建筑防雷SPD的选择和配置

【摘要】雷击是自然界一种强大的脉冲放电过程，它对地面物有着巨大的破坏作用，主要表现形式有直击雷和雷电感应及雷电波侵入三种。

近年来通信技术.计算机技术.信息技术飞速发展，而这些敏感电子设备的电压却在不断降低，其数量和规模不断扩大，因而它们受到过电压特别是雷电袭击而受到损坏的可能性就大大增加。这就是由雷击引起的新的灾害形式：雷电感应及雷电波侵入。一个雷击产生的雷电电磁脉冲干扰能够对周围几公里空间范围内的微电子设备产生危险过电压，损坏线路上的设备，甚至可能摧毁整个系统，造成难以估算的经济损失。雷击灾害已成了信息时代的一大公害，关系到国家财产和人民生命安全。

关键词：建筑防雷 信息系统 SDP选择与配置

中图分类号：TU856 文献标识码：A 文章编号：

【前言】随着现代化技术的发展，现代建筑物中引入了大量的信息系统，由于电子设备的微电子器件耐压水平很低，耐受能量极小，以致信息系统对过电压的作用有着固有的敏感性和脆弱性，因此对信息系统的过电压保护就显的尤为重要。

信息系统的过电压保护包括电源系统和信号线两部分，下面就电源系统SPD选择和配置予以讨论。

一、 电源系统SPD的选择和配置

电源系统过电压保护的范围是以配电变压器低压侧到用电设备，包括低压配电系统的电磁设备、电力电子设备、信息设备的常规电源和电子式电源设备以及信息设备内部的电源装备，，电源系统过电压系统保护的作用主要是限制因雷击或电力系统短路使接地网电位升高而引起的过电压沿电源线侵入的雷电波、设备端口上出现的雷电感应过电压和操作过电压。

1、过电压防护等级的确定

交流低压电流对雷电电磁脉冲需守取多级保护，具体应守取几级保护，应根据被保护信息系统所属的防护等级决定，信息系统雷电电磁脉冲的防护等级分为A、B、C、D四级，不同的防护等级需守取不同的保护级数:见表1

表1信息系统雷电电磁脉冲防护等级

过电压保护等级应根据信息系统所处的环境、信息设备的重要性和发生雷击事故后果严重程度等因素进行雷击风险综合评估确定。建筑物预计年平均雷击次数N，建筑物截收相同雷击次数的等效面积Ae，雷击大地的年平均密度Ng，按《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2010年版)。

因直击雷和雷击电磁脉冲引起信息系统设备损坏可接受的最大年平均雷击次数Nc可按式（2-1）、（2-2）计算

Nc=5.8*10-1/c （2-1）

C=C1+C2+C3+C4+C5 +C6（2-2）

式中：C为各类因子。根据影响防雷状况和信息系统的重要性的各种因子（C1～C6）的取值见表2

表2 C1～C6各因子的取值

建筑对材料结构因子

将N和Nc代入式（2―3）可算出E值，于是可由表2查得信息系统雷电电磁脉冲防护等级;

E=1― （2―3）

表3 雷电电磁脉冲防护等级的确定

二、选择SPD的原则

1、额定电压：SPD的额定电压应于低压系统额定电压一致。

2、额定员载电流：串联型SPD的额定员载电流不应小于所接线路的最大持续电流有效值。

3、最大持续运行电压：SPD的最大持续运行电压Uc不应低于低压系统的最高工作电压。选择380/220V三相系统中的SPD，其最大持续运行电压应符合以下规定：

在TN系统中Uc不应低于1.15Uo；在T系统中，当SPD电源侧装有剩余电流保护器（RCD）时，Uc不应小于1.55UO。当SPD负载侧装有（RCD）时，Uc不应小于1.15Uo；在IT系统中，Uc不应小于2.0Uo。Uo为380/220V三相系统中额定电源有效值，即Uo=220V。

4、标称放电电流In：安装在LPZOA区或LPZOB区与LPZ1区界面处第一级SPD的标称放电电流In不宜小于15KA；安装在LPZ1区与LPZ2区界面处第二级SPD的标称放电电流不宜小于5KA；安装在LPZ2区与其后续防雷区界面处第三级SPD的标称放电电流不宜小于3KA；【防雷区的划分见《建筑物防雷设计规范》（GB50057―2010）中的第六章第6.2.1条】。

5、过电压保护水平UP:对限压型SPD，该电压为在标称放电电流下的残压，有称为SPD的最大箝压；对于开关型SPD，UP是指间隙在雷电冲击陡坡下的击穿电压；对于复合型SPD，其保护水平为间隙在雷电冲击陡坡下的击穿电压和雷电流下SPD两端出现的最大电压两者中的较大者。SPD的最大箝压UP与其两端引线电感压降之和应小于或等于设备的雷电冲击耐受电压。380/220三相系统中各种设备耐受雷电冲击过电压水平可参考表4所列数据。考虑到设备绝缘老化，宜按设备雷电冲击耐受电压值的80%来选用SPD.

表4 380/220V三相交流各种设备绝缘雷电冲击耐受电压值

6、 通流容量：应根据SPD所在的防雷区和雷击建筑物时雷电流分布值计算结果选择SPD，其通流量不应低于预期可能通过的最大分流值。对于第一级SPD，应按《建筑物防雷设计规范》GB50057―2010中附录F所列雷电流参量进行分流计算。若无法估算时，可按全部雷电流IC的50%经建筑物接地装置泄入大地，其余50%雷电流IS分配于引入建筑物的外来导电物，电力线和通信线等设施。如参与分流的设施有几个则流入每一设施的电流Ii等于IS/n，流经无屏蔽电缆芯线电缆的IV等于Ii/m（m为电缆芯线数）。对于有屏蔽的电缆，绝大部分电流将沿屏蔽层流走，通过每个SPD的雷电流可按上述确定的雷电流的30%考虑。此外，还应考虑沿各种设施引入建筑物的雷电流，应按两值的较大者选择SPD。

在LPZO区与LPZ1区界面上宜选用经过10/350us波形的最大冲击电流I级分类试验的SPD。在后续防雷区界面上宜选用经过8/20us波形最大放电电流II级分类试验或混合波III级分类试验的SPD。

变压器侧SPD的通流量按第一级SPD要求考虑。操作过电压的峰值一般较雷电过电压低，但在最末级SPD处可能比雷电过电压高。由于操作过电压持续时间较长，能量较大，因此末级SPD的通流容量不应低于5KA。

7、响应时间：对第一级SPD要求不大于100ns；对第二级要求不大于50ns；对第三级要求不大于25ns。

8、泄漏电流：漏电流通过SPD会产生一定的热量，使温度升高，过大的漏电流将促使元件老化，又影响兼容性，故漏电流不应超过允许值。

9、保护模式：确定保护模式的原则是应使SPD的保护元件与被保护设备并联。一般情况下SPD只需做共摸接法，但在TN制式系统中，对于A级防护等级中的第三、四级SPD和B级防护等级中的第三级SPD需守取全保护接法，即既有共模保护又有差摸保护。

三、SPD的保护效果及工作可靠性不仅与其性能参数有关，而且还与它的安装情况有关。安装SPD需注意以下几点：

1、距离效应： Ⅰ级分类试验的SPD可安装于电源线进入建筑物的入口处，Ⅱ、Ⅲ级分类试验的SPD一般应靠近被保护设备安装。

2、能量配合：条用多级保护，应考虑SPD之间的能量配合。在一般情况下，当开关型SPD与限压型SPD之间线路长度小于10m，限压型SPD间线路长度小于5m宜串接去藕装型。

3、SPD支路保护：为防止SPD老化，寿命终止或不能熄弧而造成对地短路，SPD支路应有过电流保护。可条用熔断器保护，熔断器可按表5选择

表5 SPD支路熔断器选择

结束语：因此，正确的选择SPD是非常重要的，我们必须重视起来严格按各类规定规范进行选择设计，为工程提供最经济实用安全的防雷设计方案。

参考文献：

《建筑物防雷设计规范》GB50057―94（2010年版）

《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343―XXXX

《建筑物防雷工程施工与质量验收规范》GB50601―2010