浅谈建筑低压电气一端口SPD选型史曾渊Applicatio of one-port Low-voltage surge protective devices in Low-voltageelectrical 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 Low-voltage surge protective devices –Surge protective devices connected to–Low-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 SPD摘要：简介根据 IEC建筑防雷设计规范IEC62305及IEC61643低压电涌保护器（SPD）的选用原则，对SPD进行选型及SPD之间的配合选型计算。
关键词：防浪涌保护器（SDP）雷电防护等级（LPL）配合保护电流陡度一端口SPD引言随着我国经济建设的快速发展和建筑科技的进步，我国生活水平不断提高，对供电系统的稳定性、人身安全的要求也日益提高，因此对于浪涌及电涌的防护要求也随之提高。
SPD浪涌保护器作为抑制浪涌及电涌对电子、电力系统的冲击起到了相当重要的作用。
1.1确定建筑雷电防护等级（LPL）及防雷系统（LPS）类型根据IEC62305-1总则，不同雷电防护等级（LPL）的雷击电流参数的最大值在表1中给出，用以设计防雷部件（例如导体截面，金属板厚度、SPD 的电流能力、对危险火花的间隔距离），并在对这些部件受雷击影响做模拟时定义其测试参数。
不同雷电防护等级（LPL）的雷击电流振幅的最小值用来推导滚球半径（参见表2）。
以便定义雷电防护区，哪里不会受到直接雷击。
表2中给出了雷击电流参数的最小值和相应的滚球半径。
这些数据用以决定接闪器位置和去定义雷击保护区LPZ0B。
表3给出了防雷等级相应的雷电防护等级，根据防护等级依据表4选取相应的滚球半径及网格尺寸.表5、6分别给出了不同LPS类型金属板或接闪器装置中金属管的最小厚度、引下线间距和环形导体间距。
表1 不同雷电防护等级（LPL）的雷击电流参数的最大值表2 不同雷电防护等级（LPL）的雷击电流振幅的最小值及相应滚球半径下列表3~6给出了IEC规范中防雷等级相应的防雷系统保护方式：表3 LPL和LPS的对应关系表4 不同类型的LPS对应的滚球半径及网格尺寸表5 金属板或接闪器装置中金属管的最小厚度表6 引下线间距和环形导体间距相对不同类型LPS的参考值防雷装置、接地的使用材料规格及最小截面积国标与IEC一致，此处不再列表阐述。
1.2 SPD的安装位置及LPZ的确定：图1 办公楼防雷区域的划分示意图图1为IEC办公楼防雷区域的划分示意图（参见IEC62305-4 P25），有上图可知哪些部位需装设SPD，图中还应注意到高压电缆进线的变电所被定义为扩展的LPZ0A，故变压器总断路器处需安装一类试验波形的SPD（一类试验的SPD有两种波形10/350μs与8/20μs，不止是10/350μs一种）。
1.3 SPD的选型图2给出了IEC推荐的SPD选择流程图图2 SPD选型流程图选型之前应对以下技术参数有所了解：（以下名词的定义解释参见IEC61643-12第3章）冲击电流 impulse current （Iimp）根据操作规程试验的程序测得的电流峰值（Ipeak）和电荷（Q）。
用于I 级分类试验中SPD的分类。
标称放电电流 nominal discharge current （In）流经 SPD，波形为8/20 的电流的峰值。
用于II 级分类试验中SPD 的分类和I 级和II 级分类试验中SPD 的预处理。
II 级试验的最大放电电流maximum discharge current for class II test（Imax）流过SPD，具有 8/20波形电流的峰值，其值按II级动作负载的程序确定。
Imax大于In。
最大持续运行电压 maximum continuous operating voltage (Uc)可以持续加在SPD 上的最大交流电压有效值或直流电压。
其值等于SPD 的额定电压。
暂态过电压 temporary overvoltage （UT）受保护设备可以承受的、在某个特定时间段超过了最大持续运行电压（Uc）的最大r.m.s值或直流过电压。
注1 根据IEC 61643-1 定义3.18 改写，加入了以下注释。
注2 UT 是制造商公布的电压，此时在给定的时段内SPD 有固定的特性（这意味着要么暂态过电压过后性能没有变化，要么所出现的故障对人身、装置和设备没有损害）。
电压保护水平voltage protection level（Up）表征SPD限制接线端子间电压的性能参数，其值可从优先值的列表中选择。
该值应大于实测限制电压的最高值。
网络的暂态过电压temporary overvoltage of the network （UTOV）在网络中给定位置所产生的工频过电压，具有相对较长的持续时间。
TOV 可能由LV 系统（UTOV, LV）或HV 系统（UTOV, HV）内部的故障造成。
注暂态过电压典型的持续时间最多为几秒钟，通常产生自开关操作或故障（例如，突然甩负荷、单项故障等），以及/或非线性（铁磁共振、谐振等）。
UTOV,LV低压配电系统暂态过电压SPD 能量承受能力的选择（Iimp，Imax或Uoc的选择取决于试验类型）应基于风险分析（见条款7），即比较电涌发生的概率，受保护设备的价格和可接受的故障率，包括当用到多于1个SPD 时的配合分析。
1、在建筑物的进线入口（在LPZ1边界，即在电力线路主配电盘MB上）：保护模式SPD 的保护元件可以按线–线、线–地、线–中性线、中性线–地以及混合等多种方式连接。
这些方式被称为保护模式。
[IEC 61643-1 定义3.7]1.3.1 在建筑物的进线入口（在LPZ1边界，即在电力线路主配电盘MB上）：根据下表7（参见IEC62305-1附录E）所示给出了第一级SPD的冲击电流或标称电流的粗略选择表7 雷击造成的预期浪涌过电流损害源：1、S1雷击建筑物2、S2雷击建筑物的临近区域3、S3雷击入户的公共设施4、S4雷击入户的公共设施的临近区域如需详细计算按以下公式（参见IEC61643-1附录A）：为了确定配备外部防雷系统的建筑遭到直接雷电时通过SPD的电流分布，通常采用接地体的欧姆电阻就足够精确，例如：建筑物、管道接地、配电系统接地等。
在不可能单独估算（例如计算）的场合，可以假定总雷电流I的50%流入考虑的建筑物防雷系统的接地端。
另外50%电流，称为Is，在进入建筑物的设施中分配，例如，外部导电部件、电源线和通信线等。
流过每个设施的电流值称为Ii：Ii =Is/n式中 n 是设施的数量。
在估算非屏蔽电缆中每个导线的电流（称为Iv）时，用导线的根数m除电缆电流Ii，即：Iv = Ii/m至于屏蔽电缆，通常大部分电流通过屏蔽层。
优选值Ipeak相当于Iv。
对于第一级进户处SPD的防雷采用10/350μs波形与8/20μs波形，应考虑一下几点：（1）是否直接遭遇雷击，现在许多工程中进户管为埋地进户不会遭遇直接雷而且保护钢管在进户处于建筑等电位进线了可靠有效的联结，大大增加了其屏蔽能力。
如屋顶遭遇直接雷导致雷电流沿引下线流入建筑物是应按不同的建筑模型考虑（如图3参见IEC62305-4 P30）：图3 不同类型的建筑模型如上图所示，建筑的三种典型模式，雷击时电源侧即变压器低压侧的SPD承受的雷电流完全不同。
根据IEC的分流理论则类型2的建筑势必防雷引下线远多于类型3，则根据分流公式电源线分得的雷电流值大大下降。
所以建筑的类型对雷电流的分流起了很大的影响。
1.3.2：SPD的连接导线截面积SPD的连接导线应根据后面保护的熔丝去选择，熔丝的选择原则是在SPD工作时（有雷电流流过时）熔丝不得熔断，即熔丝最小燃弧值应大于SPD中所受的雷电流带来的焦耳热,根据公式W=I²*t（参见 GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》附录J）进线计算。
应注意的是与运行开关所导致的其他电涌相比，保险丝工作所产生的电涌出现频率较低。
但是，在中断短路回路的情况下，能产生非常严重的电涌过电压。
这主要受短路电流上升速率、保险丝的特性及其额定电流以及回路自感的影响。
通过安装在母线附近的保险丝清除配电系统馈电线中的短路电流较为重要，因为保险丝开关所产生的过电压影响所有连接到同一母线上的用电设备。
基于统计的经验显示在公共低压供电系统中，这样的故障可能极少发生。
但是，在考虑到工业配电系统时，短路的发生就不再那么少见了，这类故障就有了些重要性。
对10/350μs波形：I²*t=256.3*I对 8/20μs波形: I²*t=14.01*I表8 冲击电流（10/350μs）与后备保护熔丝及导线的匹配选型表表9 标称电流（8/20μs）与后备保护熔丝及导线的匹配选型表对于不同厂家的熔断器预燃弧值的不同导致选型有一定差异。
1.3.2Uc（最大持续运行电压）表10 Uc与标准电压之间的关系根据表8对于不同的接地形式及安装位置确定Uc值。
同时还需考虑SPD可能的劣化及其他系统的非正常状态留出5%的裕度。
再根据IEC61643-1-5.5交流有效值或直流的最大持续工作电压Uc的优选值：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有时在选择相与地之间的SPD的Uc时应考虑特定的失效状态，这是为了避免在出现故障时过多的SPD损坏。
IEC61643-1-4.1.3.2图4指出当低压装置中出现故障（短路）时TN系统中相线和中性线之间的UTOV,Lv故障电压为1.45Uo，同时考虑到Uc越高则Up越高（我国规范规定第一级浪涌保护电压保护水平不大于2.5kv），故IEC61643-附录E 中给出Uc不高于1.5 Uo。