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!Lpi用下列—公式估?算
—。
《
式中!h=30000×K!。s1×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】GB/T《 217《14.4-2008!(IEC《 62305-42!006 IDT)】第D.2.4条【
《
IEC! 6230》5-4?第二:版修订草案(FD】I,S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!Up/?f作出以《下,规定
《
,
1 ! SPD和设备间】的,。电路长度可忽略【不计:。时(如?SPD?安装在设备》端口)U《p/f≤Uw—。
?
:。
2 S!PD和设备间的电路!长度不大于10【米时(如《。SPD安装在二【。级配电箱或插座处)!Up:/f≤?0.8Uw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 SP—D和设备《。间的电路长度大于】10:m时(如SP—D,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(kV);】
《
《 】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?(,kV:。。。)
】 鉴于IE【C :。62305-4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I!EC 62305】-4:200?6中的有《关计算方法
!
: : 10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S:PD:的能:量协调配合
!
雷电电!磁脉冲(《LEMP)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(L】PZ:。)界面处安装浪【涌保护器《(SPD《)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SPD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:S,PD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SP《DⅠ:类测试?电流的一《。。个附:加负荷因素在SPD!。的能量配《合过程中可以不予】考虑因此只要S【PD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S】。P,D能量配《合的目的是利用【SPD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SP!D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SPD的静态伏!安,特性适用于限压型】SPD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?P,D配合
《
?
? 《 触发型的S】PD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》 SPD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SP》D为例说《明SPD配合—的原理配电系—统中两级SPD的】两种配合方式—介绍如下
】
●两】个限压型SPD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1《3 SPD能【。量配合电路模—型
:
:
】 ?1)前级《SPD1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,P,D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《SPD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SPD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,LD:E的阻流《作用输入《的浪涌上升达到【SPD1启》动电:。压并使之导通时【SPD?2不可能同》时导通只有当浪【涌电压继续上升流过!SPD1的电流增】大使SPD1的残】压上升SP》D2两端电压随之】。上升达到SPD2】的,启动电压时》SPD2才导通【只要通过《各SP?D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S:PD1和限》压型SPD2—配合时SPD1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【P,D2:的伏安特《性连续图14说明】了这两种SPD能】。量配合的基》。本原则?当浪涌输《入时由于SPD【1(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SP】。D,2的电流《增大使SPD2的】。两端电压《。u2(残压)上升】当SPD1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uSP《A,RK即u1=u2+!。uDE≥US—P,A,RK时SG就—会点:火导通只要通过【SPD2《。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》MO:V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SPD》1的开关特性缩【短10?/35?0μs的初始冲击电!流,的半值时间》大大减小了后续S】PD的负荷值得注意!的是SPD1点火】导通之前SPD2】将承受全部雷—电流
】
图14! :SG和MOV—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(SPD)选【择和使?用导则GB/T 1!8802.22-】2008(IE【C 616》43-?222004—ID:T)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22【部分电信和》信号网络的电—涌保护器(SPD)!选择和使用导则G】B/T 《18:。802.22-2】。008标《准的第7.3.1条!第2款表3编写的】
: