淺談民用建筑配電設計中SPD的選用與計算

2022-09-15 03:13:14劉箴

劉箴

（上海砼森建筑規劃設計有限公司山東分公司，山東淄博 255000）

在建筑物的供配電設計中，為了抑制雷電波通過供配電線路入侵，電氣操作、靜電等因素產生的沖擊電壓，建筑物的防雷設計規范中要求，在不同供電級別的配電設備處裝設電涌保護器，以防止過電壓帶來的損害。下面按照工作中的心得，簡要做一下介紹，僅供參考。

1 SPD類型的選擇

低壓SPD按其結構類型分為三種：電壓開關型、限壓型、復合型。三種SPD分別有不同的特點，決定了他們用途的差異性。開關型產品在無電涌時呈現高阻狀態，有電涌時立即變為低阻狀態。限壓型在無電涌時為高阻狀態，有電涌時，隨著電流和電壓的增加其阻抗連續變化減小。復合型則兼有前面二者的特性。

（1）開關型SPD具有不連續的電壓、電流和通流容量大的特性，適用于首次雷擊以充分泄放雷電流。特別適合安裝于LPZ0A或LPZ0B區與LPZ1區界面處，作為第一級SPD，成為雷電流的主要泄放通道。

（2）限壓型SPD其箝位電壓水平比開關型低，因此常用于LPZ0B區LPZ1區及后續的雷電過電壓或操作過電壓保護。

工程設計中，SPD電涌保護器的主要作用是防止雷電感應波，其選擇依據主要是雷電流的各種參量。

根據SPD的安裝位置，依據防雷規范確定防雷區類型在LPZ0A或LPZ0B區一般選開關型SPD，用Iimp表征，Ⅰ級分類試驗，波形為10/350μs。

在LPZ0B區LPZ1區及后續位置一般選限壓型SPD，用In表征，Ⅱ級或Ⅲ級試驗，波形為8/20μs。依據GB50057-2010防雷規范相應條款確定建筑物防雷類別，依據雷電流波形和防雷類別從上表1、表2中選取電流幅值I。

表1 首次正極性雷擊的雷電流參量

表2 首次以后雷擊的雷電流參量

（1）Imp可依據GB50057-2010式4.2.4-6式4.2.4-7按最不利無分流進行估算。如一建筑物為二類防雷，依據表1和表2，SPD承受直接雷擊時取I=150kA，不承受直接雷擊時I=37kA。

假設條件：線路無屏蔽、管道和線路總數n=4、線路芯數m=4，其Iimp分別為：

考慮建筑物或其附近遭直擊雷時，通過線路入戶處SPD的雷電流無法確定時，依據防雷規范設計與配電手冊，Iimp值（10/350μs波形）不應小于12.5kA，三級醫院低壓配電室柜母線SPD不應小于20kA。

（2）In可根據實際情況進行計算。（舉例按兩次分流計算）。例如無屏蔽時TN-C系統，進入建筑后轉為TN-S系統。

如實際參數不詳，可依據配電手冊，二級In≥5kA三級In≥3kA即下表。

表3 SPD通流容量參數Iimp、In

（3）條件及接線形式無法確定時，三相或單相系統分別取。

直接雷擊 SPD1Ιimp≥50kA或25kA。

后續雷擊 SPD2Ιn≥20kA或10kA。

表4 SPD取決于系統特征所要求的最大持續運行電壓最小值

假如為TN-C系統：

相與PEN間Uc≥1.15U0=1.15×220=253V

各相間Uc≥1.15U=1.15×380=437V

Up大小既要有利于保護設備，又要受系統電壓的制約。Up太低，SPD的Uc也會降低，更易損壞。大大縮短SPD的壽命。因此Up能與Uw配合即可。

參照GB50057-2010 4.2.3條、4.3.8條、6.4.6條、6.4.7條，一般設置方式如下。

表5 根據系統特征安裝電涌保護器

表6 建筑物內 220/380V配電系統中設備絕緣耐沖擊電壓額定值Uw

（1）SPD安裝于進入建筑物處總配電箱處。被保護設備與SPD距離≥10m時Up/f≤(Uw-Ui)/2。建筑物有屏蔽和線路有屏蔽，或僅線路有屏蔽并兩端等Ui可忽略。

依據防雷規范條文要求Up≤2.5kV。

（2）進入建筑物后，分配電盤處。Up≤0.8Uw。

（僅感應電涌可忽略UΔ，即使Up/f≤Uw）。

無特殊要求，一般住宅可使Up≤2.5kV。

（1）在設計中，根據負荷不同，配電一般為3～4級。SPD一般可按3～4級設置。如果用電設備跨出了原有的防雷分區，該設備前配電裝置裝設的SPD應按第一級參數選擇。設置示意圖如圖1，一般住宅設計，可只設兩級SPD。電源進入建筑物總配電箱（MB）處設SPD1，在分箱處設SPD2。

圖1

（2）各級SPD之間的能量配合。

①電壓開關型SPD與限壓型SPD之間的線路不宜小于10m,限壓型SPD之間的線路不宜小于5m，并注意去耦元件的配合。

②SPD之間的配合，響應時間有待探討。關鍵應該是限制電壓、通流能力、連續運行電壓，三個參數指標的選取。

綜上所述，完善的SPD選擇應該是根據實際情況，選擇一組SPD，分別設置在各處，參數指標相互協調配合，并與被保護設備耐受電壓、預期浪涌電流相匹配。