電源防雷器在建筑物防雷中標稱放電電流的選擇

 

電源防雷器參數In指的是防雷器的標稱放電電流，電源防雷器的選擇除了要知道電壓還應該根據合適的情況選擇放電電流合適的防雷產品，這樣才能更有效的保護好設備。在低壓配電系統中，安裝于建筑物入口處，即 LPZ0A 或 LPZ0B 區與 LPZ1 區交界處的 B 級電源防雷器主要用于瀉放電源線路遭受直接雷擊或電源線路感應雷電時的雷電流能量，而次級（C級或D級）電源防雷器主要用于鉗制電源線路的過電壓，防止設備因過電壓沖擊而損壞。而在GB50057-94（2000 版）《建筑物防雷設計規范》中僅對 B 級電源防雷器標稱放電電流 In 值的選擇規定 的較為清楚，而對次級（C 級或者 D 級）電源防雷器標稱放電電流 In 值的選擇規定的較為模糊， 在新的國標 GB 50343-2004《建筑物電子信息系統防雷技術規范》頒布后，關于次級電源防雷器標 稱放電電流 In 值的選擇存在一些爭議，本文就此提出一些觀點供業內技術專家進行討論。

 

1     電源防雷器標稱放電電流 In 值的選擇原則

 

 對于在建筑物中所使用的電源防雷器（SPD）設備 GB 50057-94（2000 版）《建筑物防雷設計 規范》這本國家強制執行標準做了如下要求：標準第 6.4.4 條規定“電源防雷器必須能承受預期通 過它們的雷電流，并應符合以下兩個附加要求：通過電涌時的最大箝壓，有能力熄滅在雷電流通過 后產生的工頻續流。”

在建筑物進線處和其它防雷區界面處的最大電涌電壓，即電源防雷器的最大箝壓加上其兩端引 線的感應電壓應與所屬系統的基本絕緣水平和設備允許的最大電涌電壓協調一致。為使最大電涌電 壓足夠低，其兩端的引線應做到最短。在不同界面上的各電源防雷器還應與其相應的能量承受能力 相一致。

GB 50057-94（2000 版）《建筑物防雷設計規范》標準的表 6.4.4 同 GB 50343-2004《建筑物電 子信息系統防雷技術規范》標準的表 5.4.1-1 是一樣的，后者引用前者，表中的數據都來自于 IEC 標準?？梢姸咴趯﹄娫捶览灼鞯倪x擇和保護目的上是一致的。都是依據線路中設備所能承受的沖 擊過電壓值來進行選擇。IEC 標準將由電網供電的電氣設備按其耐雷電脈沖過電壓水平劃分為四級， 以便合理地確定不同的防護措施。雷電脈沖過電壓可隨雷電傳導方向衰減，但調查表明這種衰減并 不明顯，更合理和實用的確定過電壓水平的方法是概率統計法。

然而，雖然兩標準在對 電源防雷器 標稱放電電流 In 值的選擇上都留有一定的“裕度”，并選擇了相同 的依據，但是卻存在有很大的分歧。主要分歧在于 GB 50057 標準考慮的出發點是“考慮到雷電流 分配到電源系統的最惡劣環境下，后級線路殘余感應電壓為前級 電源防雷器 殘壓的兩倍的情況下，后級線 路殘余感應電壓應小于被保護設備耐壓水平的 80%。”而 GB 50343 標準建議“從安全和可靠性的角 度考慮，應在計算值的基礎上增大后級 電源防雷器 耐雷電沖擊電流的裕度”并且給出了“系數為 5 倍”的參數。因此在其標準的表 5.4.1-2 中建議“第二級 電源防雷器 的標稱放電電流 In 值為 8/20μs 波形下

40kA，第三級 電源防雷器 的標稱放電電流 In 值為 8/20μs 波形下 20kA。”而我們參看 GB 50057 第 6.4.8 條和第 6.4.9 條的要求的話其對標標稱放電電流的要求要小得多，僅僅不小于 8/20μs 波形，3kA

或 5kA。為什么兩部標準的分歧會如此之大呢？究竟哪一個更合理一些呢？GB 50343 標準建議的 5 倍的安全裕度系數是否合理呢？這有待于行業內的專家進行進一步的討論。以下是作者關于次級電 涌保護器標稱放電電流 In 值的選擇的建議。

 

 

2     B 級電源防雷器標稱放電電流 In 值的選擇

 A、LPZ0A 或 LPZ0B 區與 LPZ1 區交界處所選用安裝的 電源防雷器 標稱放電電流  In 的計算

 表 1    LPZ0A 或 LPZ0B 區與 LPZ1 區交界處無屏蔽線路 電源防雷器 標稱放電電流  In 的選擇

注：1、依據標準以上計算為考慮到  50%雷電流分配到電源系統的最惡劣環境下的計算。雷電流參數依據本標準表

6.1 提供的參數計算。

2、數據為：計算值 In 值/所選型號 In 值。此 In 值為 10/350μs  波形 電源防雷器 通流幅值。

 

表 2    LPZ0A 或 LPZ0B 區與 LPZ1 區交界處有屏蔽線路 電源防雷器 標稱放電電流  In 的選擇

注：1、依據標準以上計算為考慮到  30%雷電流分配到電源系統的最惡劣環境下的計算。雷電流參數依據本標準表

6.1 提供的參數計算。

2、數據為：計算值 In 值/所選型號 In 值。此 In 值為 10/350μs  波形 電源防雷器 通流幅值。

 

B、LPZ0A 或 LPZ0B 區與 LPZ1 區交界處所選用安裝的 電源防雷器 標稱放電電流  In 的計算過程：

① 按照 GB 50057-94 附表 6.1 確定建筑雷電流幅值。Ⅰ類：200kA；Ⅱ類：150kA；Ⅲ類：100kA。

② 確定所需計算的配電方式中需保護的線數。TT、TN、有中性線的 IT 按需保護四線計算。無 中性線的 IT 和單相電源系統按需保護三線計算。對于單相電源系統按需保護三線計算的原因是：1、 目前建筑物配電設計規范 GB 50054 設計為三線；2、其前端供電是由三相電源分出的，雷電分流等 效于無中性線的 IT 系統。

③ 依據 GB  50057-94 標準，對于無屏蔽線路和有屏蔽線路分別按 50%、30%雷電流分配到電源 系統計算。

 

 3     C 級電源防雷器標稱放電電流 In 值的選擇 A、遠端設備處所選用安裝的 電源防雷器 標稱放電電流  In 的計算

 

注：1、依據標準以上計算為考慮到兩倍發射波疊加下，線路殘余感應電壓小于被保護設備耐壓水平的  80%

時的計算。雷電流參數依據本標準表 6.2 提供的參數計算。

2、數據為：計算值 In 值/所選型號 In 值。此 In 值為 8/20μs  波形 電源防雷器 通流幅值。

 

 

遠端設備處所選用安裝的 電源防雷器 標稱放電電流  In 的計算過程：

①按照 GB 50057-94 附表 6.2 確定建筑雷電流幅值。Ⅰ類：50kA；Ⅱ類：37.5kA；Ⅲ類：25kA。

②確定所需計算的配電方式中需保護的線數。TT、TN、有中性線的 IT 按需保護四線計算。無中性 線的 IT 和單相電源系統按需保護三線計算。

③依據 GB 50057-94 標準，按 50%雷電流分配到電源系統計算。

B、后級線路安裝的 電源防雷器 標稱放電電流  In 的計算

 表 4    線路殘余感應電壓小于被保護設備耐壓水平的  80%時后級無屏蔽線路 電源防雷器 標稱放電電流  In 的選擇

 表 5    線路殘余感應電壓小于被保護設備耐壓水平的  80%時后級有屏蔽線路 電源防雷器 標稱放電電流  In 的選擇

注：1、依據標準以上計算為考慮到兩倍發射波疊加下，線路殘余感應電壓小于被保護設備耐壓水平的  80%時 的計算。雷電流參數依據本標準表 6.2 提供的參數計算。線路參數依據國家標準推薦的引線長度為  1m  時（電感為

1μH/m）。

2、數據為：計算值 In 值/所選型號 In 值。此 In 值為 8/20μs  波形 電源防雷器 通流幅值。

 

后級線路安裝的 電源防雷器 標稱放電電流  In 的計算過程：

①按照 GB 50057-94 附表 6.2 確定建筑雷電流幅值。Ⅰ類：50kA；Ⅱ類：37.5kA；Ⅲ類：25kA。

②確定所需計算的配電方式中需保護的線數。TT、TN、有中性線的 IT 按需保護四線計算。無 中性線的 IT 和單相電源系統按需保護三線計算。

③依據  GB 50057-94  標準，對于無屏蔽線路和有屏蔽線路分別按  50%、30%雷電流分配到電源 系統計算。

C、I、II  類設備處所選用安裝的 電源防雷器 標稱放電電流  In 如下表：

表 6    I、II  類設備 電源防雷器 標稱放電電流  In 的選擇