低壓電涌保護器（SPD）選擇和使用導則新老標準之比較

/德州市氣象局 竇俊杰 李斌 /

低壓電涌保護器（SPD）選擇和使用導則新老標準之比較

/德州市氣象局 竇俊杰 李斌 /

0 引言

2014年6月24日我國質量監督檢驗檢疫總局和標準化管理委員會頒布了《低壓電涌保護器（SPD）第12部分：低壓配電系統的電涌保護器選擇和使用導則》的標準，該標準已于2015年1月22日實施。標準號為：GB/T 18802.12—2014，等同采用IEC 61643-12：2008 Low-voltage surge protective devices Part 12： Surge protective devices connected to low-voltage power distribution systems Selection and application principles，并替代GB/T 18802.12—2006。

GB/T 18802.12—2014《低壓電涌保護器（SPD）第12部分：低壓配電系統的電涌保護器選擇和使用導則》標準盡管只是一個推薦執行的標準，但在雷電防護實踐中卻是一個不可或缺的重要指導文件，本文試圖通過新老標準之比較，解讀新版標準的一些重要信息，以推動雷電防護事業的健康發展。

低壓電涌保護器（SPD）選擇和使用導則的標準是由我國電器工業協會提出，歸口于避雷器標準化技術委員會。主要起草單位由原來的兩家變為三家，即現在的西安高壓電器研究院和上海電器科學研究院，增加了上海市防雷中心。參與起草單位由原來的四家增加到現在的九家。主要起草人由原來的三位增加到現在的十七位。從這些比較數值不難看出此次標準的制定更具有權威性和代表性。

GB/T 18802.12—2014除編輯性修改外主要技術變化有以下幾點：

調整了規范性引用文件；

增加了六個名詞術語；

增加了標準所用符號一覽表；

對標準正文條款及部分圖例進行了修訂；

增加了附錄M～附錄P。（詳見GB/T 18802.12—2014前言）。

從新老標準之比較來看，最為主要的技術變化有以下幾個條款部分。

1 關于被保護的系統和設備

這一條款包含了兩個方面的內容，一個是被保護的系統，即低壓配電系統的特性，另一個是被保護的設備，即設備的特性。這是電氣裝置使用電涌保護器（SPD）需要評估的兩個重要因素。

低壓配電系統由于接地方式和標稱電壓不同，可能產生的三種過電壓和過電流型式，即雷電過電壓、操作過電壓和暫時過電壓。

在對雷電過電壓的描述中，新標準增加了有關雷電流的幅值和波形的表述：“對于建筑物的雷電防護系統，有關雷電流的幅值和波形的說明參見GB/T 21714.1—2008。”（GB/T 18802.12—2014，4.1.1）。還新增了關于雷擊點估算值的表述：“GB/T 21714.1—2008附錄E給出了不同雷擊點（直擊建筑物或其附近，直擊導線或其附近）和不同情況下電流幅值和波形的估算值，該值是雷電保護水平的函數。”（GB/T 18802.12—2014，4.1.1）。

除了上述兩個新增內容之外，還有幾個細微之處的文字調整，對雷電過電壓和過電流的描述更為精細。

在操作過電壓的描述中，新標準引入了操作電涌的表述。“操作電涌（包括由于故障和熔斷器動作產生的暫態電涌）的持續時間，會比雷電電涌持續的時間長得多。”（GB/T 18802.12—2014，4.1.2），并說明“通常情況下，SPD額定參數的選擇基于雷電沖擊的強度”（GB/T 18802.12—2014，4.1.2）。

在暫時過電壓的描述中，調整了引用標準號，將IEC 60364-4-44調整為GB/T 16895.10—2010。（GB/T 18802.12—2014，4.1.3.2）。

依據GB/T 16895.10—10《低壓電氣裝置 第4-44部分：安全防護電壓騷擾和電磁騷擾防護》所繪制的UTOV最大值示意圖（見圖1）也作了調整，具體如下。

圖1

圖1兩張圖看上去只是作了細微的調整，卻增添了一份動態感，尤其是對未定義區域留下了想象的空間。

被保護的設備特性，新標準進行了必要補充，彌補了老標準在這一部分的空白。引述如下：

“瞬態條件下被保護設備的特性由以下兩種試驗確定：依據GB/T 16935.1—2008對設備進行沖擊耐受試驗，該試驗僅為絕緣配合試驗，試驗期間設備不施加工作電壓；依據GB/T 17626.5—2008對設備進行沖擊抗擾度試驗，該試驗評估設備抗沖擊干擾能力，對于不同級別，采用復合波發生器（1.2/50.8/20）進行試驗，試驗能夠發現施加工作電壓時設備產生的故障、缺陷和失效。

通過被使用設備在瞬態環境條件下的沖擊耐受試驗沖擊耐受試驗和沖擊抗擾度試驗的比較，確定了SPD的潛在需求，更進一步的資料詳見附錄M。

注：所選擇的SPD的保護水平Up應比設備沖擊耐受水平低，或者在某些情況下，設備持續運行是關鍵的，Up低于設備的沖擊抗擾性。Up的選擇應依據6.2.2和6.3.5。另外，由于受試設備和發生器的可能的相互作用，設備的抗擾度不僅是Up，也是施加電泳波形的函數。”

新標準的這一補充，詳盡描述了被保護的設備特性試驗方法及其對SPD電壓保護水平（Up）選擇的意義。設備特性表現為兩個方面，一個是絕緣配合性，一個是沖擊抗擾性。SPD電壓保護水平（Up）低于被保護設備的耐受水平才能起到保護作用。因此，對被保護設備特性的了解和掌握是十分必要的。

2 關于電涌保護器（SPD）

在對電涌保護器（SPD）分類章節中，將溫度范圍作了展開描述，包含了正常范圍或超過正常范圍兩種情況。老標準中注解部分列入正文，增加了關于不可觸及的定義。

老標準5.3.2的標題為“設計的工藝類型”，新標準改為“典型設計和布局”。

在使用條件章節中的注解部分增加了存儲溫度范圍的條款，即“通常產品的存儲溫度范圍大于工作溫度的范圍” （GB/T 18802.12—2014，5.4.1.注3）。

老標準5.4.2的標題為“SPD參數的選擇”，新標準改為“選擇SPD所需的參數清單”。增加了Ifi額定斷開續流（電壓限制型SPD除外）和IPE殘流（可選擇的）兩項技術參數。將b）UT的內容改寫為：暫時過電壓特性。將i）IL的內容改寫為：額定負載電流。刪除了持續工作電流和劣化（待定）的內容。

暫時過電壓特性，新標準SPD特性的補充資料（見標準5.5）作了詳盡描述，引述如下：

“用幾組工頻（或直流）過電壓-時間（幾秒一下）關系的數值足以表征SPD的暫時過電壓的特性。

SPD應耐受TOV試驗而其特性沒有發生不可接受的變化，或者以可接受的方式實效。

按照GB16895.22—2004規定，安裝的SPD應能耐受由低壓系統故障引起的TOV（見表5中持續時間為5s的TOV值）。按照CT2連接方式安裝在中性線和PE間的SPD也應能耐受由高壓系統故障引起的TOV（見表5中持續時間為200ms的TOV值）。

IEC 61643.1所考慮的TOV持續時間限于200ms和5s，這兩個持續時間所對應的試驗電壓值為UT。

制造廠應按照IEC 61643.1的規定提供產品的在暫時過電壓下的特性。

注：在要求SPD保持與被保護設備保持協調的前提下，可能很難選擇既有高暫時過電壓耐受能力又有低電壓保護水平的SPD。

用戶可通過比較SPD在暫時過電壓下耐受特性和電力系統產生的暫時過電壓（UTOV）來選擇最合適的SPD。表5給出了SPD試驗用的標準值。”

這里系統地回答了暫時過電壓特性的含義，高、低電壓系統故障時TOV值的作用時間，以及制造廠和用戶合理的比較暫時過電壓特性，來制造和選擇最佳的SPD。

老標準5.5.2的標題為“與電涌電流、電壓保護水平和其他特性的相關資料”，新標準改為“與電涌電流相關的資料”。增加了注解2的條款，要求SPD的銘牌上應有試驗類型的文字。

在新標準5.5.2.2條款中調整了Iimp的優選值，如表1所示。

表1 Iimp的優選值

表1將列入了比能量的優選值，同時在注解中，明確指出10/350波形所需要滿足表2。

的沖擊電流峰值、電荷量和比能量要求。在雷電防護的實踐中，關于10/350波形的理解確實存在一些誤區，新標準的這一調整，有助于統一業內的共識。

老標準中5.5.2.3討論的是SPD的電壓保護水平，新標準中將其列為5.5.3條款，標題改為：與電壓保護水平相關的資料。與上章節的電流相對應，邏輯上更為嚴密。

限制電壓的測量（5.5.3.1），將老標準中“——或者放電電壓”改為：“——或者用1.2/50波形測得的波前放電電壓”。

與SPD失效模式相關的資料（5.5.4），在短路和開路兩種失效模式的表述中增加了高、低阻抗的概念。

與短路耐受能力相關的資料（5.5.5）的表述中，除了在文字作了些調整之外，增加了對非電壓限制型的SPD額定斷開續流值的檢查要求。

新標準將負載電流IL和電壓降并入在5.5.6條款，標題為：與負載電流IL和電壓降（二端口SPD或輸入/輸出分開的一端口SPD）相關的資料。

3 SPD在低壓配電系統的應用

在可能的保護模式及安裝（6.1.1）條款中，除了文字描述上作了調整之外，增加了連接類型，如圖2所示。

圖2

連接類型1（CT1）——在每條相線和總接地端子之間或保護導線之間，在中性線和總接地端子之間或保護導線之間，以連接線較短為優先原則。

連接類型2（CT2）——在每條相線和中性線之間，在中性線和總接地端子或保護導線之間，以連接線較短為優先原則。

按以上連接類型，新標準對各種LV系統可能的保護模式也作了凋整，如表2所示。

關于SPD的選擇，新標準在依據選擇SPD的流程圖，分別描述了SPD技術參數的選擇原則。將Uc和UT分開描述（6.2.1.1，6.2.1.2），并增加了表3（對于各種電力系統推薦的Uc最小值）和表4（典型的TOV試驗值）。

關于SPD的In，Imax，Iimp的選擇，在6.2.1.3中新標準作了更為詳盡的表述。指出：In與保護水平有關，Imax和Iimp則由安裝點需要耐受的能量來決定。

SPD的預期壽命，是用戶相當關心的一個問題，在雷電防護實踐中，都會提出這樣那樣關于使用壽命的承諾，卻往往事與愿違。關于這一點新標準在老標準的基礎上作了更進一步的說明，指出SPD的預期壽命和實際壽命的差異性，是需要認真關注的部分。按新標準的表述（詳見新標準3.2.3.1），大致理解要點如下：

SPD的預期壽命取決于電涌發生的概率，而實際壽命則取決于電涌實際發生的頻度。

SPD的預期壽命只是一個統計數據，不能表征SPD的實際壽命。

SPD的選擇充分考察各種物理量之間的必要配合。

SPD失效時不發生著火等危險。

表2

表3 對于各種電力系統推薦的Uc最小值

表4 典型的TOV試驗值

4 結束語

GB/T 18802.12—2014自發布以來，在業內高度關注。標準無論是在結構體系上還是在各條款的梳理描述上，都有可圈可點之處。尤其是對電涌保護器的功能、分類、特性和相關補充資料所展開的描述，層次感和邏輯性更加強烈，對于雷電防護的實踐中的一些困惑問題作了全面闡述。這里還需要提出的是在附件中補充資料也有許多亮點，在此不一一例舉。

總之，GB/T 18802.12—2014新標準推廣和應用，并在實踐中不斷完善，是雷電防護所面臨的一個長期課題。