【摘要】本文根据供电线路的特点，电源SPD的技术参数，SPD间能量配合等方面，提出了建筑电气系统中电源SPD的选型方法。
【关键词】建筑电气系统 电源SPD 选型方法
前言
随着电涌保护器（简称：SPD）在建筑电气系统中的应用越来越普遍，可供选择的产品的种类越来越多。如何选择合适的SPD，节约工程造价以及更合理的保护设备，是一个急在眉睫的现实问题。本文对电源线路布线结构特点，参数选择，能量配合等方面对SPD的选型方法作出分析，有助于防雷技术人员在SPD的选型方法上做到“安全可靠、技术先进、经济合理”。
1.不同电气系统SPD的选型
1.1 IT系统
1.1.1系统介绍
IT系统的中性点不接地或经足够大的阻抗接地，且通常不引出中性线，第一个字母I表示电源侧没有工作接地，或经高阻抗接地。第二个字母T表示负载侧电气设备进行接地保护。
1.1.2 IT系统SPD的选型
当IT系统无线间负载时，仅针对三条相线，分别与地之间接SPD，即为纵向避雷。若存在线间负载，则应在两相线间接SPD，即为横向避雷。横向避雷的目的是防止各相SPD响应时间不同或其中一相SPD失效造成相间高电位。IT系统中Uc值按表1的要求选择。
1.2 TT系统
1.2.1系统介绍
电力系统中性点直接接地，引出中性线，第一个字母T表示电力系统中性点直接接地。第二个字母T表示负载设备外露不与带电体相接的金属导电部分与大地直接联接，而与系统如何接地无关。
1.2.2 TT系统SPD的选型
各条相线分别对地接SPD，中性线应根据SPD的安装位置决定，当SPD安装在进户处剩余电流保护器的负荷侧时，中性线与地之间直接接SPD。当SPD安装在进户处剩余电流保护器的电源侧时，中性线与相线SPD的接地端连接，再与接之间接SPD。TT系统中Uc值按表1的要求选择。
1.3 TN系统
电力系统中性点直接接地，引出中性线，设备外露可导电部分均采取与公共的保护线（PE）或保护中性线（PEN）线相连接的保护方式,安全性能非常高。
1.3.1 TN-C系统
整个系统中性线（N）与保护线（PE）是合一的，可以称作保护中性线，可用NPE表示。由于三相负载不平衡，中性线上有不平衡电流，对地有电压，所以与保护线所联接的电气设备金属外壳有一定的电压。
1.3.2 TN-S系统
整个系统把中性线N和专用保护线PE严格分开，系统正常运行时，专用保护线上没有电流，只是中性线上可能有不平衡电流。所以电气设备金属外壳接零保护是接在专用的保护线PE上，安全可靠。
1.3.3 TN系统SPD的选型
当电源采用TN系统时，从建筑物总配电箱起供电给本建筑物内的配电线路和分支线路必须采用TN-S系统。TN系统各条相线，若无相间负载时，只须与地作纵向避雷；中性线不必接SPD，但PEN线在进户前必须重复接地，对于高、大建筑物，或PEN线超过50米的大面积建筑物，PEN线应与建筑物接地点再次连接，以保证等电位连接的可靠。TN系统中Uc值按表1的要求选择。
表1 不同电气系统Uc的选择
|
电涌保护器接于
|
配电网络的系统特征
|
||||
|
TT系统
|
TN-C系统
|
TN-S系统
|
引出中性线的I T系统
|
无中性线引出的 IT系统
|
|
|
每一相线与 中性线间
|
不适用
|
不适用
|
|||
|
每一相线与 PE线间
|
不适用
|
①
|
相间电压①
|
||
|
中性线与PE线间
|
①
|
不适用
|
①
|
①
|
不适用
|
|
每一相线与 PEN线间
|
不适用
|
不适用
|
不适用
|
不适用
|
|
注：1标有①的值是故障下最坏的情况，所以不需计及 15 %的允许误差。
2 U0是低压系统相线对中性线的标称电压，即相电压 220 V。
3此表基于按 现行国家标准《低压配电系统的电涌保护器（SPD） 第1部分：性能要求和实验方法GB18802.1标准做过相关试验的电涌保护器产品。
2 .SPD技术参数及选择
2.1 Uc最大持续运行电压：允许持久地施加在SPD上的最大交流电压有效值或直流电压，其值等于额定电压。Uc值按表1要求选择，同时选择Uc值亦应考虑供电电压是否稳定，接地网地阻值是否偏高，而在供电的电压偏差超过所规定的10%以及谐波使电压幅值加大的场所，应根据具体情况提高SPD的Uc值。
2.2 Up 电压保护水平：表征SPD限制接线端子间电压的性能参数，即在标称放电电流In下的残压，或浪涌保护器的最大钳压。SPD的电压保护水平Up的选择，在建筑进线处或其他防雷区界面处的最大电涌电压，即SPD的最大钳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）的感应电压之后，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%。
2.3 Uw 耐冲击过电压额定值：由生产厂给出的设备或设备主要部件的耐受冲击过电压的额定值，该值规定了设备或设备主要部件的绝缘对过电压的耐受能力特性。当无法获得设备的耐冲击电压时，220/380V三相配电系统的设备，IV类电气装置电源进线端的设备耐冲击电压额定值为6KV，III类配电装置和末级电路设备耐冲击电压额定值为4KV，II类用电设备耐冲击电压额定值为2.5KV，I类特殊需要保护设备耐冲击电压额定值为1.5KV。
2.4 Ures残压：放电电流流过SPD时，在其端子间的峰值电压。首先，不同产品标称的残压数值，必须注明测试电流的大小和波形，才能有一个共同比较的基础。通常以20KA（8/20μs）测试电流记录残压，作为比较。其次，对于限压型防雷器选用残压越低时，通常意味其最大持续工作电压Uc越低。因此，过分强调低残压，是需要付出降低最大持续工作电压Uc的代价。换来的后果，可能是在市电不稳定地区，防雷器容易因长时间持续过电压而损坏。按照经验，限压型防雷器残压在2KV以下（20KA；8/20μs），就能对用户设备提供足够的保护。
2.5 In标称放电电流：流过SPD、具有8/20μs波形的电流峰值，该电流用于Ⅱ级分类试验的SPD分级以及Ⅰ级、Ⅱ级分类试验SPD的预处理试验。SPD1：在LPZOA或LPZOB区与LPZ1区交界处，在从室外引来的线路上安装的SPD应选用符合I级分类试验[用标称放电电流In、1.2/50μs冲击电压和10/350 μs冲击电流Iimp做的试验，对应为电压开关型SPD，最大冲击电流在10ms内通过的电荷Q（As）等于幅值电流Ipeak（KA）的二分之一，即Q（As）=0.5 Ipeak（KA）]的SPD。SPD2：在LPZ1区与LPZ2区交界处，分配电盘处或UPS前端宜安装SPD2。其标称放电电流In不宜小于5KA（8/20μs）。在重要的终端设备或者精密敏感设备处，宜安装第三级SPD，其标称放电电流In值不宜小于3KA（8/20μs）。SPD标称放电电流并不是选择得越高越好，若选择得太高，则增大工程费用，造成资源浪费，但是也不能选得太低，否则，对设备起不到保护作用。
3.能量配合
在低压配电系统安装有多级SPD保护时，必须考虑前级SPD和后级SPD的配合问题，GB50057等规范给出：开关型SPD与限压型SPD之间的线距应大于10m, 限压型SPD与限压型SPD之间的线距应大于5m,当长度达不到要求时应在两级SPD之间加装退耦元件，就是为了实现SPD间能量配合的一种措施。目前在防雷领域实现多级电源SPD之间的能量配合，除合理设计各个不同界面分别安装能承受耗散部分能量的电源SPD外，还应注意各个SPD之间的能量配合方式。实现多级电源SPD之间的能量配合大体有三种方式，一是利用退耦元件实现能量配合，称之为动态伏安特性阻抗配合。二是利用供电线路的自然阻抗实现能量配合，称之为静态伏安特性阻抗配合。三是使用触发型的SPD来实现SPD间的能量配合，触发型SPD的触发电路应当保证被配合的后级的能量耐受能力不会被超出，同时该方法也不需要退耦元件。
各级电源SPD能量配合的目的，是为了避免出现某级SPD不动作，泄流的盲点,并将威胁设备的雷电过电压减低到被保护设备能耐受的安全值范围内，而电涌电流流过各级SPD耗散的部分能量不能超过该级SPD能承受的能量。多级电源SPD之间的能量配合是防雷工程设计、施工中必须 “精心设计、精心施工”十分重要的课题。如果雷击瞬间有两级SPD之间能量失配，就导致整个供电系统的SPD失掉正常状态，就会出现雷击瞬间某级SPD被雷击毁。如果某级SPD被雷击毁，被保护设备未损坏，说明SPD还是起到了保护作用，只是该级SPD不能承受耗散部分能量；如果雷击瞬间SPD不导通，导致被保护设备损坏，说明多级电源SPD之间能量是不匹配的，就需要重新设计。事实证明：设计、施工中，各级电源SPD在各个不同界面分别安装能承受耗散部分能量的前提下，采用退耦元件（或自然阻抗）能量动态伏安特性（或静态伏安特性），或其他能使SPD达到能量配合的方法，实现多级电源SPD之间的能量配合。只有满足多级电源SPD之间的能量配合，连接导线的长度符合规范要求, 规范施工，才能实现雷击瞬间多级电源SPD的逐级启动，达到在各界面的保护水平低于各界面设备电压耐受能力，在遭受雷击时，才能起到有效的防护作用。
4.电源SPD选型的注意事项
4.1安装SPD前应全面了解要保护设备所处建筑物的周边环境，有无安装防直击雷设施，电源有几路进线，电源总配电箱跟分配电箱、被保护设备的具体位置。
4.2在不同界面的各SPD应与其相应的能量承受能力相一致。
4.3安装在电路上的SPD，其前端应加装空气开关或熔丝等过电流保护装置。
4.4在爆炸危险场所使用的SPD应具有防爆功能。。
5．结束语
建筑电气系统中安装SPD应按IEC、GB50057和GB50343等相关规范进行分析选择，结合设备的重要性和使用性质，从电源配电系统、SPD技术参数、SPD间能量配合等方面作出具体分析，做到“安全可靠、技术先进、经济合理”。
参考文献
[1]、《建筑物防雷设计规范》 GB50057（2010年版）,中国计划出版社,2010年8月第一版
[2]、《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2004,中国建筑工业出版社,2004年5月
[3]、《建筑物防雷装置检测技术规范》 GB/T21431-2008,中国标准出版社,2008年4月
