低压配电柜上SPD的选择和安装

【摘要】为防止或减少雷击电涌或暂时过电压造成低压配电柜设备的损坏，一般安装电涌保护器，即SPD，本文将列述SPD的选择与配置要点及安装方式。

【关键词】低压配电柜；SPD；参数

SPD，又名电涌保护器，是目前在限制瞬态过电压和分走电涌电流的器件，也被称为“避雷器”或“过电压保护器”。一般用于防止和减少建筑物雷击或暂时过电压造成的低压电气设备的损坏，尤其是在建筑物内低压配电柜上安装SPD，以防止与减少雷击等问题。国际标准中，对共用接地系统、信息系统的等电位连接、特殊装置或场所的等电位联结、SPD安装都有要求与规范标准。

1 SPD的选择

用于低压配电器的SPD可分为电压开关型SPD、限压型SPD、组合型SPD等三大类，这三类SPD的型式试验也对应地分为Ⅰ级Iimp、Ⅱ级In和Imax、Ⅲ级Uoc，其是Ⅰ级试验中的冲击电流使用波形为10/350µs，是首次雷击的雷电流参数，已被IEC（国际电工委员会）和GB50057所采用。除此之外，SPD还可按使用地点、是否可接触、安装方式、脱离器的情况、有无串联阻抗等条件对其进行分类。

1.1 SPD的性能参数

1.1.1 最大持续运行电压Uc：SPD的额定电压，可以持续加在SPD上，不会使SPD动作的最大交流电压有效值或直流电压值，这一数值是根据SPD所在的低压配电柜型式和供电质量来进行选择的，如果选低了会出现经常性误动作，对配电柜系统产生一定的影响，反之则可能带来残压或电压保护水平偏高，使保持功能受到影响。

1.1.2 电压保护水平Up：SPD能起到限制电压的性能参数。电压开关型的SPD为电压保护水平，简称保护电平；限压型SPD为残压，此值的选择主要是根据被保护电气线路和设备的绝缘耐冲击过电压额定值而言。

1.1.3 冲击电流Iimp、标称放电电流In：SPD必须能够承受预期通过冲击电流Iimp、标称放电电流In的雷电流，Iimp冲击电流Iimp值适用于Ⅰ型SPD，即电压开关型SPD；In标称放电电流则适用于Ⅱ级和Ⅲ级SPD，即限制级与组合级。

以上三项性能参数与SPD生产厂名、商标、型号、外壳防护等级(IP代码)、过电流保护推荐值、接线端口标志和适用的交流频率或直流等八项内容必须在SPD上明确标识，其他内容如安装类别、端口数量等参数标识可在产品使用说明书上标识出来。

1.2 Up的选择

由于建筑物内低压配电柜上的SPD设备多为Ⅱ类，一般规定，220V/380V电气装置内的SPD电压保护水平的Up不应超过215kV，即离建筑物内电气装置电源进线端最近的配电柜上的SPD设备，如果后端设备为Ⅰ类或耐冲击过电压值更低的情况下，需要将SPD的Up值降到设备额定耐冲击电压值以下。

1.3 I 值的选择

如果建筑物属第二类防雷建筑物，从室外引入水管、电力线、信息线。其电力线为TN－C－S。此时I－peak 值为150kA/ 2（接闪器分流） /3 （入户三条金属管线分流） = 25kA。电力线在配电柜处为三相四线，只需安3个SPD即可。因此，每根相线与PEN线间的SPD的Iimp 值不应低于813kA。如果电流值无法确定，即无法按上述方式计算时，则每一保护模式通路的Iimp 值不应小于1215kA。如果选择“3+1”保护形式时，N与PE之间的SPD的 Iimp值就不应小于50kA。

对于仅用于限制从远端供电线路传来的电感应过电压和操作过电压时，SPD可选用Ⅱ级或Ⅲ级试验的SPD，每个保护模式通路的In值不小于5kA。当建筑物已安装了外部防雷装置时，或本建筑物未装LPS，但与电气连接的建筑物上安装了的时候，必须要选用Ⅰ级试验SPD。在设有信息系统的建筑物需防雷电磁脉冲的情况下，而建筑物并没有安装防直击雷装备，且不处在其他建筑物保护范围时，宜按第三类防雷建筑物。因此，建筑物内的低压配电柜上的SPD应首先通过Ⅰ试验的电压开关型SPD。

2 SPD的配置要点

当前SPD在低压配电柜的配置通常作法是，SPD的级数多，散布面广，器件量多，投资大等，这样的工程设计与施工阶段的工作量也较大，妨碍了SPD应用技术的开展。在建筑内，它只有首级与末级，在配置上，可通过以下几要点对其进行配置：

2.1 首级

首级即位于电源进入建筑物后的第一级配电装置内，其器件为两级可组装在一起的组合型SPD产品。内置的第一级SPD产品的测试电流为Iimp10/350µs，第二级的电压保护水平Up可按需要进行选择，但不用退耦电感，它是靠第一级的电子自点火触发技术，得到可靠的级间配合的。为保证工作的进行，建议同组接入，一组在遇故障退出工作后可保留另一组继续工作。分段后的母线应单独装设一组或两组。

2.2 末级

指靠近末梢用电设备处的。一般有两种情况：一是按用户的需求，在用户的设备内装用SPD，这是由于制造厂家熟悉产品的绝缘冲击耐压水平和EMC抗冲击耐受水平，因此可安装最匹配的SPD，有合适的电压保护水平Up，并按IEC61000－4－5的要求，定出能够适应电气环境等级，且载入产品说明书当中。用户的设备与SPD的距离最短，保护也最为有效，免去了用户安装接线工作，在维护上也较为方便此方式为最佳方案；第二便是用户配电箱或多孔手扦座，即多台用户设备离配电箱或扦座在不超过5m距离可共用一组SPD装在箱内或扦座内。

另外，虽然配电系统可能有多级现象，但SPD一般不设置中间级与前置级。这是由于可能有违LPZ雷电保护区原则，且由于变压器的400V侧历来不实行冲击电压的型式试验，对此也没有规定的值数限制，变压器的产品标准也没有被列出。因此，一般来说直接雷击到户内变压器400V的出线端是不大可能的，且变压器低压绕组绝缘的工频耐压为5KV，耐冲击性可能在其2倍左右，因而一般也不设置前置级。

3 SPD的安装

SPD应安装在建筑物电气装置的电源进线端附近，或者在离建筑物内电气装置电源进线端最近的主配电设备内。对于多级SPD安装以降低Up值时，如电压开关型SPD与限压型SPD之间的线路长度小于10m，两个限压型SPD线路长度小于5m时，需要在SPD之间加装退耦元件，对将开关型元件与限压型元件组合在一起，带电子点火装置的SPD产品。在各种三相低压配电型式中SPD可采用“3 + 0”、“4 + 0”或“3 + 1”等安装方式，当需要抵制差模干扰时，可在相线间加装SPD进行保护。

在安装工艺上，首先，SPD两端连接的导线应该短而直，一般总长小于0.5m，导线的最小横截面铜材不应小于16mm2，导线外护套的颜色应符合L1 ,L2 ,L3 ,N 和PE，分别是黄、绿、红、浅蓝和绿/黄双色线；其次，在布线系统上要特别注意，将经过SPD保护后的线缆与未经保护的线缆隔开，防止二次感应。当SPD两端连线很难实现小于0.5m的要求时，可按凯文接线法进行连接，使最大电涌电压足够低。

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