淺談防雷設(shè)計(jì)

1、淺談建筑低壓電氣一端口SPD選型史曾淵Applicatio of one-port Low-voltage surge protective devices in Low-voltage electrical systemShi Zengyuan(Shanghai Sunyat Architecture Design co.ltd. Shanghai200050,China)Abstract: This paper briefly introduces how to choose SPD by the Standard of Protection against lightning and L

2、ow-voltage surge protective devices Surge protective devices connected toLow-voltage power system Selection and application principles, calculationg of SPD coordinated protection.Keyword: Surge protective devices(SPD) Lightning protection level(LPL) coordinated protection current steepness one-port

3、SPD摘要：簡(jiǎn)介根據(jù) IEC建筑防雷設(shè)計(jì)規(guī)范IEC62305及IEC61643低壓電涌保護(hù)器（SPD）的選用原則，對(duì)SPD進(jìn)行選型及SPD之間的配合選型計(jì)算。關(guān)鍵詞：防浪涌保護(hù)器（SDP）雷電防護(hù)等級(jí)（LPL） 配合保護(hù) 電流陡度 一端口SPD引言隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展和建筑科技的進(jìn)步，我國(guó)生活水平不斷提高，對(duì)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、人身安全的要求也日益提高，因此對(duì)于浪涌及電涌的防護(hù)要求也隨之提高。SPD浪涌保護(hù)器作為抑制浪涌及電涌對(duì)電子、電力系統(tǒng)的沖擊起到了相當(dāng)重要的作用。1.1確定建筑雷電防護(hù)等級(jí)（LPL）及防雷系統(tǒng)（LPS）類(lèi)型根據(jù)IEC62305-1總則，不同雷電防護(hù)等級(jí)（LPL）的雷擊

4、電流參數(shù)的最大值在表1中給出，用以設(shè)計(jì)防雷部件（例如導(dǎo)體截面，金屬板厚度、SPD 的電流能力、對(duì)危險(xiǎn)火花的間隔距離），并在對(duì)這些部件受雷擊影響做模擬時(shí)定義其測(cè)試參數(shù)。不同雷電防護(hù)等級(jí)（LPL）的雷擊電流振幅的最小值用來(lái)推導(dǎo)滾球半徑（參見(jiàn)表2）。以便定義雷電防護(hù)區(qū)，哪里不會(huì)受到直接雷擊。表2中給出了雷擊電流參數(shù)的最小值和相應(yīng)的滾球半徑。這些數(shù)據(jù)用以決定接閃器位置和去定義雷擊保護(hù)區(qū)LPZ0B。表3給出了防雷等級(jí)相應(yīng)的雷電防護(hù)等級(jí)，根據(jù)防護(hù)等級(jí)依據(jù)表4選取相應(yīng)的滾球半徑及網(wǎng)格尺寸.表5、6分別給出了不同LPS類(lèi)型金屬板或接閃器裝置中金屬管的最小厚度、引下線間距和環(huán)形導(dǎo)體間距。表1 不同雷電防護(hù)等級(jí)（

5、LPL）的雷擊電流參數(shù)的最大值表2 不同雷電防護(hù)等級(jí)（LPL）的雷擊電流振幅的最小值及相應(yīng)滾球半徑下列表36給出了IEC規(guī)范中防雷等級(jí)相應(yīng)的防雷系統(tǒng)保護(hù)方式：LPLLPS類(lèi)型表3 LPL和LPS的對(duì)應(yīng)關(guān)系 防護(hù)方式LPS類(lèi)型滾球半徑R（m）網(wǎng)格尺寸M（m）205*53010*104515*156020*20表4 不同類(lèi)型的LPS對(duì)應(yīng)的滾球半徑及網(wǎng)格尺寸LPS類(lèi)型材料厚度Ta（mm）厚度Tb（mm）至鐵Fe40.5銅Cu50.5鋁Al70.7Ta 防止穿透、熱點(diǎn)或著火。Tb 如果防止穿透、熱點(diǎn)或者著火不重要的話，僅對(duì)鋼板而言。表5 金屬板或接閃器裝置中金屬管的最小厚度LPS類(lèi)型參考間距m1010

6、1520表6 引下線間距和環(huán)形導(dǎo)體間距相對(duì)不同類(lèi)型LPS的參考值防雷裝置、接地的使用材料規(guī)格及最小截面積國(guó)標(biāo)與IEC一致，此處不再列表闡述。1.2 SPD的安裝位置及LPZ的確定：圖1 辦公樓防雷區(qū)域的劃分示意圖圖1為IEC辦公樓防雷區(qū)域的劃分示意圖（參見(jiàn)IEC62305-4 P25），有上圖可知哪些部位需裝設(shè)SPD，圖中還應(yīng)注意到高壓電纜進(jìn)線的變電所被定義為擴(kuò)展的LPZ0A，故變壓器總斷路器處需安裝一類(lèi)試驗(yàn)波形的SPD（一類(lèi)試驗(yàn)的SPD有兩種波形10/350s與8/20s，不止是10/350s一種）。1.3 SPD的選型圖2給出了IEC推薦的SPD選擇流程圖圖2 SPD選型流程圖選型之前應(yīng)對(duì)

7、以下技術(shù)參數(shù)有所了解：（以下名詞的定義解釋參見(jiàn)IEC61643-12第3章）沖擊電流 impulse current （Iimp）根據(jù)操作規(guī)程試驗(yàn)的程序測(cè)得的電流峰值（Ipeak）和電荷（Q）。用于I 級(jí)分類(lèi)試驗(yàn)中SPD的分類(lèi)。標(biāo)稱放電電流 nominal discharge current （In）流經(jīng) SPD，波形為8/20 的電流的峰值。用于II 級(jí)分類(lèi)試驗(yàn)中SPD 的分類(lèi)和I 級(jí)和II 級(jí)分類(lèi)試驗(yàn)中SPD 的預(yù)處理。II 級(jí)試驗(yàn)的最大放電電流maximum discharge current for class II test（Imax）流過(guò)SPD，具有 8/20波形電流的峰值，其值按

8、II級(jí)動(dòng)作負(fù)載的程序確定。Imax大于In。最大持續(xù)運(yùn)行電壓 maximum continuous operating voltage (Uc)可以持續(xù)加在SPD 上的最大交流電壓有效值或直流電壓。其值等于SPD 的額定電壓。暫態(tài)過(guò)電壓 temporary overvoltage （UT）受保護(hù)設(shè)備可以承受的、在某個(gè)特定時(shí)間段超過(guò)了最大持續(xù)運(yùn)行電壓（Uc）的最大r.m.s值或直流過(guò)電壓。注1 根據(jù)IEC 61643-1 定義3.18 改寫(xiě)，加入了以下注釋。注2 UT 是制造商公布的電壓，此時(shí)在給定的時(shí)段內(nèi)SPD 有固定的特性（這意味著要么暫態(tài)過(guò)電壓過(guò)后性能沒(méi)有變化，要么所出現(xiàn)的故障對(duì)人身、裝置

9、和設(shè)備沒(méi)有損害）。電壓保護(hù)水平voltage protection level（Up）表征SPD限制接線端子間電壓的性能參數(shù)，其值可從優(yōu)先值的列表中選擇。該值應(yīng)大于實(shí)測(cè)限制電壓的最高值。網(wǎng)絡(luò)的暫態(tài)過(guò)電壓 temporary overvoltage of the network （UTOV）在網(wǎng)絡(luò)中給定位置所產(chǎn)生的工頻過(guò)電壓，具有相對(duì)較長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間。TOV 可能由LV 系統(tǒng)（UTOV, LV）或HV 系統(tǒng)（UTOV, HV）內(nèi)部的故障造成。注 暫態(tài)過(guò)電壓典型的持續(xù)時(shí)間最多為幾秒鐘，通常產(chǎn)生自開(kāi)關(guān)操作或故障（例如，突然甩負(fù)荷、單項(xiàng)故障等），以及/或非線性（鐵磁共振、諧振等）。UTOV,LV低壓配電

10、系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)電壓SPD 能量承受能力的選擇（Iimp，Imax 或Uoc 的選擇取決于試驗(yàn)類(lèi)型）應(yīng)基于風(fēng)險(xiǎn)分析（見(jiàn)條款7），即比較電涌發(fā)生的概率，受保護(hù)設(shè)備的價(jià)格和可接受的故障率，包括當(dāng)用到多于1個(gè)SPD 時(shí)的配合分析。1、在建筑物的進(jìn)線入口（在LPZ1邊界，即在電力線路主配電盤(pán)MB上）：保護(hù)模式SPD 的保護(hù)元件可以按線 線、線 地、線 中性線、中性線 地以及混合等多種方式連接。這些方式被稱為保護(hù)模式。IEC 61643-1 定義3.71.3.1 在建筑物的進(jìn)線入口（在LPZ1邊界，即在電力線路主配電盤(pán)MB上）：根據(jù)下表7（參見(jiàn)IEC62305-1附錄E）所示給出了第一級(jí)SPD的沖擊電流或標(biāo)稱

11、電流的粗略選擇LPL低壓系統(tǒng)電子信息系統(tǒng)閃擊于設(shè)備閃擊于設(shè)備附近閃擊于建筑或附近閃擊于設(shè)備閃擊于設(shè)備附近閃擊于建筑或附近損害原S3（直擊）10/350s波形（kA）損害原S4（非直擊）8/20s波形（kA）損害原S1或S2（S1引起的感應(yīng)電流）8/20s波形（kA）損害原S3（直擊）10/350s波形（kA）損害原S4（非直擊）測(cè)試：5/300s（測(cè)試：8/20s）（kA）損害原S2（感應(yīng)電流）8/20s波形（kA）-52.50.110.01（0.05）0.05-1050.220.02（0.01）0.1表7 雷擊造成的預(yù)期浪涌過(guò)電流損害源：1、 S1雷擊建筑物2、 S2雷擊建筑物的臨近區(qū)域3、

12、 S3雷擊入戶的公共設(shè)施4、 S4雷擊入戶的公共設(shè)施的臨近區(qū)域如需詳細(xì)計(jì)算按以下公式（參見(jiàn)IEC61643-1附錄A）：為了確定配備外部防雷系統(tǒng)的建筑遭到直接雷電時(shí)通過(guò)SPD的電流分布，通常采用接地體的歐姆電阻就足夠精確，例如：建筑物、管道接地、配電系統(tǒng)接地等。在不可能單獨(dú)估算（例如計(jì)算）的場(chǎng)合，可以假定總雷電流I的50%流入考慮的建筑物防雷系統(tǒng)的接地端。另外50%電流，稱為Is，在進(jìn)入建筑物的設(shè)施中分配，例如，外部導(dǎo)電部件、電源線和通信線等。流過(guò)每個(gè)設(shè)施的電流值稱為Ii：Ii =Is/n 式中 n 是設(shè)施的數(shù)量。在估算非屏蔽電纜中每個(gè)導(dǎo)線的電流（稱為Iv）時(shí)，用導(dǎo)線的根數(shù)m除電纜電流Ii，即

13、：Iv = Ii/m至于屏蔽電纜，通常大部分電流通過(guò)屏蔽層。優(yōu)選值Ipeak相當(dāng)于Iv。對(duì)于第一級(jí)進(jìn)戶處SPD的防雷采用10/350s波形與8/20s波形，應(yīng)考慮一下幾點(diǎn)：（1）是否直接遭遇雷擊，現(xiàn)在許多工程中進(jìn)戶管為埋地進(jìn)戶不會(huì)遭遇直接雷而且保護(hù)鋼管在進(jìn)戶處于建筑等電位進(jìn)線了可靠有效的聯(lián)結(jié)，大大增加了其屏蔽能力。如屋頂遭遇直接雷導(dǎo)致雷電流沿引下線流入建筑物是應(yīng)按不同的建筑模型考慮（如圖3參見(jiàn)IEC62305-4 P30）：圖3 不同類(lèi)型的建筑模型如上圖所示，建筑的三種典型模式，雷擊時(shí)電源側(cè)即變壓器低壓側(cè)的SPD承受的雷電流完全不同。根據(jù)IEC的分流理論則類(lèi)型2的建筑勢(shì)必防雷引下線遠(yuǎn)多于類(lèi)型3

14、，則根據(jù)分流公式電源線分得的雷電流值大大下降。所以建筑的類(lèi)型對(duì)雷電流的分流起了很大的影響。1.3.2：SPD的連接導(dǎo)線截面積SPD的連接導(dǎo)線應(yīng)根據(jù)后面保護(hù)的熔絲去選擇，熔絲的選擇原則是在SPD工作時(shí)（有雷電流流過(guò)時(shí)）熔絲不得熔斷，即熔絲最小燃弧值應(yīng)大于SPD中所受的雷電流帶來(lái)的焦耳熱,根據(jù)公式W=I²*t（參見(jiàn) GB50057-2010建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范附錄J）進(jìn)線計(jì)算。應(yīng)注意的是與運(yùn)行開(kāi)關(guān)所導(dǎo)致的其他電涌相比，保險(xiǎn)絲工作所產(chǎn)生的電涌出現(xiàn)頻率較低。但是，在中斷短路回路的情況下，能產(chǎn)生非常嚴(yán)重的電涌過(guò)電壓。這主要受短路電流上升速率、保險(xiǎn)絲的特性及其額定電流以及回路自感的影響。通過(guò)安裝在

15、母線附近的保險(xiǎn)絲清除配電系統(tǒng)饋電線中的短路電流較為重要，因?yàn)楸ｋU(xiǎn)絲開(kāi)關(guān)所產(chǎn)生的過(guò)電壓影響所有連接到同一母線上的用電設(shè)備?；诮y(tǒng)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)顯示在公共低壓供電系統(tǒng)中，這樣的故障可能極少發(fā)生。但是，在考慮到工業(yè)配電系統(tǒng)時(shí)，短路的發(fā)生就不再那么少見(jiàn)了，這類(lèi)故障就有了些重要性。對(duì)10/350s波形：I²*t=256.3*I對(duì) 8/20s波形: I²*t=14.01*I最大放電電流幅值Ipeak（KA）（10/350）I2t（A2s）后備保護(hù)熔體最小額定電流（A）GL導(dǎo)線截面（mm2）6092268025095506407502007035313967.51605020102520100

16、251557667.51002512.540046.9802510256306316表8 沖擊電流（10/350s）與后備保護(hù)熔絲及導(dǎo)線的匹配選型表標(biāo)稱放電電流幅值In（KA）（8/20）I2t（A2s）后備保護(hù)熔體最小額定電流（A）GL導(dǎo)線截面（mm2）160358400160501001401001253580896641002570686491002560504368025503502580254022857631630126095010205604326153152.32561014012046504.36164表9 標(biāo)稱電流（8/20s）與后備保護(hù)熔絲及導(dǎo)線的匹配選型表對(duì)于不同廠家的

17、熔斷器預(yù)燃弧值的不同導(dǎo)致選型有一定差異。1.3.2 Uc（最大持續(xù)運(yùn)行電壓）表10 Uc與標(biāo)準(zhǔn)電壓之間的關(guān)系根據(jù)表8對(duì)于不同的接地形式及安裝位置確定Uc值。同時(shí)還需考慮SPD可能的劣化及其他系統(tǒng)的非正常狀態(tài)留出5%的裕度。再根據(jù)IEC61643-1-5.5交流有效值或直流的最大持續(xù)工作電壓Uc的優(yōu)選值：52 63 75 95 110 130 150 175 220 230 240 250 260 275 280 320 420 440 460 510 530 600630 690 800 900 1000 1500v有時(shí)在選擇相與地之間的SPD的Uc時(shí)應(yīng)考慮特定的失效狀態(tài)，這是為了避免在出現(xiàn)故

18、障時(shí)過(guò)多的SPD損壞。IEC61643-1-4.1.3.2圖4指出當(dāng)?shù)蛪貉b置中出現(xiàn)故障（短路）時(shí)TN系統(tǒng)中相線和中性線之間的UTOV,Lv故障電壓為1.45 Uo，同時(shí)考慮到Uc越高則Up越高（我國(guó)規(guī)范規(guī)定第一級(jí)浪涌保護(hù)電壓保護(hù)水平不大于2.5kv），故IEC61643-附錄E中給出Uc不高于1.5 Uo。所以在共模保護(hù)模式下（Up2.5kv的情況下）1.15 UoUc1.5 Uo。1.3.3 UT（暫態(tài)過(guò)電壓）表11 不同接地系統(tǒng)中的UT 暫態(tài)過(guò)電壓有兩維，振幅和時(shí)間。過(guò)電壓的持續(xù)時(shí)間主要取決于供電系統(tǒng)得接地（包括高壓供電系統(tǒng)和SPD 所接的低壓系統(tǒng)）。確定暫態(tài)過(guò)電壓應(yīng)考慮供電系統(tǒng)的最大持續(xù)

19、運(yùn)行電壓（UCS）。從UT的選取應(yīng)考慮UTOV,LV低壓系統(tǒng)故障與UTOV,HV高壓系統(tǒng)故障。在高壓系統(tǒng)故障時(shí)，應(yīng)考慮高壓系統(tǒng)的接地方式：例如阻抗接地的高壓系統(tǒng)，持續(xù)時(shí)間大于5s 時(shí)，Uo+ 250V r.m.s.例如中性點(diǎn)直接接地的高壓系統(tǒng)，持續(xù)時(shí)間最高達(dá)5s 時(shí)，Uo + 1200V r.m.s.低壓系統(tǒng)中的故障產(chǎn)生的暫態(tài)過(guò)電壓可以通過(guò)兩個(gè)因素定義：k1 是最大電壓與標(biāo)稱系統(tǒng)電壓的比值。k1 通常在1.05 到1.1 的范圍內(nèi)。這包括了電壓水平的正常調(diào)整。Ucs = k1×Uok2 是供電系統(tǒng)的Ucs 之上發(fā)生的供電系統(tǒng)電壓的最大放大率。在三項(xiàng)低壓系統(tǒng)中出現(xiàn)故障時(shí)，無(wú)故障的相上的

20、電壓可從大約1.25 變化到理論值3。注1 在單項(xiàng)三線（分相）系統(tǒng)中k2 可高達(dá)2。全部暫態(tài)過(guò)電壓被表示為：UTOV,LV = k1×k2×Uo = k2×Ucs注2 暫態(tài)過(guò)電壓通常由例如低壓配電系統(tǒng)的故障，電容器開(kāi)關(guān)和發(fā)電機(jī)停止和啟動(dòng)等事件造成。這些過(guò)電壓持續(xù)時(shí)間很短。那些由三項(xiàng)供電系統(tǒng)故障造成的暫態(tài)過(guò)電壓存在的時(shí)間從小于0.05s 直至5s。中性線連接不好的單項(xiàng)發(fā)電機(jī)啟動(dòng)能導(dǎo)致額外過(guò)電壓，通常持續(xù)時(shí)間達(dá)5s。電容器開(kāi)關(guān)和電壓調(diào)整部應(yīng)產(chǎn)生持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)于5s 的過(guò)電壓。因此，IEC 61643-12 中選取的暫態(tài)過(guò)電壓持續(xù)時(shí)間為0.05s 到5s。注3 在某些網(wǎng)絡(luò)中

21、，需要考慮由高壓系統(tǒng)故障所導(dǎo)致的U0 + 1200V 的短時(shí)（小于5s）暫態(tài)過(guò)電壓（UTOV,HV）（見(jiàn)IEC 60364-4-44）。如此高的電壓值可能導(dǎo)致SPD 故障。在這種情況下，應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)以確保該故障不會(huì)對(duì)人身、設(shè)備和裝置造成任何災(zāi)難。U0 + 1200V 是最大持續(xù)時(shí)間為5s 的暫態(tài)過(guò)電壓的最大值。根據(jù)低壓裝置和高壓系統(tǒng)得接地系統(tǒng)類(lèi)型，該值可能存在，也可能不存在。另外，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)于5s 的暫態(tài)過(guò)電壓在IEC60364-4-44 中被定義，且由于持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)也可能導(dǎo)致故障。應(yīng)注意在選取這2個(gè)值時(shí)，IEC測(cè)試試驗(yàn)時(shí)間5S的為低壓系統(tǒng)故障，200ms為高壓系統(tǒng)故障。1.3.4 Up（電

22、壓保護(hù)水平）SPD的保護(hù)水平Up是規(guī)定試驗(yàn)時(shí)間標(biāo)稱電流產(chǎn)生殘壓。當(dāng)流過(guò)SPD的電流較大或較小時(shí)，SPD端子的電壓數(shù)值都會(huì)相應(yīng)的變化。在不同標(biāo)稱電流的測(cè)試下Up不一。最終的有效保護(hù)值Up/f=Up+U（連接線路壓降），當(dāng)SPD僅流過(guò)感應(yīng)電流時(shí)U可忽略，根據(jù)IEC規(guī)定Up/f不應(yīng)大于被保護(hù)設(shè)備耐受電壓的80%（20%為裕量）。配電裝置中的設(shè)備過(guò)電壓上限為4KV，則Up/f3.2KV，Up =2.5KV，則連接線路的電壓不應(yīng)大于0.7KV（熔絲作為后備保護(hù)時(shí)由于為純電阻性元件無(wú)需考慮電感，若為斷路器是則需考慮內(nèi)部磁線圈產(chǎn)生的電感，有相關(guān)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論斷路器做后備保護(hù)時(shí)Up/f升高1.11.2倍）。根據(jù)

23、更為嚴(yán)格的計(jì)算應(yīng)考慮振蕩系數(shù)，由于振蕩系數(shù)的考慮因素過(guò)多一般取值范圍在（1K2）。根據(jù)IEC假設(shè)電感為1H/m，U=-L*di/dt0.7KV,I=0.1*10000/10=1KA，L=0.7H ，所以連接導(dǎo)線小于0.7米。其實(shí)連接導(dǎo)線的長(zhǎng)度限制應(yīng)詳細(xì)計(jì)算得出，示例計(jì)算如下(Imax為8/20s波形的放電峰值，Ix為等值轉(zhuǎn)換為10/350s波形的電流值)：SPD1：Imax=20KA，雷電流降級(jí)系數(shù)假定為4:1,則 Ix=5KA，di/dt=0.5KA/sSPD2：Imax=40KA，雷電流降級(jí)系數(shù)假定為4:1,則 Ix=10KA，di/dt =1KA/sSPD3：Imax=70KA，雷電流降

24、級(jí)系數(shù)假定為4:1,則 Ix=17.5KA，di/dt =1.75KA/s再根據(jù)U=L*di/dt0.7KVSPD1：L1.4H，連接導(dǎo)線應(yīng)小于1.4米；SPD2：L0.7H，連接導(dǎo)線應(yīng)小于0.7米；SPD3：L0.4H，連接導(dǎo)線應(yīng)小于0.4米；所以連接導(dǎo)線應(yīng)小于0.5米是一個(gè)非常模糊的概念，應(yīng)根據(jù)SPD的Imax或Iimp推算出電流陡度后才能判斷連接導(dǎo)線的長(zhǎng)度。當(dāng)然應(yīng)盡量減小導(dǎo)線連接長(zhǎng)度以減少電感。1.3.5 Ic（持續(xù)工作電流）Ic是當(dāng)應(yīng)用Uc時(shí)流經(jīng)SPD 的電流值。流經(jīng)接地端子（PE）的電流，如果有的話，被稱為殘流。該電流被用于選擇SPD 來(lái)避免過(guò)電流裝置或其他保護(hù)裝置（例如RCD）的不

25、必要運(yùn)行。1.3.6 二、三級(jí)SPD的選擇在選擇二三級(jí)SPD時(shí)我們必須考慮配合以及SPD盲區(qū)的情況（即第一級(jí)SPD不觸發(fā)的零界問(wèn)題）。以第一級(jí)SPD為開(kāi)關(guān)型SPD，第二級(jí)SPD為限壓型SPD為例：IEC中指出典型的火花間隙在4KV以下200ns（現(xiàn)在產(chǎn)品中一般為100ns響應(yīng)）以內(nèi)觸發(fā)，故Uspeak=4kv，因此第一級(jí)SPD觸發(fā)條件Uspeak=UL+ U0（UL線路電感電壓，U0為SPD安裝處電壓），當(dāng)考慮極端情況U0=0，即所有的觸發(fā)電壓均有線路電感提供時(shí)那么，設(shè)導(dǎo)線電感為1H/m導(dǎo)線長(zhǎng)度為10m，UL =-L*di/dt則i =5KA（注意此時(shí)i為10/350s波形的電流值，此處dt取

26、8s）在根據(jù)電流系數(shù)之比取保守值5:1,即第二級(jí)SPD的標(biāo)稱電流在20KA時(shí)即可保證第一級(jí)SPD的觸發(fā)。2 SPD配合問(wèn)題 2.1基于間隙型SPD與基于氧化鋅壓敏電阻的SPD配合案例 在LPZO與LPZ1界面的SPD為電壓開(kāi)關(guān)型，有可能進(jìn)入的雷電流水平不足以對(duì)它實(shí)現(xiàn)觸發(fā)，此時(shí)下級(jí)安裝的SPD就可能承受10/350s波形，這中情況應(yīng)當(dāng)避免。放電間隙（SPD1）的放電與否取決于MOV（SPD2）兩端的殘壓Uc（即通過(guò)Imax是SPD的兩端電壓，也稱為限制電壓Vc）和退耦元件上的動(dòng)態(tài)電壓降UDE。一旦電壓U1超過(guò)了SPD1的動(dòng)態(tài)放電電壓Uspeak，則SPD1放電并達(dá)到了配合。在國(guó)標(biāo)建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)

27、范GB50057-2010中提出:電壓開(kāi)關(guān)型SPD與限壓型SPD之間的線路長(zhǎng)度不宜小于10m，限壓型SPD之間的線路長(zhǎng)度不宜小于5m。上述說(shuō)法也十分模糊，沒(méi)有具體的公式計(jì)算，網(wǎng)上有文章認(rèn)為是因?yàn)橐活?lèi)與二類(lèi)SPD的響應(yīng)時(shí)間差乘以波在電纜中的傳播速度得到的結(jié)果，在一類(lèi)SPD不觸發(fā)的情況下距離大于10米也沒(méi)有任何意義。IEC中指出典型的火花間隙在4KV以下200ns（現(xiàn)在產(chǎn)品中一般為100ns響應(yīng)）以內(nèi)觸發(fā)，故Uspeak=4kv如果不考慮增加退耦裝置時(shí)，應(yīng)計(jì)算線路的自感與Uc能否達(dá)到4KV以觸發(fā)一類(lèi)SPD導(dǎo)通。一般的U取值在500V600V之間，則線路自感的動(dòng)態(tài)電壓應(yīng)達(dá)到3500V（保守計(jì)算取下限

28、）3.5KVL*di/dt， SPD1：Imax=20KA，雷電流降級(jí)系數(shù)假定為4:1,則Ix=5KA，di/dt=0.5KA/sSPD2：Imax=40KA，雷電流降級(jí)系數(shù)假定為4:1,則Ix =10KA，di/dt=1KA/sSPD3：Imax=70KA，雷電流降級(jí)系數(shù)假定為4:1,則Ix =17.5KA，di/dt=1.75KA/sSPD1：L=7H，線路所需長(zhǎng)度至少為7mSPD2：L=3.5H，線路所需長(zhǎng)度至少為3.5mSPD3：L=2H，線路所需長(zhǎng)度至少為2m考慮極限情況時(shí)：Uspeak=10kv, Uc=500VSPD1：L=18H，線路所需長(zhǎng)度至少為18mSPD2：L=9.5H，

29、線路所需長(zhǎng)度至少為9.5mSPD3：L=5.43H，線路所需長(zhǎng)度至少為5.43m按國(guó)標(biāo)建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范中規(guī)定保護(hù)等級(jí)為D級(jí)的建筑第二級(jí)標(biāo)稱放電電流10KA，故取Imax =20KA，di/dt =0.5KA/s，極限情況下就需18m的距離。所以一般在第二級(jí)標(biāo)稱電流大于In=20KA時(shí)，大于10米是可靠的，但不應(yīng)排除特例。在計(jì)算需要加裝退耦器時(shí)應(yīng)獲取以下參數(shù)：為方便計(jì)算假設(shè)每米電感為1H，雷電流陡度取0.1KA/S(為最不利情況)需注意8/20s與10/350s雷電流降級(jí)系數(shù)假定為4:1。SPD2的Imax為10KA，經(jīng)過(guò)降級(jí)系數(shù)變比后為2.5KA，則10s的上升時(shí)間產(chǎn)生了250A

30、/s的di/dt。Ures（為SPD2的殘壓），一般Ures未知，可采用保守值Uref表示（Uref為SPD2中壓敏電阻的參考電壓，該參考電壓為壓敏電阻的特性參數(shù)，有數(shù)據(jù)時(shí)根據(jù)壓敏電阻的伏安特性曲線決定）也可按以下公式3計(jì)算：公式1：LDE-10/350s=（Uspeak -Ures）/（Imax/10s） 公式2：LDE-0.1KAs=（Uspeak -Ures）/（0.1KA/s）公式1與公式2中取計(jì)算較大值。公式3：L=（Uspeak -I*R）/（Imax/10s） 注：I為假設(shè)間隙在100ns內(nèi)觸發(fā)流入下游SPD的電流，R為線路的阻抗（非線性值）。Uref至少大于線路電源的峰值電壓A

31、V230V時(shí)，Uref=2*230=325V（IEC計(jì)算實(shí)例給出的Uref=510V） 根據(jù)公式1：LDE-10/350s =（4KV-325V）/250A/s=14.7H,即要使用的供電電纜長(zhǎng)度為14.7米，或一段電纜與較低值的電感器混合體。根據(jù)公式1：LDE-0.1KAs =（4KV-325V）/100A/s=36.5H,即要使用的供電電纜長(zhǎng)度為36.5米，或一段電纜與較低值的電感器混合體。根據(jù)網(wǎng)上查閱資料，MOV（壓敏電阻的限制電壓在500V600V之間），采用550V計(jì)算 根據(jù)公式1：LDE-10/350s =（4KV-550V）/250A/s=13.8H,即要使用的供電電纜長(zhǎng)度為13

32、.8米,或一段電纜與較低值的電感器混合體。根據(jù)公式2：LDE-0.1KAs =（4KV-550V）/100A/s=34.5H,即要使用的供電電纜長(zhǎng)度為34.5米,或一段電纜與較低值的電感器混合體。根據(jù)公式3計(jì)算時(shí)先引入以下概念：第一、 當(dāng)該案例中自感L、阻抗Z都用于與R的一部分，假定可以忽略。第二、 在高頻電流（雷電流頻率為1MHZ）時(shí)電纜呈現(xiàn)明顯的集膚效應(yīng)，此時(shí)電阻R不再是直流電阻R,計(jì)算方法如下：RAC= (RDC*D)/ 4 RAC交流電阻，RDC直流電阻，（mm）趨膚深度以25mm²導(dǎo)線為例，經(jīng)查表RDC在導(dǎo)體溫度為80°C時(shí)電阻值為0.87m/m, 在1MHZ時(shí)取

33、值為0.067mm，D為導(dǎo)線直徑為5.64mm，則 RAC =18.3 m/m，假設(shè)導(dǎo)線長(zhǎng)度為10米，R=0.183 ，感抗=86.3（保守值）根據(jù)現(xiàn)在的產(chǎn)品假設(shè)火花間隙在100ns內(nèi)觸發(fā)，流經(jīng)下游的SPD的電流將為：I=0.1*（2500/10）=25A公式3：L=（Uspeak -I*R）/（Imax/10s）L=（4000-25*86.3）/250=7.37H 公式1、2的設(shè)計(jì)值過(guò)于保守計(jì)算，公式3給出的值為此類(lèi)配合的通常條件。特別應(yīng)注意的是，現(xiàn)在我國(guó)供電設(shè)備多使用多芯電流供電，則電感值較小，故電感取值可取0.5H/m進(jìn)線計(jì)算。2.2 2個(gè)基于氧化鋅壓敏電阻的SPD配合案例比對(duì)2個(gè)SPD

34、的Ures曲線，確定交叉點(diǎn)Icr，如果Icr足夠低（典型值為0.1* In2），則無(wú)需計(jì)算第二個(gè)SPD中的能量。如無(wú)曲線則根據(jù)下列簡(jiǎn)化要求選擇： 如果2個(gè)SPD具有相同的標(biāo)稱放電電流：Ures1(In 1)Ures2(In 1) 如果2個(gè)SPD具有不同的標(biāo)稱放電電流：Ures1(In 2)Ures2(In 2) Ures 1(In 1)、Ures 2(In 2) 分別為在 In 1、In 2電流通過(guò)時(shí)，SPD1、2的端壓。無(wú)論是開(kāi)關(guān)型SPD與限壓型SPD間的配合還是限壓型SPD之間的配合，應(yīng)確保足夠的觸發(fā)電壓使前級(jí)SPD的導(dǎo)通應(yīng)保護(hù)下一級(jí)的SPD。 上述為對(duì)SPD電流配合的闡述，除此 之外還需考慮SPD之