劉昌明

(四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,四川德陽(yáng) 618000)

電涌保護(hù)器的選用

劉昌明

(四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,四川德陽(yáng) 618000)

從被保護(hù)設(shè)備的重要性、建筑物防雷類別來(lái)確定電涌保護(hù)的可靠性等級(jí)談起,詳細(xì)介紹了電涌保護(hù)器電壓保護(hù)水平、電涌能量承受能力、最大持續(xù)運(yùn)行電壓的確定以及電涌保護(hù)器結(jié)構(gòu)類型選擇和輔助機(jī)構(gòu)選用,對(duì)現(xiàn)代建筑電氣設(shè)計(jì)中利用電涌保護(hù)器防雷擊電磁脈沖電涌保護(hù)器的選用具有一定的參考價(jià)值。

電涌保護(hù)器; 電壓保護(hù)水平; 選用

電涌保護(hù)器Surge pretective device,SPD,目的在于限制瞬態(tài)過(guò)電壓和分流電涌電流的器件,它至少含有一非線性元件。民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范JGJ/T16-2008和建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50057—1994(2000年版)對(duì)配電系統(tǒng)宜采用電涌保護(hù)器(SPD)進(jìn)行保護(hù)都有要求。在建筑電氣設(shè)計(jì)中如何選擇電涌保護(hù)器就是一個(gè)必須解決的問(wèn)題,本文就對(duì)此作一個(gè)分析,希望對(duì)同行有所幫助。

1 確定電涌保護(hù)的可靠性等級(jí)

1.1 被保護(hù)設(shè)備的重要性

按《計(jì)算機(jī)場(chǎng)地安全要求》GB/T9361確定很重要、重要、較重要分別相應(yīng)于A、B、C級(jí),除A、B、C級(jí)以外的機(jī)房為一般,“一般”和“無(wú)不良后果”在實(shí)際工程中對(duì)應(yīng)于設(shè)備價(jià)值不高,系統(tǒng)停運(yùn)對(duì)社會(huì)無(wú)影響。實(shí)際上是指一般機(jī)關(guān)、事業(yè)、中小型企業(yè)計(jì)算機(jī)信息中心,除了電子系統(tǒng)設(shè)備供應(yīng)時(shí)本身帶有的安全措施外無(wú)額外的防護(hù)要求。

1.2 建筑物等效受雷面積Ae的計(jì)算

(1)當(dāng)建筑物高度H小于100m時(shí)

式中:L,W,H為建筑物的長(zhǎng)、寬、高(m)。

(2)當(dāng)建筑物高度H不小于100m時(shí)

1.3 進(jìn)戶線等效受雷面積A'e的計(jì)算

式中:Lp為架空線從建筑物到電源第一個(gè)分支點(diǎn)或到相鄰建筑物的長(zhǎng)度(m),Lp的取值不大于1 000m。

式中:Lp為電纜的長(zhǎng)度(m),取法同上。ds為土壤電阻率(ds以Ψm記數(shù),單位為m),最大為500。

1.4 確定建筑物防雷類別

(1)根據(jù)地區(qū)年平均雷暴日Td,可按下式確定地區(qū)雷擊頻度Ng。

(2)確定建筑物年平均接閃次數(shù)N。

式中:k為地形校正系數(shù),一般情況取 1,曠野孤立的建筑物取 2,金屬屋面的磚木結(jié)構(gòu)建筑物取 1.7,河邊、湖邊、山坡下,山地中土壤電阻率較低處,地下水露頭處,土山頂部,山谷風(fēng)口,特別潮濕的建筑物等取 1.5。

(3)根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50057確定建筑物的防雷類別。

最后根據(jù)被保護(hù)設(shè)備的重要性、建筑物防雷類別、年平均雷暴日確定電涌保護(hù)的可靠性等級(jí)。

2 電涌保護(hù)器電壓保護(hù)水平的確定

電壓保護(hù)水平的確定應(yīng)以電氣、電子設(shè)備的沖擊耐受水平(以絕緣沖擊耐受水平和電涌抗擾度表示)為目標(biāo),其數(shù)值均應(yīng)由制造部門提供。當(dāng)無(wú)提供的數(shù)據(jù)時(shí),沖擊耐受水平宜按表 1的絕緣沖擊耐受電壓確定。

SPD的電壓保護(hù)水平UP應(yīng)低于其保護(hù)范圍被保護(hù)設(shè)備的沖擊耐受水平并留有裕度。對(duì)很重要的設(shè)備,其沖擊耐受水平宜按其值的 80%考慮。

3 電涌保護(hù)器的電涌能量承受能力的確定

3.1 SPD按沖擊電流選擇

對(duì)Ⅰ級(jí)試驗(yàn)的SPD可按沖擊電流Iimp選擇,對(duì)Ⅱ級(jí)試驗(yàn)的SPD可按標(biāo)稱放電電流In選擇,對(duì)Ⅲ級(jí)試驗(yàn)的SPD可按開路電壓UOC或短路電流ISC選擇。SPD的最大放電電流Imax可按2In采用。

3.2 SPD的電涌能量承受能力

各級(jí)SPD的電涌能量承受能力,可通過(guò)雷電流參量來(lái)估算通過(guò)它們的分流值,雷電流參量見表 2～表 4。

當(dāng)無(wú)法估算時(shí),可按以下方法確定:全部雷電流 i的50%流入建筑物防雷裝置的接地裝置,其另 50%,即 is分配于引入建筑物的各種外來(lái)導(dǎo)電物、電力線、通信線等設(shè)施。流入每一設(shè)施的電流ii等于 is/n,n為上述設(shè)施的個(gè)數(shù)。流經(jīng)無(wú)屏蔽電纜芯線的電流iv等于電流ii除以芯線數(shù)m,即iv=ii/m;對(duì)有屏蔽的電纜,絕大部分的電流將沿屏蔽層流走。

3.3 SPD的L-N和L-PE模塊的選擇

當(dāng)不進(jìn)行專門的計(jì)算,且級(jí)間配合有保證時(shí),則具體各級(jí)SPD的L-N和L-PE模塊的電涌能量承受能力可按下列條文和各表選取。各表所列均為三相SPD數(shù)值,單相SPD相線模塊的電涌能量承受能力數(shù)值應(yīng)為三相相應(yīng)值乘以 2。SPD級(jí)次以入口級(jí)為排序一,其后按位置先后依次排序。

(1)當(dāng)建筑物配電進(jìn)線為架空線時(shí),各級(jí)三相SPD的L -N和L-PE模塊的電涌能量承受能力應(yīng)按表5選取。

(2)當(dāng)建筑物配電進(jìn)線為電纜,且變壓器不在建筑物內(nèi)時(shí),各級(jí)三相SPD的L-N和L-PE模塊的電涌能量承受能力應(yīng)按表 6選取。

(3)當(dāng)建筑物配電進(jìn)線為電纜,變壓器設(shè)在建筑物內(nèi)且與建筑物地網(wǎng)共地,線路有屏蔽或無(wú)屏蔽但穿鐵管并兩端接地時(shí),各級(jí)三相SPD的L-N和L-PE模塊的電涌能量承受能力應(yīng)按表 7選取。

(4)當(dāng)建筑物配電進(jìn)線為電纜,本建筑物未設(shè)置外部防雷裝置且處于鄰近高建筑物保護(hù)范圍內(nèi),兩建筑物接地裝置間距大于20m時(shí),各級(jí)三相SPD的L-N和L-PE模塊的電涌能量承受能力應(yīng)按表8選取。

4 電涌保護(hù)器的最大持續(xù)運(yùn)行電壓 UC的確定應(yīng)符合下列規(guī)定

(1)SPD的最大持續(xù)運(yùn)行電壓UC不應(yīng)小于電網(wǎng)最大持續(xù)運(yùn)行電壓UCS;暫態(tài)耐受電壓Ut不應(yīng)小于電網(wǎng)暫態(tài)過(guò)電壓Utov。

(2)對(duì)經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定TOV試驗(yàn)SPD,其UC可按下列數(shù)值選取:

①對(duì)TN接地方式的電涌保護(hù),最大持續(xù)運(yùn)行電壓UC不應(yīng)低于1.15U0。

②對(duì) TT接地方式的電涌保護(hù),金屬氧化物電壓限制型SPD位于RCD負(fù)荷側(cè),且接于相線與地線、中線與地線之間時(shí),共模最大持續(xù)運(yùn)行電壓UC不應(yīng)低于1.55U0。

③對(duì) IT接地方式的電涌保護(hù),接于相線與地線之間的金屬氧化物電壓限制型SPD的共模最大持續(xù)運(yùn)行電壓UC不應(yīng)低于2.0U0。

(3)當(dāng)保護(hù)對(duì)象重要或當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)電壓波動(dòng)超過(guò)規(guī)定范圍時(shí),宜將相線對(duì)中線的最大持續(xù)運(yùn)行電壓 UC提高到1.45U0,相線對(duì)地線的最大持續(xù)運(yùn)行電壓 UC提高到1.73U0。

5 電涌保護(hù)器結(jié)構(gòu)類型選擇應(yīng)符合下列規(guī)定

(1)當(dāng)參數(shù)符合要求時(shí),建筑物內(nèi)入口級(jí)SPD宜選電壓限制型。當(dāng)向建筑物供電的配電線為架空線時(shí),入口級(jí) SPD可選用以間隙作為保護(hù)元件的電壓開關(guān)型 SPD。電壓開關(guān)型SPD應(yīng)選擇密封間隙、能自動(dòng)熄滅工頻續(xù)流的產(chǎn)品,并進(jìn)行電源系統(tǒng)工頻短路電流計(jì)算,校驗(yàn)此短路電流值是否超出間隙的續(xù)流開斷等級(jí)。如超出可選用電子觸發(fā)、放電電壓較低的間隙為保護(hù)元件的電壓開關(guān)型SPD。

(2)入口級(jí)以后各級(jí)均宜選金屬氧化物非線性電阻或其他類型的限壓型SPD?？蛇x用包含L-C濾波器(串聯(lián)電感,并聯(lián)電容低通濾波衰減器)的二端口SPD作為電子設(shè)備的SPD(特別是入口級(jí)為電壓開關(guān)型SPD時(shí))。

(3)可選用內(nèi)裝單級(jí)或已配合好的多級(jí)SPD模塊和輔助機(jī)構(gòu)的電涌保護(hù)箱,并應(yīng)注意控制引線長(zhǎng)度和減少電感。一個(gè)電涌保護(hù)箱應(yīng)按其外部特性視為一個(gè)電涌保護(hù)器,不應(yīng)選用以金屬氧化物SPD產(chǎn)品外部并聯(lián)的方法擴(kuò)大電涌能量承受能力的電涌保護(hù)箱。

6 電涌保護(hù)器輔助機(jī)構(gòu)選用

(1)金屬氧化物電阻SPD或電涌保護(hù)箱應(yīng)選用具有運(yùn)行狀態(tài)指示器和SPD故障脫離器的產(chǎn)品。

(2)金屬氧化物電阻SPD或電涌保護(hù)箱宜選用具有報(bào)警指示或報(bào)警觸點(diǎn)的產(chǎn)品。

(3)間隙SPD可選用具有運(yùn)行狀態(tài)指示器的產(chǎn)品。

(4)SPD或電涌保護(hù)箱可選用具有雷擊計(jì)數(shù)器或雷電流記錄器的產(chǎn)品。

7 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述,電涌保護(hù)器的選用,先根據(jù)被保護(hù)設(shè)備的重要性、年平均雷暴日數(shù)、建筑物進(jìn)戶線的等效受雷面積、建筑物防雷類別來(lái)確定電涌保護(hù)的可靠性等級(jí),再確定電涌保護(hù)器的電壓保護(hù)水平、電涌能量承受能力、最大持續(xù)運(yùn)行電壓等參數(shù),最后選擇電涌保護(hù)器結(jié)構(gòu)類型和輔助機(jī)構(gòu)等。

[1] CECS 174:2004建筑物低壓電源電涌保護(hù)器選用、安裝、驗(yàn)收及維護(hù)規(guī)程[S]

[2] 楊金夕.防雷·接地及電氣安全技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007

[3] GB 50057—1994建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范(2000年版)[S]

TU976+.55

B

2010-02-02

劉昌明(1969～),男,副教授,全國(guó)注冊(cè)電氣工程師,全國(guó)注冊(cè)一級(jí)建造師,全國(guó)注冊(cè)監(jiān)理工程師,主要從事建筑供配電、建筑電氣施工技術(shù)等課程的教學(xué)與研究。