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54 浪涌保护器的选择
发布时间:2019-08-07 22:17

  5.4.1 室外进、出电子信息系统机房的电源线路不宜采用架空线 电子信息系统设备由TN交流配电系统供电时,从建筑物内总配电柜(箱)开始引出的配电线路必须采用TN-S系统的接地形式。

  5.4.3 电源线路浪涌保护器的选择应符合下列规定:1 配电系统中设备的耐冲击电压额定值U

  表5.4.3-1 220V/380V三相配电系统中各种设备耐冲击电压额定值Uw

  是低压系统相线 此表适用于符合现行国家标准《低压电涌保护器(SPD)第1部分:低压配电系统的电涌保护器 性能要求和试验方法》GB 18802.1的浪涌保护器产品。3 进入建筑物的交流供电线路,在线区交界处,应设置Ⅰ类试验的浪涌保护器或Ⅱ类试验的浪涌保护器作为第一级保护;在配电线路分配电箱、电子设备机房配电箱等后续防护区交界处,可设置Ⅱ类或Ⅲ类试验的浪涌保护器作为后级保护;特殊重要的电子信息设备电源端口可安装Ⅱ类或Ⅲ类试验的浪涌保护器作为精细保护(图5.4.3-1)。使用直流电源的信息设备,视其工作电压要求,宜安装适配的直流电源线 浪涌保护器设置级数应综合考虑保护距离、浪涌保护器连接导线长度、被保护设备耐冲击电压额定值Uw

  等因素。各级浪涌保护器应能承受在安装点上预计的放电电流,其有效保护水平U

  p/f应小于相应类别设备的Uw。5 LPZ0和LPZ1界面处每条电源线路的浪涌保护器的冲击电流I

  imp,当采用非屏蔽线)估算确定;当采用屏蔽线)估算确定;当无法计算确定时应取Iimp大于或等于12.5kA。

  6 当电压开关型浪涌保护器至限压型浪涌保护器之间的线m、限压型浪涌保护器之间的线m时,在两级浪涌保护器之间应加装退耦装置。当浪涌保护器具有能量自动配合功能时,浪涌保护器之间的线路长度不受限制。浪涌保护器应有过电流保护装置和劣化显示功能。

  1总等电位接地端子板;2楼层等电位接地端子板;3、4局部等电位接地端子板

  7 按本规范第4.2节或4.3节确定雷电防护等级时,用于电源线路的浪涌保护器的冲击电流和标称放电电流参数推荐值宜符合表5.4.3-3规定。

  w等因素确定。8 电源线路浪涌保护器在各个位置安装时,浪涌保护器的连接导线应短直,其总长度不宜大于0.5m。有效保护水平Up/f

  w/2时,应按公式(5.4.3-3)和公式(5.4.3-4)估算振荡保护距离Lpo;当建筑物位于多雷区或强雷区且没有线路屏蔽措施时,应按公式(5.4.3-5)和公式(5.4.3-6)估算感应保护距离L

  p/f有效保护水平,即连接导线的感应电压降与浪涌保护器的Up之和;

  值时,应在配电线路的分配电箱处或在被保护设备处增设浪涌保护器。当分配电箱处电源浪涌保护器与被保护设备间的线路长度大于Lpo或Lpi

  p应小于设备耐冲击电压额定值Uw,宜留有20%裕量。在一条线路上设置多级浪涌保护器时应考虑他们之间的能量协调配合。5.4.4 信号线路浪涌保护器的选择应符合下列规定:1 电子信息系统信号线路浪涌保护器应根据线路的工作频率、传输速率、传输带宽、工作电压、接口形式和特性阻抗等参数,选择插入损耗小、分布电容小、并与纵向平衡、近端串扰指标适配的浪涌保护器。Uc应大于线倍,U

  w。2 电子信息系统信号线路浪涌保护器宜设置在雷电防护区界面处(图5.4.4)。根据雷电过电压、过电流幅值和设备端口耐冲击电压额定值,可设单级浪涌保护器,也可设能量配合的多级浪涌保护器。图5.4.4 信号线路浪涌保护器的设置

  (d)-雷电防护区边界的等电位连接端子板;(m、n、o)-符合Ⅰ、Ⅱ或Ⅲ类试验要求的电源浪涌保护器;(f)-信号接口;(p)-接地线;(g)-电源接口;LPZ-雷电防护区;(h)-信号线路或网络;Ipc-部分雷电流;(j、k、l)-不同防雷区边界的信号线路浪涌保护器;I

  2 浪涌范围为最小的耐受要求,可能设备本身具备LPZ2/3栏标注的耐受能力;3 B2、C

  1 天线应置于直击雷防护区(LPZ0B)内。2 应根据被保护设备的工作频率、平均输出功率、连接器形式及特性阻抗等参数选用插入损耗小,电压驻波比小,适配的天馈线 天馈线路浪涌保护器应安装在收/发通信设备的射频出、入端口处。其参数应符合表5.4.5规定。表5.4.5 天馈线路浪涌保护器的主要技术参数推荐表

  4 具有多副天线的天馈传输系统,每副天线应安装适配的天馈线路浪涌保护器。当天馈传输系统采用★-●=•▽波导管传输时,波导管的金属外壁应与天线架、波导管支撑架及天线反射器电气连通,其接地端应就近接在等电位接地端子板上。

  5 天馈线路浪涌保护器接地端应采用能承载预期雷电流的多股绝缘铜导线边界处的等电位接地端子板上,导线。同轴电缆的前、后端及进机房前应将金属屏蔽层就近接地。

  5.4.2 根据《低压电气装置 第4-44部分:安全防护 电压骚扰和电磁骚扰防护》GB/T 16895.10-2010/IEC 60364-4-44:2007第444.4.3.1条“装有或可能装有大量信息技术设备的现有的建筑物内,建议不宜采用TN-C系统。装有或可能装有大量信息技术设备的新建的建筑物内不应采用TN-C系统。”第444.4.3.2条“由公共低压电网供电且装有或可能装有大量信息技术设备的现有建筑物内,在装置的电源进线点之后宜采用TN-S系统。在新建的建筑物内,在装置的电源进线点之后应采用TN-S系统。”

  在TN-S系统中中性线电流仅在专用的中性导体(N)中流动,而在TN-C系统中,中性线电流将通过信号电缆中的屏蔽或参考地导体、外露可导电部分和装置外可导电部分(例如建筑物的金属构件)流动。对于敏感电子信息系统的每栋建筑物,因TN-C系统在全系统内N线和PE线是合一的,存在不安全因素,一般不宜采用。当220/380V低压交流电源为TN-C系统时,应在入户总配电箱处将N线重复接地一次,在总配电箱之后采用TN-S系统,N线不能再次接地,以避免工频50Hz基波及其谐波的干扰。设置有UPS电源时,在负荷侧起点将中性点或中性线做一次接地,其后就不能接地了。

  2款:表5.4.3-2参考《建筑物电气装置 第5-53部分:电气设备的选择和安装 隔离、开关和控制设备 第534节:过电压保护电器》GB 16895.22-2004(idt IEC 60364-5-53:2001 A1:2002)表53C。表中系数增加0.05是考虑到浪涌保护器的老化,并与其他标准协调统一。

  3、4款:图5.4.3-1为TN-S系统配电线路浪涌保护器分级设置位置与接地的示意图,SPD的选择与安装由工程具体要求确定。当总配电箱靠近电源变压器时,该处N对PE的SPD可不设置。

  SPD的选择和安装是个比较复杂的问题。它与当地雷害程度、雷击点的远近、低压和高压(中压)电源线路的接地系统类型、电源变电所的接地方式、线缆的屏蔽和长度情况等都有关联。

  B◇…=▲与LPZ1区交界处,其电源线路进线的总配电箱内应设置第一级SPD。用于泄放雷电流并将雷电冲击过电压降低,其电压保护水平U

  应不大于2.5kV。如果建筑物装有防直击雷装置而易遭受直接雷击,或近旁具有易落雷的条件,此级SPD应是通过10/350s波形的最大冲击电流Iimp

  (Ⅰ类)试验的SPD。根据我国有些工程多年来在设计中选择和安装了Ⅱ类试验的SPD也能提供较好保护的实际情况,本规范作出了选择性的规定:也可选择Ⅱ类试验的SPD作第一级保护。SPD应能承受在总配电箱位置上可能出现的放电电流。因此,应按本条第5款的公式(5.4.3-1)或公式(5.4.3-2)估算确定,当无法计算确定时,可按本条第7款表5.4.3-3冲击电流推荐值选择。如果这一级SPD未能将电压保护水平UP限制在2.5kV以下,则需在下级分配电箱处设置第二级SPD来进一步降低冲击电压。此级SPD应为通过8/20s波形标称放电电流In(Ⅱ类)试验的SPD,并能将电压保护水平UP限制在约2kV。在电子信息系统设备机房配电箱内或在其电源插座内设置第三级SPD。这级SPD应为通过8/20s波形标称放电电流In试验或复合波Ⅲ类试验的SPD。它的保护水平UP应低于电子信息设备能承受的冲击电压的水平,或不大于1.2kV。在建筑物电源进线入口的总配电箱内必须设置第一级SPD。如果保护水平UP不大于2.5kV,其后的线缆采取了良好的屏蔽措施,这种情况,可只需在电子信息设备机房配电箱内设置第二级SPD。通常是在电源线路进入建筑物的入口(LPZ1边界)总配电箱内安装SPD1;要确定内部被保护系统的冲击耐受电压Uw,选择SPD1的保护水平UP1

  ,根据本条9款规定检查或估算振荡保护距离Lp0/1和感应保护距离Lpi/1。若满足UP/fUw,而且SPD1与被保护设备间线有效地保护了设备。否则,应设置SPD2。在靠近被保护设备(LPZ2边界)的分配电箱内设置SPD2;选择SPD2的保护水平Up2,使有效保护水平Up/fUw,检查或估算振荡保护距离Lp0/2和感应保护距离Lpi/2。若满足有效保护水平Up/fUw,而且SPD2与被保护设备间线有效地保护了设备。否则,应在靠近被保护设备处(机房配电箱内或插座)设置SPD3。该SPD应与SPD1和SPD2能量协调配合。5款:公式(5.4.3-1)与公式(5.4.3-2)是根据GB/T 21714.1-2008附录E中(E.4)、(E.5)、(E.6)三个公式编写的。当无法确定时应取Iimp等于或大于12.5kA是根据GB 16895.22-2004的规定。6款:对于开关型SPD1至限压型SPD2之间的线之间的线m的规定,其目的主要是在电源线路中安装了多级电源SPD,由于各级SPD的标称导通电压和标称导通电流不同、安装方式及接线长短的差异,在设计和安装时如果能量配合不当,将会出现某级SPD不动作的盲点问题。为了保证雷电高电压脉冲沿电源线路侵入时,各级SPD都能分级启动泄流,避免多级SPD间出现盲点,两级SPD间必须有一定的线距长度(即一定的感抗或加装退耦元件)来满足避免盲点的要求。同时规定,末级电源SPD的保护水平必须低于被保护设备对浪涌电压的耐受能力。各级电源SPD能量配合最终目的是,将威胁设备安全的电压电流浪涌值减低到被保护设备能耐受的安全范围内,而各级电源SPD泄放的浪涌电流不超过自身的标称放电电流。7款:按本规范第4.2节或第4.3节确定电源线路雷电浪涌防护等级时,用于建筑物入口处(总▲=○▼配电箱点)的浪涌保护器的冲击电流Iimp,按本条第5款公式(5.4.3-1)或公式(5.4.3-2)估算确定。当无法确定时根据GB 16895.22-2004的规定Iimp值应大于或等于12.5kA。所以表5.4.3-3中在LPZ0与LPZ1边界的总配电箱处,C、D等级的Ii◆▼mp参数推荐值为12.5kA。12.5kA这个Iimp值是IEC标准推荐的最小值,本规范考虑到我国幅员辽阔,夏天的雷击灾害多,在雷电防护等级较高的电子信息系统设置的电源线路浪涌保护器能承受的冲击电流Iimp应适当有所提高,所以A级的I

  鉴于我国有些工程中,在建筑物入口处的总配电箱处选用安装Ⅱ类试验(波形8/20s)的限压型浪涌保护器。所以本规范推荐在LPZ0与LPZ1边界的总配电箱也可选用经Ⅱ类试验(波形8/20s)的浪涌保护器:A级In80kA、B级In60kA、C级In50kA、D级In50kA。这些推荐值是征求国内各方面意见得来的。为了提高电子信息系统的电源线路浪涌保护可靠性,应保证局部雷电流大部分在LPZ0与LPZ1的交界处转移到接地装置。同时限制各种途径入侵的雷电浪涌,限制沿进线侵入的雷电波、地电位反击、雷电▲●…△感应。建筑物中的浪涌保护通常是多级配置,以防雷区为层次,每级SPD的通流容量足以承受在其位置上的雷电浪涌电流,且对雷电能量逐级减弱;SPD电压保护水平也要逐级降低,最终使过电压限制在设备耐冲击电压额定值以下。表5.4.3-3中分配电箱、设备机房配电箱处及电子信息系统设备电源端口的浪涌保护器的推荐值是根据电源系统多级SPD的能量协调配合原则和多年来工程的实践总结确定的。8款:雷电电磁脉冲(LEMP)是敏感电子设备遭受雷害的主要原因。LEMP通过传导、感应、辐射等方式从不同的渠道侵入建筑物的内部,致使电子设备受损。其中,电源线是LEMP入侵最主要的渠道之一。安装电源SPD是防御LEMP从配电线这条渠道入侵的重要措施。正确安装的SPD能把雷电电磁脉冲拒于建筑物或设备之外,使电子设备免受其害。不正确安装的SPD不仅不能防御入侵的LEMP,连SPD自身也难免受损。其实,SPD作用只有两个: (1)泄流。把入侵的雷电流分流入地,让雷电的大部分能量泄入大地,使LEMP无法达到或仅极少部分到达电子设备;(2)限压。在雷电过电压通过电源线入户时,在SPD两端保持一定的电压(残压),而这个限压又是电子设备所能接受的。这两个功能是同时获得的,即在分流过程中达到限压,使电子设备受到保护。

  目前,防雷工程中电源SPD的设计和施工不规范的主要问题有两个:一是SPD接线过长,国内外防雷标准凡涉及电源浪涌保护器(SPD)的安装时都强调接线要短直,其总长度不超过0.5m,但大多情况接线)m的;二是多级SPD安装时的能量配合不当。对这两个问题的忽视导致有些建筑物内部虽安装了SPD仍出现其内的电子设备遭雷击损坏的现象。图5.4.3-2:当SPD与被保护设备连接时,最终有效保护水平Up/f应考虑连接导线的感应电压降△U。SPD最终的有效电压保护水平Up/f为:

  为流入SPD雷电流陡度。当SPD流过部分雷电流时,可假定△U=1kV/m,或者考虑20%的裕量。当SPD仅流过感应电流时,则△U可以忽略。

  也可改进SPD的电路连接,采用凯文接线款:SPD在工作时,SPD安装位置处的线对地电压限制在Up。若SPD和被保护设备间的线路太长,浪涌的传播将会产生振荡现象,设备端产生的振荡电压值会增至2U

  式中:k=25(V/m)。公式引自《雷电防护 第4部分:建筑物内电气和电子系统》GB/T 21714.4-2008(IEC 62305-4:2006,IDT)第D.2.3条。当建筑物或附近建筑物地面遭受雷击时,会在SPD与被保护设备构成的回路内感应出过电压,它加于Up上降低了SPD的保护效果。感应过电压随线路长度、保护地PE与相线的距离、电源线与信号线间的回路面积的尺寸增加而增大,随空间屏蔽、线路屏蔽效率的提高而减小。保护距离L

  是SPD与被保护设备间最大线路长度,在此距离内,SPD对被保护设备的保护才是有效的,因此应考虑感应保护距离L

  。当雷电产生的磁场极强时,应减小SPD与设备间的距离。也可采取措施减小磁场强度,如建筑物(LPZ1)或房间(LPZ2等后续防护区域)采用空间屏蔽,使用屏蔽电缆或电缆管道对线路进行屏蔽等。

  当采用了上述屏蔽措施后,可以不考虑感应保护距离Lpi。当SPD与被保护设备间的线路长、线路未屏蔽、回路面积大时,应考虑感应保护距离L

  IEC 62305-4第二版修订草案(FDIS版)附录C中不再计算振荡保护距离和感应保护距离,而是对Up/f

  1 SPD和设备间的电路长度可忽略不计时(如SPD安装在设备端口),Up/fU

  w。2 SPD和设备间的电路长度不大于10米时(如SPD安装在二级配电箱或插座处),Up/f0.8U

  w。当内部系统故障会导致人身伤害或公共服务损失时,应考虑振荡导致的两倍电压并要求满足Up/f

  Uw/2。3 SPD和设备间的电路长度大于10m时(如SPD安装在建筑物入口处或某些情况下二级配电箱处):

  式中:Uw被保护设备的绝缘耐冲击电压额定值(kV);Ui雷击建筑物上或附近时,SPD与被保护设备间线路回路的感应过电压(kV)。鉴于I•□▼◁▼EC 62305-4第二版在本规▷•●范修订完成时尚未成为正式标准,本规范仍采用已等同采纳为国标的IEC 62305-4:2006中的有关计算方法。10款:在一条线路上,级联选择和安装两个以上的浪涌保护器(SPD)时,应当达到多级电源SPD的能量协调配合。

  雷电电磁脉冲(LEMP)和操作过电压会危及敏感的电子信息系统。除了采取第5章其他措施外,为了避免雷电和操作引起的浪涌通过配电线路损害电子设备,按IEC防雷分区的观点,通常在配电线穿越防雷区域(LPZ)界面处安装浪涌保护器(SPD)。如果线路穿越多个防雷区域,宜在每个区域界面处安装一个电源SPD(图12)。这些SPD除了注意接线方式外,还应该对它们进行精心选择并使之能量配合,以便按照各SPD的能量耐受能力分摊雷电流,把雷电流导引入地,使雷电威胁值减少到受保护设备的抗扰度之下,达到保护电子系统的效果。这就是多级电源SPD的能量配合。

  去耦元件或电缆长度。图12 低压配电线路穿越两个防雷区域时在边界安装SPD示例有效的能量配合应考虑各SPD的特性、安装地点的雷电威胁值以及受保护设备的特性。SPD和设备的特性可从产品说明书中获得。雷电威胁值主要考虑直接雷击中的首次短雷击。后续短时雷击陡度虽大,但其幅值、单位能量和电荷量均较首次短雷击小。而长雷击只是SPDⅠ类测试电流的一个附加负荷因素,在SPD的能量配合过程中可以不予考虑。因此,只要SPD系统能防御直接雷击中的首次短雷击,其他形式的雷击将不至于构成威胁。1 配合的目的

  电源SPD能量配合的目的是利用SPD的泄流和限压作用,把出现在配电线路上的雷电、操作等浪涌电流安全地引导入地,使电子信息系统获得保护。只要对于所有的浪涌过电压和过电流,SPD保护系统中任何一个SPD所耗散的能量不超出各自的耐受能力,就实现了能量配合。2 能量配合的方法

  这种方法基于SPD的静态伏安特性,适用于限压型SPD的配合。该法对电流波形不是特别敏感,也不需要去耦元件,线路上的分布阻抗本身就有一定的去耦★△◁◁▽▼作用。

  为了达到配合的目的,可以使用具有足够的浪涌耐受能力的集中元件作去耦元件(其中,电阻元件主要用于信息系统中,而电感元件主要用于电源系统中)。如果采用电感去耦,电流陡度是决定性的参数。电感值和电流陡度越大越易实现能量配合。3)用触发型的SPD配合触发型的SPD可以用来实现SPD的配合。触发型SPD的电子触发电路应当保证被配合的后续SPD的能量耐受能力不会被超出。这个方法也不需要去耦元件。3 SPD配合的基本模型和原理

  SPD配合的基本模型见图13。图中以两级SPD为例说明SPD配合的原理。配电系统中两级SPD的两种配合方式介绍如下:●两个限压型SPD的配合;●开关型SPD和限压型SPD的配合。

  1)前级SPD1的泄流能力应比后级SPD2的大得多,即通流量大得多(比如SPD1应泄去80%以上的雷电流);2)去耦元件可采用集中元件,也可利用两级SPD之间连接导线的分布电感(该分布电感的值应足▼▲够大);3)最后一级SPD的限压应小于被保护设备的耐受电压。这两种配合不同的特点是:

  的◆●△▼●阻流作用,输入的浪涌上升达到SPD1启动电压并使之导通时,SPD2不可能同时导通。只有当浪涌电压继续上升,流过SPD1的电流增大,使SPD1的残压上升,SPD2两端电压随之上升达到SPD◁☆●•○△2的启动电压时,SPD2才导通。只要通过各SPD的浪涌能量都不超过各自的耐受能力,就实现了能量配合。

  2)开关型SPD1和限压型SPD2配合时,SPD1的伏安特性不连续(例如火花间隙(SG)、气体放电管(GDT),半导体闸流管、可控硅整流器、三端双向可控硅开关元件等),后续SPD2的伏安特性连续。图14说明了这两种SPD能量配合的基本原则。当浪涌输入时,由于SPD1(SG)的触发电压较高,SPD2将首先达到启动电压而导通。随着浪涌电压继续上升,流过SPD2的电流增大,使SPD2的两端电压u

  时,SG就会点火导通。只要通过SPD2的浪涌电流能量未超出其耐受能力之前SG触发导通,就实现了能量配合。否则,没实★◇▽▼•现能量配合。这一切取决于M▲★-●OV的特性和入侵的浪涌电流的陡度、幅度和去耦元件的大小。此外,这种配合还通过SPD1的开关特性,缩短10/350s的初始冲击电流的半值时间,大大减△▪▲□△小了后续SPD的负荷。值得注意的是,SPD1点火导通之前,SPD2将承受全部雷电流。

  4 去耦元件的选择如果电源SPD系统采用线路的分布电感进行能量配合,其电感大小与线路布设和长度有关。线路单位长度分布电感可以用下述方法近似估算:两根导线(相线和地线)在同一个电缆中,电感大约为0.5到1H/m(取决于导线的截面积);两根分开的导线,应当假定单位长度导线有更大的电感值(取决于两根导线之间的距离),则去耦电感为单位长度分布电感与长度的积。因此,为了配▪•★合,必须有最小线路长度要求。如不满足要求就须加去耦元件(电感或电阻)。5.4.4 2款:是根据《低压电涌保护器 第22部分:电信和信号网络的电涌保护器(SPD)选择和使用导则》GB/T 18802.22-2008(IEC 61643-22:2004,IDT)标准的第7.3.1条第1款编写的,图5.4.4是根据GB/T 18802.22-2008图3编写的。

  3款:表5.4.4是根据《低压电涌保护器 第22部分:电信和信号网络的电涌保护器(SPD)选择和使用导则》GB/T 18802.22-2008标准的第7.3.1条第2款表3编写的。上一节:5.3 屏蔽及布线 电子信息系统的防雷与接地

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