发表论文：SPD在低压配电系统中的应用

　　（广州市城市规划勘测设计研究院广东广州510000）
　　摘要：本文从建筑物低压配电系统设计的角度，介绍了各类SPD的特点，描述了浪涌保护器的基本参数特性，及其在低压配电系统中的选择与应用，以及安装中的注意事项。
　　关键词：SPD、低压配电
　　1.引言
　　随着经济的迅速发展，民用建筑中电子信息设备不断增加，雷电电磁脉冲的危害越来越大，单单依靠传统的避雷网及接闪器已不能满足保护设备及各种智能电器的需要，所以除采用防直击雷措施外，还应考虑雷电电磁脉冲的防护措施，将雷电过电压堵截消除在电子信息设备之外，对雷电侵入通道和途径采取相应的防护措施，其中在220/380V低压配电线路加装浪涌保护器（以下简称为SPD）就是一种行之有效的防护措施。浪涌保护器是近几年研发出的保护电器,分为电源浪涌保护器和信号浪涌保护器。主要用于对因雷电等因素产生的过电压、过电流的泄放。
　　2.SPD定义与分类
　　2.1SPD定义。电涌保护器SPD（SurgeProtectiveDevice）是一种用于带电系统中限制瞬态过电压和引导泄放电涌电流的非线性防护器件。用以保护电器或电子系统免遭雷电或操作过电压及涌流的损害。
　　2.2SPD的分类。按使用的非线性元件的特性分为：
　　（1）电压开关型SPD：当无电涌时，SPD呈高阻状态；当电涌电压达到一定值时，SPD突然变为低阻抗。常用的非线性元件有放电间隙、气体放电管、双向可控硅开关管等。它具有通流容量大的特点，特别适合用于LPZ0A区或LPZ0B区与LPZ1区界面处的雷电浪涌保护，且一般宜用于“3+1”保护模式中低压N线与PE线间的电涌保护。
　　（2）限压型SPD：当无电涌时，SPD呈高阻抗，但随着电涌电压和电流的升高，其阻抗持续下降而呈低阻导通状态。采用的非线性元件有压敏电阻、瞬态抑制二极管（如齐纳二极管或雪崩二极管）等，这类SPD又称“箝压型SPD”因其箝位电压水平比开关型SPD要低，故常用于LPZ0B区和LPZ1区及以上雷电防护区域内的雷电过电压或操作过电压保护。
　　（3）混合型SPD：将电压开关型元件和限压型元件组合在一起的一种SPD，随其所承受的冲击电压特性的不同而分别呈现电压开关型SPD、限压型SPD或同时呈现开关型及限压型两种特性。
　　3．SPD的主要性能指标
　　3.1最大持续工作电压UC。UC为允许持续施加于SPD端子间的最大电压有效值（交流方均根电压或直流电压），其值等于SPD的额定电压。UC不应低于线路中可能出现的最大连续运行电压，并应考虑系统最大电压偏差值及短时过电压。对于220/380V三相系统中的SPD，其持续工作电压UC应符合表1的规定。
　　表1、低压220/380V系统中电涌保护器的最大持续工作电压
　　
　　系统特征
　　
　　SPD
　　安装于 TN系统 TT系统 IT系统
　　 TN-S TN-C SPD安装于
　　RCD负荷侧 SPD安装于
　　RCD电源侧引出中性线不引出中性线
　　L-N ≥1.15Un1 不适用 ≥1.55Un1 ≥1.15Un1 ≥1.15Un1 不适用
　　L-PE ≥1.15Un1 不适用 ≥1.55Un1 ≥1.15Un1 ≥1.05U*n2 ≥1.15Un2
　　N-PE ≥U*n1 不适用 ≥U*n1 ≥U*n1 ≥U*n1 不适用
　　L-PEN 不适用 ≥1.15Un1 不适用不适用不适用不适用
　　注：1.表中Un1为系统标称相电压，Un2为系统标称线电压；对220/380系统，Un1=220V，Un2=380V。2.RCD为剩余动作电流保护器（漏电保护器）或带漏电保护功能的断路器。3.系数1.15中0.1考虑系统的电压偏差，0.05考虑电涌保护器的老化。4.标有*的值时故障下最坏的情况，所以不需计及10%的允许偏差。
　　在供电系统电压偏差超过10%以及因谐波作用使正常运行电压幅值升高的场所，还应根据具体情况适当提高上述SPD规定的UC值，同时应兼顾过电压保护水平（UP）与被保护设备的配合。
　　3.2电压保护水平UP。UP为表征SPD限制接线端子间电压的性能参数，对电压开关型SPD指规定陡度下最大放电电压，对电压限制型SPD指规定电流波形下的最大残压。
　　在建筑物进线处或其他防雷区界面处的最大电涌电压，即SPD的最大箝压加上其两端引线的感应电压，应与所属系统及设备的绝缘水平相配合。因此，SPD的电压保护水平UP加上其两端引线（至所保护对象前）的感应电压之和，应小于所在系统和设备的绝缘耐冲击电压值，并不宜大于被保护设备耐压水平的80%。当无法获得设备的绝缘耐冲击电压时，低压系统设备可按表2确定
　　表2、低压系统各类设备的额定冲击电压耐受值
　　系统标称电压从交流或直流标称电压导出线对中性点的电压设备的额定冲击电压
　　  过电压（安装）类别
　　三相单相  Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
　　  ≤50 20 500 800 1500
　　  ≤100 500 800 1500 2500
　　 120~240 ≤150 800 1500 2500 4000
　　230/400  ≤300 1500 2500 4000 6000
　　277/488  ≤300 1500 2500 4000 6000
　　400/690  ≤600 2500 4000 6000 8000
　　1000  ≤1000 4000 6000 8000 12000
　　注：①过电压（安装）类别说明：过电压类别Ⅰ—需要将瞬态过电压限制到特定低水平的设备，例如电子电路或电子设备。过电压类别Ⅱ—由末级配电装置供电的设备，如家用电器，可移动式工具或类似负荷。过电压类别Ⅲ—安装于配电装置中的设备，如配电盘及安装于配电盘中的开关电器，包括电缆、母线等布线系统，以及永久连接至配电装置的工业用电设备，比如电动机等。
　　过电压类别Ⅳ—使用在配电装置电源端的设备，如主配电盘中的电气仪表和前级过流保护设备、波纹控制设备、稳压设备等。
　　②三相四线配电系统用符号“/”表示，较低值为线对中性点电压，较高值为线对线电压，仅有一个值的表示三相三线系统时为线电压。
　　3.3放电电流和冲击电流
　　标称放电电流In（额定放电电流）：流过SPD的8/20μs波形的放电电流峰值（kA）。一般用于对SPD做Ⅱ级分类试验，也可用于Ⅰ、Ⅱ级分类试验的预处理试验。
　　最大放电电流Imax：通过SPD的8/20μs电流波的峰值电流。用于SPD的Ⅱ级分类试验，其值按Ⅱ级动作负载的试验程序确定，Imax>In。
　　冲击电流Iimp（脉冲电流）：由电流峰值Ip和总电荷Q所规定的脉冲电流，一般用于SPD的Ⅰ级分类试验，其波形为10/350μs。
　　SPD承受预期雷电涌流的能力由SPD的标称放电电流来表征，对每一保护模式SPD的标称放电电流In不应小于5kA（8/20μs）。而当保护模式为SPD接于每一相线与中性线之间及接于中性线与保护线（PE）之间（即“3+1”保护模式）时，接于中性线和PE线之间的SPD，对于三相系统In按接于相线与PE之间的每个SPD的4倍选取，即不应小于20kA（8/20μs），对于单相系统In按接于相线与PE之间的每个SPD的2倍选取，即不应小于10kA（8/20μs）
　　对SPD的每一保护模式，通过的雷电冲击电流Iimp值不应小于12.5kA；对“3+1”保护模式中接于中性线和PE线间的SPD，对于三相系统Iimp不应小于50kA，对于单相系统Iimp不应小于25kA。
　　4．浪涌保护器安装的注意事项
　　4.1第一级保护的SPD应靠近建筑物的入户线的总等电位连接端子处,第二、三级保护的SPD应尽量靠近被保护设备安装。
　　4.2浪涌保护器连接导线要尽可能短而直,其长度不宜大于0.5m。这是因为雷电流脉冲前沿很陡,di/dt值很大,此时连接导线的电感产生的压降远大于导线电阻产生的压降,因而在SPD安装时应尽可能缩短连接导线长度。
　　4.3浪涌保护器的连接线和接地线一般采用多股铜线，接地线截面积应大于连接线（上引线）的截面积，并按与SPD连接的等电位联结排主接地线截面的50%确定。SPD的连接线和接地线截面的选择应符合表3的要求。
　　表3、SPD的连接线和接地线截面选择表
　　导线名称铜线截面积（mm2）
　　主电路导线 ≤35 50 ≥70
　　连接线 10 16 25
　　接地线 ≥16 25 ≥35
　　六．结论
　　综上所述,对于电子、电气设备的瞬态过电压防护,是低压配电系统中瞬态过电压防护的一个重要组成部分，通过正确的选择和使用浪涌保护器,并配合直击雷防护、屏蔽、等电位联结、共用接地等措施,可以有效地阻止和减弱雷击电磁波侵入被保护电气和电子系统，最大限度地减小电源系统中各类瞬态过电压对电子设备的损坏及干扰。
　　参考文献
　　[1]《工业与民用配电设计手册》第三版中国电力出版社
　　[2]《建筑物防雷设计规范》GB50057-1994（2000年版）
　　[3]《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008
　　[4]《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2004
　　