电涌保护器的选用

2010-01-15刘昌明

四川建筑 2010年6期

关键词：电涌承受能力保护器

刘昌明

(四川建筑职业技术学院,四川德阳 618000)

电涌保护器的选用

刘昌明

(四川建筑职业技术学院,四川德阳 618000)

从被保护设备的重要性、建筑物防雷类别来确定电涌保护的可靠性等级谈起,详细介绍了电涌保护器电压保护水平、电涌能量承受能力、最大持续运行电压的确定以及电涌保护器结构类型选择和辅助机构选用,对现代建筑电气设计中利用电涌保护器防雷击电磁脉冲电涌保护器的选用具有一定的参考价值。

电涌保护器; 电压保护水平; 选用

电涌保护器Surge pretective device,SPD,目的在于限制瞬态过电压和分流电涌电流的器件,它至少含有一非线性元件。民用建筑电气设计规范JGJ/T16-2008和建筑物防雷设计规范GB 50057—1994(2000年版)对配电系统宜采用电涌保护器(SPD)进行保护都有要求。在建筑电气设计中如何选择电涌保护器就是一个必须解决的问题,本文就对此作一个分析,希望对同行有所帮助。

1 确定电涌保护的可靠性等级

1.1 被保护设备的重要性

按《计算机场地安全要求》GB/T9361确定很重要、重要、较重要分别相应于A、B、C级,除A、B、C级以外的机房为一般,“一般”和“无不良后果”在实际工程中对应于设备价值不高,系统停运对社会无影响。实际上是指一般机关、事业、中小型企业计算机信息中心,除了电子系统设备供应时本身带有的安全措施外无额外的防护要求。

1.2 建筑物等效受雷面积Ae的计算

(1)当建筑物高度H小于100m时

式中:L,W,H为建筑物的长、宽、高(m)。

(2)当建筑物高度H不小于100m时

1.3 进户线等效受雷面积A'e的计算

式中:Lp为架空线从建筑物到电源第一个分支点或到相邻建筑物的长度(m),Lp的取值不大于1 000m。

式中:Lp为电缆的长度(m),取法同上。ds为土壤电阻率(ds以Ψm记数,单位为m),最大为500。

1.4 确定建筑物防雷类别

(1)根据地区年平均雷暴日Td,可按下式确定地区雷击频度Ng。

(2)确定建筑物年平均接闪次数N。

式中:k为地形校正系数,一般情况取 1,旷野孤立的建筑物取 2,金属屋面的砖木结构建筑物取 1.7,河边、湖边、山坡下,山地中土壤电阻率较低处,地下水露头处,土山顶部,山谷风口,特别潮湿的建筑物等取 1.5。

(3)根据《建筑物防雷设计规范》GB 50057确定建筑物的防雷类别。

最后根据被保护设备的重要性、建筑物防雷类别、年平均雷暴日确定电涌保护的可靠性等级。

2 电涌保护器电压保护水平的确定

电压保护水平的确定应以电气、电子设备的冲击耐受水平(以绝缘冲击耐受水平和电涌抗扰度表示)为目标,其数值均应由制造部门提供。当无提供的数据时,冲击耐受水平宜按表 1的绝缘冲击耐受电压确定。

SPD的电压保护水平UP应低于其保护范围被保护设备的冲击耐受水平并留有裕度。对很重要的设备,其冲击耐受水平宜按其值的 80%考虑。

3 电涌保护器的电涌能量承受能力的确定

3.1 SPD按冲击电流选择

对Ⅰ级试验的SPD可按冲击电流Iimp选择,对Ⅱ级试验的SPD可按标称放电电流In选择,对Ⅲ级试验的SPD可按开路电压UOC或短路电流ISC选择。SPD的最大放电电流Imax可按2In采用。

3.2 SPD的电涌能量承受能力

各级SPD的电涌能量承受能力,可通过雷电流参量来估算通过它们的分流值,雷电流参量见表 2～表 4。

当无法估算时,可按以下方法确定:全部雷电流 i的50%流入建筑物防雷装置的接地装置,其另 50%,即 is分配于引入建筑物的各种外来导电物、电力线、通信线等设施。流入每一设施的电流ii等于 is/n,n为上述设施的个数。流经无屏蔽电缆芯线的电流iv等于电流ii除以芯线数m,即iv=ii/m;对有屏蔽的电缆,绝大部分的电流将沿屏蔽层流走。

3.3 SPD的L-N和L-PE模块的选择

当不进行专门的计算,且级间配合有保证时,则具体各级SPD的L-N和L-PE模块的电涌能量承受能力可按下列条文和各表选取。各表所列均为三相SPD数值,单相SPD相线模块的电涌能量承受能力数值应为三相相应值乘以 2。SPD级次以入口级为排序一,其后按位置先后依次排序。

(1)当建筑物配电进线为架空线时,各级三相SPD的L -N和L-PE模块的电涌能量承受能力应按表5选取。

(2)当建筑物配电进线为电缆,且变压器不在建筑物内时,各级三相SPD的L-N和L-PE模块的电涌能量承受能力应按表 6选取。

(3)当建筑物配电进线为电缆,变压器设在建筑物内且与建筑物地网共地,线路有屏蔽或无屏蔽但穿铁管并两端接地时,各级三相SPD的L-N和L-PE模块的电涌能量承受能力应按表 7选取。

(4)当建筑物配电进线为电缆,本建筑物未设置外部防雷装置且处于邻近高建筑物保护范围内,两建筑物接地装置间距大于20m时,各级三相SPD的L-N和L-PE模块的电涌能量承受能力应按表8选取。

4 电涌保护器的最大持续运行电压 UC的确定应符合下列规定

(1)SPD的最大持续运行电压UC不应小于电网最大持续运行电压UCS;暂态耐受电压Ut不应小于电网暂态过电压Utov。

(2)对经过标准规定TOV试验SPD,其UC可按下列数值选取:

①对TN接地方式的电涌保护,最大持续运行电压UC不应低于1.15U0。

②对 TT接地方式的电涌保护,金属氧化物电压限制型SPD位于RCD负荷侧,且接于相线与地线、中线与地线之间时,共模最大持续运行电压UC不应低于1.55U0。

③对 IT接地方式的电涌保护,接于相线与地线之间的金属氧化物电压限制型SPD的共模最大持续运行电压UC不应低于2.0U0。

(3)当保护对象重要或当地电网电压波动超过规定范围时,宜将相线对中线的最大持续运行电压 UC提高到1.45U0,相线对地线的最大持续运行电压 UC提高到1.73U0。

5 电涌保护器结构类型选择应符合下列规定

(1)当参数符合要求时,建筑物内入口级SPD宜选电压限制型。当向建筑物供电的配电线为架空线时,入口级 SPD可选用以间隙作为保护元件的电压开关型 SPD。电压开关型SPD应选择密封间隙、能自动熄灭工频续流的产品,并进行电源系统工频短路电流计算,校验此短路电流值是否超出间隙的续流开断等级。如超出可选用电子触发、放电电压较低的间隙为保护元件的电压开关型SPD。

(2)入口级以后各级均宜选金属氧化物非线性电阻或其他类型的限压型SPD。可选用包含L-C滤波器(串联电感,并联电容低通滤波衰减器)的二端口SPD作为电子设备的SPD(特别是入口级为电压开关型SPD时)。

(3)可选用内装单级或已配合好的多级SPD模块和辅助机构的电涌保护箱,并应注意控制引线长度和减少电感。一个电涌保护箱应按其外部特性视为一个电涌保护器,不应选用以金属氧化物SPD产品外部并联的方法扩大电涌能量承受能力的电涌保护箱。