SPD 實際應用中的常見問題探討

董峰偉

(華建集團華東都市建筑設計研究總院，上海 200070)

0 引言

隨著我國經濟的飛速發展，建筑業的發展也到了空前的規模，對建筑中電氣電子系統的安全可靠要求也越來越高，其中浪涌保護器(SPD)有著至關重要的作用，如果電氣設計中SPD 選用不當，則不僅是電氣產品的浪費，更嚴重的會造成巨大的經濟損失。 因此，SPD 的選用需要引起電氣同行的重視。 本文僅對實際應用中的部分問題及SPD 個別參數的選擇進行探討分析，對SPD 其他參數的選擇不做展開。

1 變壓器低壓側SPD 的I 類試驗與II 類試驗的選擇

1.1 規范相關條文及問題出現的原因

針對變壓器低壓側SPD 的選擇，其實GB 50057－2010《建筑物防雷設計規范》中已有明確規定，當Yyn0 型或Dyn11 型接線的配電變壓器設在本建筑物內或附設于外墻時，……在低壓側的配電屏上，當有線路引出本建筑物至其他有獨自敷設接地裝置的配電裝置時，應在母線上裝設I 類試驗的浪涌保護器，浪涌保護器每一保護模式的沖擊電流值，當無法確定時沖擊電流應取等于或大于12.5kA；當無線路引出本建筑物時，應在母線上裝設II 類試驗的浪涌保護器，浪涌保護器每一保護模式的標稱放電電流值應等于或大于5kA。 浪涌保護器的電壓保護水平值應小于或等于2.5kV。 該條文對SPD 及其參數設置均做了規定，然而實際設計中還會經常出現選擇不當，究其原因，筆者認為有以下3 點原因。

(1)忽視是否有線路引出本建筑物，特別是忽視接地裝置是否共用。

一般民用建筑電氣設計中，最常見的為同一變電所為多個建筑單體供電的情況，如果各個建筑單體共用接地裝置(如住宅小區中各住宅樓合用地下汽車庫，均利用地下室基礎做接地)，變壓器低壓側應選用II 類試驗的SPD；反之，當各個建筑單體接地裝置獨立時，應選用I 類試驗的SPD。

另一種情況是室外景觀用電設備配電線路的引出，大多數室外景觀用電的接地裝置是獨立于主體建筑的，該情況下，變壓器低壓側應選用I 類試驗的SPD。

(2)受供應商產品樣本的影響。

經查閱多家供應商樣本，大多數樣本快速選型表中總配電柜處的SPD 均推薦選擇I 類試驗。 不少設計師直接照搬樣本參數，而忽視SPD 的選擇條件，導致選擇不當以致違反規范條文。

(3)GB 50343－2012《建筑物電子信息系統防雷規范》中規定，進入建筑物的交流供電線路，在線路的總配電箱等LPZ0A 或LPZ0B 區與LPZ1 區交界處，應設置I 類試驗的浪涌保護器或II 類試驗的浪涌保護器作為第一級保護…，同時，后續條文說明，根據我國有些工程多年來在設計中選擇和安裝了II類試驗的SPD 也能提供較好保護的實際情況，本規范作出了選擇性的規定，也可選擇II 類試驗的浪涌保護器作為第一級保護。 SPD 應能承受在總配電箱位置上可能出現的放電電流。 受此影響，部分設計師還是沿用以前的做法，在總配電箱處設置I 類試驗的SPD。 圖1 所示為建筑物雷電防護區(LPZ)劃分示意圖。

圖1 建筑物雷電防護區(LPZ)劃分

1.2 從雷電防護分區看變壓器低壓側SPD 的選擇

根據《工業與民用供配電設計手冊》相關資料，I 類試驗是用于安裝在高暴露的LPZ0A 區與LPZ1區界面處的雷電流型SPD 的試驗程序；II 類試驗是用于安裝在較少暴露于直接受沖擊的地方(如圖1中LPZ0B 區與LPZ1 區及LPZ2 區與后續防雷區界面處)的雷電流型SPD 的試驗程序。

根據上述內容，從雷電防護分區的角度去看，當有線路引出本建筑物至其它有獨自敷設接地裝置的配電裝置時，戶外線路處在LPZ0 A 區，變電所低壓配電柜內應設置I 類試驗的SPD；當無線路引出本建筑物時，所有用電設備及低壓線路最少也是位于LPZ0B 區，則變電所低壓配電柜內應選用II 類試驗的SPD。

綜上所述，變壓器低壓側SPD 選擇一定要注意前提條件，仔細判斷項目的配電方式及接地狀況，需要結合多個規范相關條文，從嚴做出選擇。

2 室外/屋頂配電箱SPD 的試驗類型的選擇

2.1 規范相關條文及問題出現的原因

GB 50057－2010《建筑物防雷設計規范》4.5.4規定，固定在建筑物上的節日彩燈、航空障礙燈及其它用電設備和線路應根據建筑物的防雷類別采取相應的防止閃電電涌侵入的措施，并應符合下列規定3 在配電箱內應在開關的電源側裝設II 類試驗的浪涌保護器，其電壓保護水平不應大于2.5kV，標稱放電電流值應根據具體情況確定。

規范條文對節日彩燈、航空障礙燈等部分用電設備的配電線路SPD 的選擇做了明確規定，同樣，其有2 個前提條件:1 無金屬外殼或保護網罩的用電設備應處在接閃器的保護范圍內。 2 從配電箱引出的配電線路應穿鋼管。 鋼管的一端應與配電箱和PE 線相連；另一端應與用電設備外殼、保護罩相連，并應就近與屋頂防雷裝置相連。

經查閱多家供應商樣本，大多數樣本快速選型表中室外配電箱處的SPD 均推薦選擇I 類試驗，部分樣本中屋頂配電箱處的SPD 也推薦選擇I 類試驗。

2.2 從雷電防護分區看室外/屋頂SPD 的選擇

同前述第1 節，從雷電防護分區的角度去看，需要根據室外/屋頂用電設備的位置選擇合適的SPD，如用電設備處在主體建筑接閃器保護范圍內(一般項目中屋頂用電設備均在接閃器保護范圍內)即LPZ0B 區，其相應配電箱內應設置II 類試驗的SPD。 需要注意的是，從配電箱到配電線路以及用電設備全程都須在接閃器保護范圍內。 而室外景觀用電設備有可能不在主體建筑接閃器保護范圍內即LPZ0A 區，則應選用I 類試驗的SPD。 圖2 所示為TN-S 配電形式下的SPD 安裝示意圖。

圖2 TN-S 配電形式下的SPD 安裝示意圖

3 單相配電箱的SPD 的選擇

單相配電箱大多為終端配電箱，一般處于低壓配電箱系統的第三級或第四級，如果需要配置SPD的話，普通單相配電箱及電子信息系統單相配電箱按第三級SPD 設置。 規范中對單相SPD 的設置要求見圖3，其標稱放電電流按第三級配置，不低于5kA。

圖3 單相SPD 的接線方式

如果出現室外型單相配電箱，需根據前述第2節去確定采用I 類試驗或II 類試驗的SPD。 受限于單相配電系統本身，其分流能力有限，其SPD 沖擊電流或標稱放電電流不能達到更高的值，因此，配電系統中，不建議設置室外單相配電箱的極端情況。

4 標稱放電電流較大的情況下，SPD 電壓保護水平(Up)如何匹配

(1)該問題主要出現在對電壓保護水平要求較高的電子信息系統設備配電系統中，因放電電流或沖擊電流越大，SPD 的殘壓或續流也越大，SPD 的電壓保護水平也就難以得到限制。

以電子信息系統雷電防護等級為A 級的建筑為例，電子信息系統配電箱內一般設置第二級SPD，如果建筑電子信息系統防雷等級為A 級，其標稱放電電流需要不低于40kA，其電壓保護水平需不大于1.5kV。 如果這一級SPD 未能限制電壓保護水平，則需要在下一級配電箱處增設第三級SPD 來進一步降低電壓保護水平。

還有一種情況，電子信息系統配電箱中有空調室外機出線回路，此時，該配電箱至少需要設置標稱放電電流需要不低于60kA 的第一級SPD，其Up很難限制在1.5kV 以下，同樣需要設置第二級甚至第三級SPD 來降低電壓保護水平。

其他情況，上海地區對電梯機房配電箱的SPD的Up 要求也是不大于1.5kV，而電梯機房配電箱往往帶空調回路，此時箱內SPD 需要按第一級設置，其Up 很難限制在1.5kV 以下，這時，同樣需要在下一級電梯控制箱內設置第二級SPD，使Up 滿足要求。

(2)規范相關條文

GB 50057－2010《建筑物防雷設計規范》6.4.6規定，為取得較小的電涌保護器有效電壓保護水平，應選用有較小電壓保護水平值的電涌保護器，并應采用合理的接線，同時應縮短連接電涌保護器的導體長度。 GB 50343－2012《建筑物電子信息系統防雷規范》條文說明，如果這一級SPD 未能將電壓保護水平限制在2.5kV 以下，則需在下級配電箱處設置第二級SPD 來進一步降低沖擊電壓。 此級SPD 應為通過8/20 波形的標稱放電電流In(II 類)試驗的SPD，并能將電壓保護水平限制在2kV。

從上述條文看，采取增加SPD 級數、合理選擇產品、合理接線等方式可以降低電壓保護水平。

(3)結論

綜上所述，出現上述問題的原因是:電子信息系統的配電與空調配電混用，配電系統不夠合理，致使該級配電箱內SPD 的放電電流選擇過大以致Up 難以有效限制，解決辦法是設置下級配電箱給電子信息系統設備專用，在下級配電箱中設置第二級或第三級SPD。

需要注意的是，當電壓開關型SPD 與限壓型SPD 之間線路長度小于10m， 限壓型SPD 之間線路長度小于5m 時，兩級SPD 之間應加裝退耦裝置。

5 SPD 后備保護器的選擇

SPD 的后備保護一直是業內討論的焦點，SPD的老化或者失效，會導致其呈開路或短路狀態，可能引發系統短路或接地故障。 因此，需要在SPD 之前裝設過電流保護器或專用脫離裝置。

根據《工業與民用供配電設計手冊》相關資料，過電流保護器既要滿足工頻短路時與主電路過電流保護裝置的級間配合要求及分斷能力要求，又不應在規定的雷電沖擊放電電流下斷開，應參照SPD制造商的建議配置。 過電流保護器宜采用熔斷器，不宜采用低壓斷路器。 這時因為斷路器容易誤動作，而且電磁脫扣線圈上的電壓降將顯著增大SPD的有效保護水平；此外，要求高分斷能力時，熔斷器比斷路器更為經濟可靠。 目前，熔斷器跟斷路器還是廣泛應用于電氣設計。

近年來，大多供應商推出了專用后備保護器SCB，其可以有效實現SPD 的老化及短路失效保護，其中，針對SPD 的老化失效保護，SPD 經多次電涌沖擊后，內部元件逐漸老化，到一定程度時，內部熱脫扣裝置熔斷，SPD 支路從線路斷開，從而保護SPD；針對SPD 的短路失效保護:高能量電涌沖擊或線路故障時，SPD 會發生短路，內部熱脫扣裝置來不及熔斷，SPD 會因過熱而導致火災、爆炸，加裝后備保護裝置后，短路電流被及時切斷，線路得到保護。

對此，全國規范未有相關條文，而上海地方規范《民用建筑電氣防火設計規程》中作了明確規定，應選用當出現危險的工頻續流或工頻漏電流大于5A 時能迅速脫扣的專用外部SPD 脫扣器。

綜上所述，SPD 的后備保護建議參照供應商提供的參數選擇，以達到可靠的保護效果。

6 SPD 連接導線截面的選擇

SPD 連接導線截面因沿用老規范，實際設計中選擇偏大，雖然不違反規范條文，卻造成了一定的浪費。 如當地無特殊規定，建議按表1 選擇導線截面。

浪涌保護器連接導線最小截面積 表1

7 結束語

綜上所述，出現上述問題的主要原因有對規范條文不夠熟悉、盲目照搬樣本參數、對SPD 的參數及原理了解不夠、配電系統設置不合理等方面。 因SPD 的選用及安裝比較復雜，而規范中多處提及由制造商提供技術參數，因此在滿足規范的前提下，建議優先根據供應商的推薦參數設置，以實現有效的保護。 本文為工程實踐中的一點經驗總結，不足之處望各位專家及同行批評指正。