浅谈民用建筑配电设计中SPD的选用与计算

刘箴

（上海砼森建筑规划设计有限公司山东分公司，山东 淄博 255000）

在建筑物的供配电设计中，为了抑制雷电波通过供配电线路入侵，电气操作、静电等因素产生的冲击电压，建筑物的防雷设计规范中要求，在不同供电级别的配电设备处装设电涌保护器，以防止过电压带来的损害。下面按照工作中的心得，简要做一下介绍，仅供参考。

1 SPD类型的选择

低压SPD按其结构类型分为三种：电压开关型、限压型、复合型。三种SPD分别有不同的特点，决定了他们用途的差异性。开关型产品在无电涌时呈现高阻状态，有电涌时立即变为低阻状态。限压型在无电涌时为高阻状态，有电涌时，随着电流和电压的增加其阻抗连续变化减小。复合型则兼有前面二者的特性。

（1）开关型SPD具有不连续的电压、电流和通流容量大的特性，适用于首次雷击以充分泄放雷电流。特别适合安装于LPZ0A或LPZ0B区与LPZ1区界面处，作为第一级SPD，成为雷电流的主要泄放通道。

（2）限压型SPD其箝位电压水平比开关型低，因此常用于LPZ0B区LPZ1区及后续的雷电过电压或操作过电压保护。

2 SPD主要参数计算和选择依据

工程设计中，SPD电涌保护器的主要作用是防止雷电感应波，其选择依据主要是雷电流的各种参量。

2.1 冲击电流Iimp和标称放电电流In的取值与计算

根据SPD的安装位置，依据防雷规范确定防雷区类型在LPZ0A或LPZ0B区一般选开关型SPD，用Iimp表征，Ⅰ级分类试验，波形为10/350μs。

在LPZ0B区LPZ1区及后续位置一般选限压型SPD，用In表征，Ⅱ级或Ⅲ级试验，波形为8/20μs。依据GB50057-2010防雷规范相应条款确定建筑物防雷类别，依据雷电流波形和防雷类别从上表1、表2中选取电流幅值I。

表1 首次正极性雷击的雷电流参量

表2 首次以后雷击的雷电流参量

（1）Imp可 依 据GB50057-2010式4.2.4-6式4.2.4-7按最不利无分流进行估算。如一建筑物为二类防雷，依据表1和表2，SPD承受直接雷击时取I=150kA，不承受直接雷击时I=37kA。

假设条件：线路无屏蔽、管道和线路总数n=4、线路芯数m=4，其Iimp分别为：

考虑建筑物或其附近遭直击雷时，通过线路入户处SPD的雷电流无法确定时，依据防雷规范设计与配电手册，Iimp值（10/350μs波形）不应小于12.5kA，三级医院低压配电室柜母线SPD不应小于20kA。

（2）In可根据实际情况进行计算。（举例按两次分流计算）。例如无屏蔽时TN-C系统，进入建筑后转为TN-S系统。

如实际参数不详，可依据配电手册，二级In≥5kA三级In≥3kA即下表。

表3 SPD通流容量参数Iimp、In

（3）条件及接线形式无法确定时，三相或单相系统分别取。

直接雷击 SPD1Ιimp≥50kA或25kA。

后续雷击 SPD2Ιn≥20kA或10kA。

2.2 最大持续工作电压Uc

表4 SPD取决于系统特征所要求的最大持续运行电压最小值

假如为TN-C系统：

相与PEN间Uc≥1.15U0=1.15×220=253V

各相间Uc≥1.15U=1.15×380=437V

2.3 电压保护水平Up

Up大小既要有利于保护设备，又要受系统电压的制约。Up太低，SPD的Uc也会降低，更易损坏。大大缩短SPD的寿命。因此Up能与Uw配合即可。

参照GB50057-2010 4.2.3条、4.3.8条、6.4.6条、6.4.7条，一般设置方式如下。

表5 根据系统特征安装电涌保护器

表6 建筑物内 220/380V配电系统中设备绝缘耐冲击电压额定值Uw

（1）SPD安装于进入建筑物处总配电箱处。被保护设备与SPD距离≥10m时Up/f≤(Uw-Ui)/2。建筑物有屏蔽和线路有屏蔽，或仅线路有屏蔽并两端等Ui可忽略。

依据防雷规范条文要求Up≤2.5kV。

（2）进入建筑物后，分配电盘处。Up≤0.8Uw。

（仅感应电涌可忽略UΔ，即使Up/f≤Uw）。

无特殊要求，一般住宅可使Up≤2.5kV。

3 低压配电中SPD的一般设置

（1）在设计中，根据负荷不同，配电一般为3～4级。SPD一般可按3～4级设置。如果用电设备跨出了原有的防雷分区，该设备前配电装置装设的SPD应按第一级参数选择。设置示意图如图1，一般住宅设计，可只设两级SPD。电源进入建筑物总配电箱（MB）处设SPD1，在分箱处设SPD2。

图1

（2）各级SPD之间的能量配合。

①电压开关型SPD与限压型SPD之间的线路不宜小于10m,限压型SPD之间的线路不宜小于5m，并注意去耦元件的配合。

②SPD之间的配合，响应时间有待探讨。关键应该是限制电压、通流能力、连续运行电压，三个参数指标的选取。

4 结语

综上所述，完善的SPD选择应该是根据实际情况，选择一组SPD，分别设置在各处，参数指标相互协调配合，并与被保护设备耐受电压、预期浪涌电流相匹配。