摘要：參考《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50057—2010）、《低壓配電系統(tǒng)的電涌保護(hù)器（SPD）第12部分：選擇和使用導(dǎo)則》（GB/T 18802.12—2006），分析了如何根據(jù)被保護(hù)設(shè)備的具體功能、建筑物、線路敷設(shè)方式等情況進(jìn)行SPD選型，以便合理選擇適用于660 V配電系統(tǒng)的SPD產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：電涌保護(hù)器（SPD）;接線方式;技術(shù)參數(shù)

0? ? 引言

某一環(huán)保裝置的配電設(shè)計(jì)，基于技術(shù)經(jīng)濟(jì)評估，對一臺(tái)電機(jī)功率為400 kW的變頻離心風(fēng)機(jī)采用380/660 V等級的低壓供配電系統(tǒng)。案例背景中電涌保護(hù)器（SPD）的主要保護(hù)對象是以大功率電子器件為主要組成的400 kW變頻器。

本文根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50057—2010）[1]、《低壓配電系統(tǒng)的電涌保護(hù)器（SPD）第12部分：選擇和使用導(dǎo)則》（GB/T 18802.12—2006）[2]，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)用情況，以電涌保護(hù)選型設(shè)計(jì)的基本問題——SPD的基本參數(shù)選擇、SPD的布局和保護(hù)模式為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合背景論述380/660 V變頻配電系統(tǒng)中SPD的設(shè)計(jì)選型：

（1）通過在配電總柜的進(jìn)線端安裝SPD，對660 V系統(tǒng)的相線、中性線、信號線和變頻器實(shí)現(xiàn)等電位，進(jìn)行過電壓保護(hù);

（2）通過安裝在變頻器柜出線端的SPD進(jìn)行過電壓防護(hù)（為了論述方便，以下簡稱進(jìn)線端SPD和出線端SPD）。

1? ? 過電壓及防雷區(qū)的劃分

1.1? ? 防雷區(qū)的劃分

將需要保護(hù)的空間劃分為不同的防雷區(qū)，以各防雷區(qū)交界處的電磁環(huán)境有明顯改變作為劃分不同防雷區(qū)的特征。

配電室裝有防雷裝置，并完好地進(jìn)行了等電位連接。根據(jù)表1所示防雷區(qū)（LPZ）定義和劃分原則，此660 V系統(tǒng)配電裝置安裝于防雷區(qū)LPZ1區(qū)內(nèi)。

1.2? ? 過電壓的類型

產(chǎn)生瞬間過電壓的原因主要有兩大類：內(nèi)部過電壓和大氣過電壓。大氣過電壓主要是指直接雷、感應(yīng)雷，配電系統(tǒng)所布置場所不可能遭受直接雷擊。

660 V配電系統(tǒng)的上級變壓器和與之配套的6 kV高壓開關(guān)柜在同一層配電室內(nèi)，可以確定的是：

（1）進(jìn)線端的SPD可能遭受內(nèi)部的操作過電壓和來自變壓器中性點(diǎn)接地和進(jìn)線電纜所引起的感應(yīng)雷電影響;

（2）出線端可能受到來自出線電纜的感應(yīng)雷影響。

2? ? SPD的參數(shù)選擇

2.1? ? 保護(hù)模式

共模保護(hù)模式為L相線或中性線與PE之間設(shè)置SPD的接線方式。

差模保護(hù)模式為L相線與L相線、L相線與中性線之間設(shè)置SPD的接線方式。

CT1接線就是指在L相線、中性線與PE之間設(shè)置SPD。

CT2接線即俗稱的“3+1”接線，就是在L相線與中性線之間設(shè)置SPD，同時(shí)在中性線與PE線之間設(shè)置SPD。

本案接地采用TN-S系統(tǒng)，但由于系統(tǒng)只提供主電源運(yùn)行一臺(tái)400 kW的變頻電機(jī)，控制電源由AC380/220 V回路提供，所以未引中性線母排至變壓器進(jìn)線柜（安裝上端SPD于此柜，660 V配電總柜）。SPD的接線安裝于L—PE之間，采用共模保護(hù)模式、CT1的接線方式。目前電涌保護(hù)器的保護(hù)模式大部分是共模保護(hù)（L—PE、N—PE）。電涌保護(hù)器的接線同時(shí)要遵從最短原則，連接導(dǎo)線應(yīng)盡可能短而直。

需要強(qiáng)調(diào)的是，SPD的上端安裝微型斷路器可以避免電涌保護(hù)器動(dòng)作時(shí)的電流同時(shí)引起上級漏電保護(hù)裝置誤動(dòng)作的可能，SPD只能限制瞬態(tài)電涌電壓，不能承受電網(wǎng)過大的、異常的暫態(tài)過電壓（暫態(tài)過電壓是指電網(wǎng)故障引起的持續(xù)幾個(gè)周波或幾秒的工頻過電壓），上端斷路器可以一定程度地保護(hù)SPD不被擊穿，并在需要時(shí)及時(shí)切斷故障，保護(hù)人員和設(shè)備安全。

2.2? ? 電壓保護(hù)水平

筆者認(rèn)為：一般而言，當(dāng)受保護(hù)設(shè)備具有足夠的過電壓承受能力時(shí)，在靠近配電干線的配電盤處設(shè)計(jì)一個(gè)SPD就足夠了;在有敏感設(shè)備的情況下，電壓保護(hù)水平加上線路上感應(yīng)過電壓不足以保護(hù)設(shè)備時(shí)，在被保護(hù)設(shè)備處裝設(shè)第二級SPD。

低壓變頻器所用元件IGBT能承受的電壓是1 500～1 800 V，電壓再高，元件就會(huì)損壞。本案中安裝進(jìn)線端SPD和出線端SPD的目的主要是考慮到受保護(hù)系統(tǒng)中此敏感設(shè)備的過電壓承受能力Uw。

SPD設(shè)計(jì)級數(shù)的選擇，核心是SPD的電壓保護(hù)水平Up應(yīng)至少與被保護(hù)電氣設(shè)備的沖擊耐受水平Uw相匹配。受保護(hù)設(shè)備的耐沖擊電壓額定值Uw應(yīng)大于SPD的Up，并適度考慮一些裕量。

2.3? ? 最大持續(xù)運(yùn)行電壓

SPD需長期接入電源電路，承受電源上各種電壓作用而不劣化?？紤]系統(tǒng)的接地類型、電網(wǎng)的正常波動(dòng)、調(diào)節(jié)和諧波等，SPD的持續(xù)工作電壓Uc應(yīng)符合表2規(guī)定。

對于380/660 V三相系統(tǒng)中的SPD，這里Un1=380 V，最大持續(xù)運(yùn)行電壓Uc=1.15×380=437 V。

2.4? ? 通流容量

通流容量與電流波形（特別是波長）有關(guān)。本案主要是限制沿線侵入的雷電電涌和雷電感應(yīng)，因此通常選擇以8/20 μs波形，用Ⅱ級試驗(yàn)檢驗(yàn)，以最大放電電流Imax和標(biāo)稱放電電流In表征限壓型電涌保護(hù)器，Imax可按2In計(jì)。

引述《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊》第三版第832頁文字如下：“為抑制從配電線路引入的大氣過電壓和內(nèi)部操作過電壓，在正常情況下裝設(shè)對于防止大氣過電壓（由間接的、遠(yuǎn)處雷擊引起的）和操作過電壓保護(hù)通常是設(shè)計(jì)Ⅱ級試驗(yàn)的SPD，在必要時(shí)設(shè)計(jì)Ⅲ級試驗(yàn)的SPD。”所以本案中根據(jù)參數(shù)選擇合適的Ⅱ級試驗(yàn)的SPD。對于任一保護(hù)模式的SPD，標(biāo)稱放電電流In均不應(yīng)小于5 kA，三相系統(tǒng)In按接于相線與PE之間的每個(gè)SPD的4倍選取，不應(yīng)小于20 kA（8/20 μs）。

本案選擇In=20 kA、Imax=40 kA的Ⅱ級試驗(yàn)的SPD。

3? ? 產(chǎn)品選型

羅列所選參數(shù)如表3所示。

一般情況下：

（1）電壓保護(hù)水平越低，保護(hù)效果越好。

（2）通流容量越高，雷電下安全性越好。但是通流容量越大，SPD的價(jià)格越高。

（3）最大持續(xù)電壓越高，長期安全性越好，但是最大持續(xù)運(yùn)行電壓升高，電壓保護(hù)水平也水漲船高。

根據(jù)所羅列的參數(shù)尋找最適合的產(chǎn)品，目前市場上的電涌保護(hù)器主要有施耐德電氣公司旗下梅蘭日蘭品牌的PRD系列和ST系列產(chǎn)品、ABB公司的OVR系列產(chǎn)品、正泰公司的Nu系列產(chǎn)品等。

翻閱ABB公司OVR系列產(chǎn)品選型手冊，最適合本案的產(chǎn)品型號為OVR BT2 1-40-440。

（1）應(yīng)用于第二級保護(hù)，Ⅱ級試驗(yàn)，限壓型電涌保護(hù)器;

（2）單級，最大放電電流Imax=40 kA;

（3）持續(xù)工作電壓Uc=440 V，電壓保護(hù)水平為1.8 kV。

翻閱施耐德公司的電涌保護(hù)器產(chǎn)品，最適合本案的產(chǎn)品型號是iST 1P-40-440和iPR 1P-40-440。

（1）應(yīng)用于第二級保護(hù)，Ⅱ級試驗(yàn)，限壓型電涌保護(hù)器;

（2）單級，最大放電電流Imax=40 kA;

（3）持續(xù)工作電壓Uc=440 V，電壓保護(hù)水平為1.5 kV。

綜合比較，iST和iPR的電壓保護(hù)水平在參數(shù)上更能滿足本工程的需要。同時(shí)，所選的這些系列產(chǎn)品都存在這樣一個(gè)問題：它們都是針對交流50/60 Hz、額定電壓230/400 V的系統(tǒng)，沒有明確表示能夠在660 V系統(tǒng)中使用。但我們依舊能根據(jù)需要、根據(jù)每一個(gè)參數(shù)的需求比對來選出合適的規(guī)格型號，比如本工程最后選擇了施耐德iPR40系列的二級電涌保護(hù)器，在使用中也證明可以無差別地實(shí)現(xiàn)電涌保護(hù)功能。盡管如此，還是希望市場能夠進(jìn)一步完善660 V標(biāo)稱電壓的產(chǎn)品。

4? ? 結(jié)語

綜上所述，不能孤立地對待電涌保護(hù)器的設(shè)計(jì)，必須對建筑物的具體情況及被保護(hù)設(shè)備的具體功能、耐受電壓、絕緣情況進(jìn)行認(rèn)真分析。另外，基于規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)正確選擇合理的接線方式（CT1、CT2）和技術(shù)參數(shù)（In、Ic、Imax、Ip等）對于保證電氣設(shè)備的安全和正常使用尤為重要。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50057—2010[S].

[2] 低壓配電系統(tǒng)的電涌保護(hù)器（SPD）第12部分：選擇和使用導(dǎo)則：GB/T 18802.12—2006[S].

[3] 中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊[M].北京：中國電力出版社，2005.

收稿日期：2020-04-24

作者簡介：周鵬（1987—），男，江蘇揚(yáng)州人，工程師，研究方向：供配電工程設(shè)計(jì)、施工。