低压供电系统避雷器的选用

1、撰 稿：黄 宏 龙n雷电是一种常见的自然现象，它有两大危害： 1）人身安全的危害 2）电气电子设备的危害 雷电灾害涉及面广，随着科技的发展，各种电气设备的灵敏度越来越高，从电力、建筑这两个传统领域扩展到几乎所有行业，特别是与高新技术关系最密切的领域，如互联网，数据中心等，雷灾造成的经济损失和危害程度大大增加了。因此，我们必须不断提高对雷灾的防御能力。n当雷电落在建筑物或者建筑物附近以及输电线路或输电线路附近，侵入或感应出数十千伏的瞬态过电压，并沿着线路侵入配电回路而损坏电子电气设备。n为了保护电气系统和重要的电气电子设备免遭雷击过电压的损坏，低压配电系统和通信信号系统必须安装电涌保护器。电涌保

2、护器又称为“SPD”、“浪涌保护器”、“浪涌抑制器”、“避雷器”、“防雷器”、“防雷保安器”等。一、避雷器产品概述二、电涌保护器分类三、电涌保护器的几个重要参数四、电涌保护器选型五、SPD后备保护的选择 电涌保护器（ Surge Protective Device, SPD）主要用来限制在电源和信号系统中由雷电引起的瞬态过电压 (即雷电电涌) 和大部分的操作过电压。雷电电涌可以通过电源或信号线路侵入设备，可以由于雷击时地电位升高反击设备，也可以因雷击建筑物本身 (或在附近)产生的脉冲电磁场在电缆和环路中感应产生。因此，除了配备良好的避雷针、引下线和接地装置等外部防雷措施，还需要安装SPD。因为

3、它们无法防止雷电感应电压沿线的传导侵入和雷电二次回击。特别是如果建筑物内有价值较高、影响较大信息电子设备和/或电力电子设备，其耐受雷电电涌的能力大大低于常规电气设备，更加需要安装SPD。 SPD作为一种能吸收过电压能量、限制过电压幅值的保护元件。使用时将SPD安装在被保护设备附近，与被保护设备并联。在正常情况SPD不动作（仅流过微安级的泄漏电流）；当作用在SPD上的电压达到SPD的动作电压时， SPD导通，通过大电流，吸收过电压能量，并将过电压限制在一定水平，以保护设备的绝缘。在释放过电压能量后， SPD会自动恢复到不导通的正常工作状态。nSPD的选择应根据系统运行方式不同、 SPD安装地点不

4、同（保护对象不同）、 SPD型式不同而有所区别，但由于部分设计人员对系统的情况了解的不清楚、不准确，对SPD的特性不了解，因此选择SPD具有一定的盲目性。 一、避雷器产品概述二、电涌保护器分类三、电涌保护器的几个重要参数四、电涌保护器选型五、SPD后备保护的选择nSPD可以按其用途分类电涌保护器电源SPD信号SPDnSPD按其结构原理和动作特性 (与保护元件有关) 分类。电涌保护器电压限制型电压开关型混合型电压开关型SPD没有电浪涌时具有高阻抗，有电浪涌时能立即转化成低阻抗，其常用的元件有放电间隙、气体放电管、可控硅整流器等电压限制型SPD没有电浪涌时具备高阻抗，随着电涌电流、电压的上升，其阻

5、抗持续的减小，常用非线性元件：氧化锌压敏电阻和抑制二极管。复合型SPD常采用电压开关型和电压限制型SPD串联或并联以满足限制电压或通流量的要求。nSPD可以从安装方式上分类，如固定式、插拔式、移动式 (SPD装在电源插座或插板中)。电涌保护器固定式插拔式移动式一、避雷器产品概述二、电涌保护器分类三、电涌保护器的几个重要参数四、电涌保护器选型五、SPD后备保护的选择n类实验 (Class I test) 用标称放电电流In、1.2/50冲击电压和最大冲击电流Iimp做的试验。n类实验 (Class II test) 用标称放电电流In、1.2/50冲击电压和最大放电电流Imax做的实验。n最大持

6、续工作电压Uc (Maximum continuous operating voltage) 可持续施加在SPD保护模式上的最大交流电压有效值或直流电压。n最大放电电流Imax (Maximum discharge current) 流过SPD具有8/20s波形电流的峰值。其值按级动作负载试验的程序确定， Imax应大于In。n标称放电电流In (Nominal discharge current) 流过SPD具有8/20s波形的电流峰值。用于II类试验的SPD分类以及类、类试验的SPD的预处理试验。n电压保护水平Up (Voltage protection) 在标称放电电流In作用期间测量电

7、涌保护器两端的最大电压。n冲击电流Iimp 最大冲击电流Iimp是级分类试验SPD的一个重要参数，采用10/350微秒波形试验仅通过12次（IEC是1次）值。u通常衡量电涌保护器的质量有那几个重要的指标：1）电压保护水平(Up)。通常电压保护水平越低，保护效果越好。只有在级间配合时电压保护水平不一定越低越好。2）标称放电电流(In)。通常通流容量In越高，雷电下安全性越好。但是通流容量越大，SPD的电压保护水平和价格也就越高。3）最大持续运行电压(Uc)。通常最大持续运行电压越高，长期安全性越好，但是最大持续运行电压越高，电压保护水平也会相应提高。 这三个参数应该统一考虑，不能顾此失彼，要在保

8、护效果和可靠性两方面都有保证。一、避雷器产品概述二、电涌保护器分类三、电涌保护器的几个重要参数四、电涌保护器选型五、SPD后备保护的选择1、最大冲击电流、最大冲击电流Iimp和标称放电电流和标称放电电流In的选择的选择雷电防护等级LPZ0区与LPZ1区交界处LPZ1与LPZ2区交界处后续防护区的边界处总配电箱分配电箱设备机房配电箱和需要特殊保护的电子信息设备端口处10/350us8/20us8/20us8/20usIimp(kA)In(kA)In(kA)In(kA)A2080405B1560305C12.550203D12.550103雷电防护等级建筑物类型A1）国家级计算中心、国家级通信枢纽

9、、特级和一级金融设施、大中型机场、国家级和省级广播电视中心、枢纽港口、火车枢纽站、省级城市水、电气、热等城市重要公用设施的电子信息系统。2）一级安全防范单位，如国家文物、档案库的闭路电视监控和报警系统。3）三级医院电子医疗设备。B1）中型计算中心、二级金融设施、中型通信枢纽、移动通信基站、大型体育场(馆)、小型机场、大型港口、大型火车站的电子信息系统2)二级安全防范单位，如省级文物、档案库的闭路电视监控和报警系统3)雷达站、微波站电子信息系统，高速公路监控和收费系统4)二级医院电子医疗设备;5)五星及更高星级宾馆电子信息系统C1)三级金融设施、小型通信枢纽电子信息系统2) 大中型有线电视系统3

10、)四星及以下级宾馆电子信息系统D除上述A、B、C级以外一般用途的需防护电子信息设备建筑物雷电保护等级说明建筑物雷电保护等级说明2、有效电压保护水平Up/f的选择有效电压保护水平Up/f的选择需要考虑两个方面 (详见GB50057-2010)： 电涌保护器与被保护设备之间的距离d 被保护设备的耐冲击电压Uw有效电压保护水平Up/f应满足：当d5m或10m(线路有屏蔽并两端等电位连接)Up/fUw当d10mUp/fUw/2耐冲击电压类别I类II类III类IV类较低一般高很高设备类型电子设备：电视、音响、录像机等家用设备：洗衣机、电冰箱、电动工具、加热器、计算机等通讯设备工业电器：电动机、配电柜、电

11、源插头、变压器等工业电器：电气计量仪表、一次线过流保护设备等耐冲击电压额定值Uw1.5KV2.5KV4KV6KV建筑物内220/380V配电系统中设备绝缘耐冲击电压额定值3、最大持续工作电压Uc的选择电涌保护器接地系统接于TT系统TN-C系统TN-S系统引出中性线的IT系统无中性线引出的IT系统L-NUc 1.15Uo不适用Uc 1.15UoUc 1.15Uo不适用L-PEUc 1.15Uo不适用Uc 1.15UoUc 1.732Uo相间电压N-PEUc Uo不适用Uc UoUc Uo不适用L-PEN不适用1.15Uo不适用不适用不适用依据接地系统类型和电涌保护器保护模式选择Uo：低压系统相线

12、对中性线的标称电压，即相电压220V。注：1）如果该地区电网电压不稳定，建议Uc不小于320V。 2）动力用的电源变压器输出端Uc也应选高些。4、分级配置原则 实际选用 SPD 时采用分级配置。第一级保护应能承受绝大部分雷电流，第二级配置泄放残余的雷电流，限制设备端的残余电压，同时与第一级保护配合。 以下这两种情况，应在接近负载处安装二级电涌保护器以降低过电压，使其与被保护设备的冲击耐受电压相匹配。 1）电涌保护器保护水平Up与系统的冲击耐受电压 (Uw) 相比太高时；2）精密设备离进线电涌保护器的距离较远，大于10m时； 5、50厘米接线原则一、避雷器产品概述二、电涌保护器分类三、电涌保护器

13、的几个重要参数四、电涌保护器选型五、SPD后备保护的选择 由于老化及使用条件的恶劣等原因，电子固态保护器件在暂态抑制过程结束后，并不能有效的切断泄放电流。在被保护线路的工频电压的作用下原先处于导通状态下的电子固态保护器件有可能不会灭弧，出现续流。此时相当于SPD和系统电源出现短路，SPD中将流过数千安培的短路电流，如此大的短路电流产生的热效将使SPD的电子固态保护器件发生爆裂或爆炸，影响其他设备的安全、正常运行。也可能使上极级开关出现跳闸，扩大了事故面，使系统的可靠性降低，因此有必要在SPD前面增加熔断器、断路器或剩余电流保护器作为后备保护。加装后备保护主要有两个作用：加装后备保护主要有两个作

14、用：1、防止避雷器损坏（老化）后产生的、防止避雷器损坏（老化）后产生的的短路电流对整个供电系统造成拉闸断的短路电流对整个供电系统造成拉闸断电现象。电现象。2、方便防雷器的安装和维护。、方便防雷器的安装和维护。1、SPD和后备保护熔断器或断路器的配合 熔断器作后备保护是一种常用的方案，其特点是熔断体为易熔金属，呈电阻性；断路器作后备保护时，因断路器线路中有双金属热敏元件和串联的电磁脱扣器，呈感性阻抗。 上海电器科学研究所测得：对同一型号SPD进行测试：In=20KA Imax=40KA时， 串联RTl463熔断器， 在198KA大电流冲击时(820us)，熔断器断开。测得限制电压U熔=2674V

15、。 串联DZ4763断路器，在1829KA大电流冲击时(820us) ，断路器脱扣断开。测得限制电压为U断=5014V，其中断路器附加电压为3KV。 从上述分析和实验表明：用断路器作后备保护时，线路上的限制电压要高于用熔断器作后备保护的线路上的限制电压。因此，采用熔断器作为电涌保护器的后备保护要比断路器好。1）电涌保护器和后备保护熔断器的配合最大放电电流幅值Ipeak（KA）（10/350）后备保护熔体最小额定电流（A）GL/Gg导线截面（mm2）60250A9550200A7035160A5020100A3515100A3512.58035类试验最大放电电流（10/350s）下后备保护熔体选

16、择表：标 称 放 电 电 流 幅 值 I n（KA）（8/20）后备保护熔体最小额定电流（A）GL/Gg导线截面（mm2）160160A50120160A50100125A3580100A356580A355080A354063A252032A61020A4所选用的熔断体的分断能力必须能够分断电涌保护器安装位置的最大短路电流。类试验标称放电电流（8/20s）下保护熔体选择表：2）、电涌保护器和后备保护断路器的配合最大放电电流幅值Ipeak（KA）（10/350）后备保护断路器额定电流（A）导线截面（mm2）60塑壳塑壳125A9550塑壳塑壳125A7035塑壳塑壳100A5020塑壳塑壳100A3515塑壳塑壳80A3512.5塑壳塑壳80A35类试验最大放电电流（10/350s）下后备保护断路器选择表标 称 放 电 电 流 幅 值 I n（KA）（8/20）后备保护断路器额定电流（A）导线截面（mm2）160塑壳塑壳125A50120塑壳塑壳125A501