傅春華+呂海勇+王涪德+雷雨云

摘 要：文章介紹了不同低壓配電系統(tǒng)接地型式的特點(diǎn)及表征SPD性能的相關(guān)特性參數(shù)，并分析在不同接地型式下對(duì)SPD選型的相關(guān)要求，以期在建筑物防雷設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中對(duì)選擇適配的SPD起到一定的指導(dǎo)作用，避免選用錯(cuò)誤的SPD導(dǎo)致危險(xiǎn)的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：電涌保護(hù)器；低壓配電系統(tǒng)；接地型式

引言

SPD（電涌保護(hù)器）作為一種限制瞬態(tài)過(guò)電壓和分泄電涌電流的非線性器件，在建筑物及其電子信息系統(tǒng)的防雷中應(yīng)用廣泛。為防止由反擊造成人身傷亡及電氣電子設(shè)備損壞，《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》中強(qiáng)制規(guī)定要在低壓電源線路引入的總配電箱、配電柜處裝設(shè)Ⅰ級(jí)試驗(yàn)的電涌保護(hù)器[1]。然而在設(shè)計(jì)或安裝過(guò)程中，由于工作人員沒(méi)能根據(jù)電氣系統(tǒng)接地型式的特點(diǎn)合理地選擇SPD或?qū)PD的特性不了解等，導(dǎo)致所安裝的SPD不起作用或造成低壓配電系統(tǒng)的誤動(dòng)作，影響了電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行。作者經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐工作，總結(jié)出低壓配電系統(tǒng)接地型式的應(yīng)用特點(diǎn)及其與SPD選型之間應(yīng)注意的要點(diǎn)，希望對(duì)從事建筑物及其電子信息系統(tǒng)雷電防護(hù)工作的人員起到一定的指導(dǎo)作用。

1 低壓配電系統(tǒng)的接地型式

低壓配電系統(tǒng)根據(jù)電源端與地的關(guān)系以及電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分與地的關(guān)系可以分為TN、TT、IT三種系統(tǒng)[2-3]。

1.1 TN系統(tǒng)

TN系統(tǒng)根據(jù)中性導(dǎo)體與保護(hù)導(dǎo)體的組合情況，又可以分為TN-C，TN-S及TN-C-S三種。

（1）TN-C系統(tǒng)（見(jiàn)圖1）

目前我國(guó)廣泛采用這一系統(tǒng) ，整個(gè)系統(tǒng)的中性導(dǎo)體和保護(hù)導(dǎo)體是合一的，但該系統(tǒng)當(dāng)PEN線中斷時(shí)，設(shè)備金屬外殼對(duì)地將帶220V以上的故障電壓，危險(xiǎn)性大。而且PEN線因通過(guò)中性線電流產(chǎn)生電壓降，從而使所接設(shè)備的金屬外殼對(duì)地帶電位，此電位對(duì)電子設(shè)備產(chǎn)生干擾，也可能在爆炸危險(xiǎn)環(huán)境內(nèi)產(chǎn)生危險(xiǎn)火花放電，故現(xiàn)在很少采用。

圖1 TN-C系統(tǒng)

（2）TN-S（見(jiàn)圖2）

電源變壓器中性點(diǎn)接地，整個(gè)系統(tǒng)的中性導(dǎo)體和保護(hù)導(dǎo)體是分開的，PE線正常情況下不通過(guò)電流，也不帶電位，它只在發(fā)生故障時(shí)通過(guò)故障電流，因而正常情況下不會(huì)產(chǎn)生干擾電流影響電子設(shè)備正常運(yùn)行，是一種比較好的低壓配電系統(tǒng)。各種計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)一般采用該制式，而且要求單獨(dú)引線。缺點(diǎn)是初期相對(duì)投入相對(duì)較高，若相對(duì)地短路的時(shí)候，對(duì)地面故障電壓也高。

圖2

（3）TN-C-S系統(tǒng)（見(jiàn)圖3）

這種系統(tǒng)目前在我國(guó)采用最廣泛。系統(tǒng)中一部分線路的中性線路的中性導(dǎo)體和保護(hù)導(dǎo)體是合一的，一旦PEN導(dǎo)體與N和PE分開后，N與PE導(dǎo)體不應(yīng)重新連接在一起。一般用于住宅建筑或一般工業(yè)企業(yè)。

圖3 TN-C-S系統(tǒng)

1.2 TT系統(tǒng)

該系統(tǒng)（見(jiàn)圖4）電源端有一點(diǎn)直接接地，電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分直接接地，此接地點(diǎn)在電氣上獨(dú)立于電源的接地點(diǎn)，電源側(cè)和各個(gè)裝置出現(xiàn)故障電壓不互竄。但發(fā)生接地故障時(shí)因故障回路內(nèi)包含兩個(gè)接地電阻，故障回路阻抗較大，通過(guò)電流小，不易引起電氣保護(hù)裝置動(dòng)作，增加了人體觸電的危險(xiǎn)，因而須加裝RCD（剩余電流保護(hù)器）。TT系統(tǒng)可適用于農(nóng)村居住區(qū)、市電用戶和分散的民用建筑及對(duì)接地要求高的設(shè)備場(chǎng)所。

圖4 TT系統(tǒng)

1.3 IT系統(tǒng)

該系統(tǒng)（見(jiàn)圖5）電源端的帶電部分不接地或有一點(diǎn)通過(guò)阻抗接地，電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分直接接地，在發(fā)生接地故障時(shí)由于不具備故障電流返回電源通路，其故障電流小，對(duì)地電壓低，不致引發(fā)事故，供電安全性好，可靠性高。一般用于不允許停電的場(chǎng)所或煤礦、化工廠、紡織廠等不良環(huán)境。由于它一般不引出中性線，不能提供照明、控制等所需的220V電源，且其故障防護(hù)和維護(hù)管理較復(fù)雜，供電距離不宜過(guò)長(zhǎng)，加之其他原因，IT系統(tǒng)的應(yīng)用受到限制。

圖5 IT系統(tǒng)

2 SPD的選型要求

SPD的全稱為Surge Protective Device，也即電涌保護(hù)器，它一般由一個(gè)或幾個(gè)具有非線性特征的元件組成。這種非線性元件一般又可分為開關(guān)型和限壓型兩種，常用的開關(guān)型電涌保護(hù)器元件主要有放電間隙、氣體放電管、晶閘管和三端雙向可控硅元件；限壓型電涌保護(hù)器則通常采用壓敏電阻或抑制二極管作為其主要元件。圖6為采用ZnO壓敏電阻作為主要元件的限壓型電涌保護(hù)器的典型U-I特性曲線，通過(guò)該特性曲線可以知道，當(dāng)流過(guò)SPD的電流在1mA至In（一般為幾kA）范圍內(nèi)，SPD兩端的電壓被限制在Um范圍內(nèi)，只要Um足夠小，便可以保護(hù)后面的設(shè)備。

圖6 ZnO壓敏Ures-I典型曲線

2.1 SPD的特性參數(shù)

表征SPD的特性參數(shù)有很多，這里選擇相對(duì)比較重要的一些參數(shù)進(jìn)行分析，這些參數(shù)往往在設(shè)計(jì)階段對(duì)SPD的選型起決定性作用。

（1）Uc：最大持續(xù)工作電壓

Uc是允許持久地施加在SPD上的最大交流電壓有效值或直流電壓。一個(gè)適配的SPD的Uc值必須考慮該SPD所處電力系統(tǒng)的最大持續(xù)工作電壓Ucs，并且Uc要大于Ucs。

（2）Iimp、In或Imax：沖擊電流、標(biāo)稱放電電流或最大放電電流

這三種放電電流是針對(duì)不同型式試驗(yàn)類型下流過(guò)SPD的電流峰值：Iimp用于表征流過(guò)SPD具有10/350波形的沖擊電流，它由電流峰值Ipeak、電荷量Q及比能量W/R確定，一般用于Ⅰ級(jí)試驗(yàn)的SPD分類試驗(yàn)；In是流過(guò)SPD具有8/20波形的電流峰值，用于Ⅱ級(jí)試驗(yàn)的SPD分類試驗(yàn)以及Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)試驗(yàn)的預(yù)處理試驗(yàn)；Imax則是流過(guò)SPD具有8/20波形的電流峰值，其值按Ⅱ級(jí)動(dòng)作負(fù)載的程序確定，Imax大于In。

（3）型式試驗(yàn)類型

型式試驗(yàn)是在一種新的SPD設(shè)計(jì)完成時(shí)所進(jìn)行的試驗(yàn)，一般用來(lái)證明它符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并確定其典型性能。型式試驗(yàn)一般可以分為Ⅰ級(jí)試驗(yàn)、Ⅱ級(jí)試驗(yàn)、Ⅲ級(jí)試驗(yàn)，通常也用T1、T2、T3來(lái)表示。

（4）Up：電壓保護(hù)水平

Up是SPD非常重要的一個(gè)參數(shù)，它用于表征SPD限制接線端子間電壓的能力，其值從優(yōu)選值的列表中選擇。Up、Ures（殘壓）、Um（限制電壓）、Uc之間一般符合下列關(guān)系：Up>Ures≥Um>Uc。

除上述四個(gè)主要特性參數(shù)外，表征SPD性能的還有諸如If（續(xù)流）、Ures（殘壓）、UT（暫時(shí)過(guò)電壓）、保護(hù)模式、失效模式、短路電流耐受能力等，這些都是在選擇適配的SPD時(shí)需要考慮的。

2.2 不同接地型式對(duì)SPD的要求

由于各類低壓配電系統(tǒng)接地型式的不同特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)SPD時(shí)必須考慮相關(guān)參數(shù)能否滿足低壓配電系統(tǒng)接地型式的要求。如果選擇不當(dāng)，所安裝的SPD不能真正起到限制瞬態(tài)過(guò)電壓和泄放電涌電流的功能，相反，有時(shí)甚至?xí)驗(yàn)椴划?dāng)?shù)腟PD接入導(dǎo)致低壓配電系統(tǒng)運(yùn)行的不穩(wěn)定和誤動(dòng)作，甚至危及生命。

2.2.1 Uc值的選擇

對(duì)大多數(shù)SPD來(lái)說(shuō)，當(dāng)暫時(shí)過(guò)電壓持續(xù)時(shí)間超過(guò)5s時(shí)被認(rèn)為永久性電壓。因此， Uc的選擇應(yīng)根據(jù)正常條件和超過(guò)5s的故障條件（暫時(shí)過(guò)電壓）來(lái)確定。

在正常條件下，在相線和中線之間SPD的Uc應(yīng)比Ucs高（通常Ucs取1.10U0，即10%的電壓調(diào)整率，如果考慮由于SPD的老化和其它不正常狀況，再增加5%的系數(shù)，取1.15U0）；在相線與相線之間，Ucs為■U0，此時(shí)Uc應(yīng)取1.10■U0；在相地之間或中線與地之間，Uc取1.10U0。

然而，在選擇接在相和地之間SPD的Uc時(shí)，必需考慮到故障條件，以避免損壞過(guò)多的SPD。TT和TN系統(tǒng)在接地故障條件下，相和地間的電壓可能會(huì)超過(guò)Ucs，這是由于高壓系統(tǒng)或低壓系統(tǒng)的故障條件下，電壓最大幅值取決于接地。Uc的選擇應(yīng)根據(jù)故障條件下給定的實(shí)際電壓值。另外，用一個(gè)足夠高的Uc去保證系統(tǒng)故障時(shí)不損壞SPD是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)檫@會(huì)使得SPD的電壓保護(hù)水平變得很差。一個(gè)合適的Uc值通常獨(dú)立于系統(tǒng)布局，比1.5U0高。

不同低壓配電系統(tǒng)接地型式下Uc的取值可參考表1：

表1 Uc在不同保護(hù)模式下的取值

注a：在某些情況下（如中線斷線）可能需要較高的值

2.2.2 UT值的選擇

SPD在其壽命期內(nèi)會(huì)受到比電力系統(tǒng)最大持續(xù)工作電壓（Ucs）更高的暫時(shí)過(guò)電壓UTOV的影響，UT（暫時(shí)過(guò)電壓）就是用來(lái)定義SPD在UTOV下的特性。由于不同電力系統(tǒng)實(shí)際產(chǎn)生的暫時(shí)過(guò)電壓（UTOV）各有差異，在選擇SPD時(shí)需同時(shí)考慮UT和UTOV隨時(shí)間變化的特性。表2是IEC60364-4-44給出的低壓電網(wǎng)中預(yù)期的UTOV最大值。

表2 IEC 60364-4-44給出的最大TOV值

電涌保護(hù)器UT值的選擇須符合下列要求：即當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，UT值應(yīng)比設(shè)備上預(yù)期產(chǎn)生的暫時(shí)過(guò)電壓UTOV高：UT>UTOV。SPD的UT與UTOV的關(guān)系可以如圖7所示[3]：

注：a LV裝置故障時(shí)（短路），在TT、TN和IT系統(tǒng)相 - 中線之間的UTOV，LV區(qū)域；

b LV裝置故障時(shí)（偶然接地），IT（TT）系統(tǒng)相 - 地之間的UTOV，LV作用區(qū)域和TT和LV裝置故障時(shí)（中線斷線），TN系統(tǒng)相 - 中線之間UTOV，LV的區(qū)域；

c 當(dāng)HV系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，在TT和IT系統(tǒng)中，用戶端相 - 中線之間UTOV，HV的最大值；d 未定義區(qū)域。

■ SPD的UT值。

圖7 UT和UTOV的關(guān)系

需要注意的是，并不是所有的SPD都具有TOV耐受能力。在TOV值很大的情況下，很難找到一個(gè)可以對(duì)設(shè)備提供電涌保護(hù)的SPD，這時(shí)可以考慮在一個(gè)不能耐受該TOV過(guò)電壓的SPD前面使用一個(gè)合適的斷路器。

2.2.3 保護(hù)模式問(wèn)題

一般情況下，電涌保護(hù)器的安裝模式可以為L(zhǎng)-L，L-N，L-PE，N-PE等。對(duì)于入戶處安裝的第一級(jí)SPD而言，大部分都選擇L-PE的保護(hù)模式。然而，在TT系統(tǒng)中安裝的SPD必須注意當(dāng)SPD安裝在RCD（剩余電流保護(hù)器）前方的情況下，SPD的保護(hù)模式必須采用3P+N的模式，也即采用L-N，N-PE的模式，如圖8所示[4]。

圖8 TT系統(tǒng)中SPD安裝在RCD前方

3 結(jié)束語(yǔ)

在建筑物及其內(nèi)部電子信息系統(tǒng)防雷保護(hù)中，選擇適配的SPD是很重要的。在選擇適配的SPD時(shí)，除了要考慮SPD的安裝位置、電壓保護(hù)水平UP、通流容量及與被保護(hù)設(shè)備的能量配合等問(wèn)題外，針對(duì)不同接地型式的低壓配電系統(tǒng)時(shí)，還應(yīng)考慮不同保護(hù)模式下的最大持續(xù)運(yùn)行電壓UC、耐受暫時(shí)過(guò)電壓的能力UT以及在某些特殊情況下SPD保護(hù)模式的選擇，這些參數(shù)的選擇需要根據(jù)不同低壓配電系統(tǒng)的接地型式視情況而定。如果選擇不當(dāng)，所安裝的SPD不但不能起到應(yīng)有的保護(hù)作用，相反還會(huì)帶來(lái)不可預(yù)見(jiàn)的故障和生命危險(xiǎn)，這些都是在建筑物防雷設(shè)計(jì)與施工中應(yīng)該注意的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB 50057-2010.建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2011（8）：24-25

[2]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB 14050-2008.系統(tǒng)接地的型式及安全技術(shù)要求[Z]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009（1）：2-5

作者簡(jiǎn)介：傅春華（1981-），男，工程師，研究方向?yàn)槔纂姺雷o(hù)及檢測(cè)技術(shù)。

（4）Up：電壓保護(hù)水平

Up是SPD非常重要的一個(gè)參數(shù)，它用于表征SPD限制接線端子間電壓的能力，其值從優(yōu)選值的列表中選擇。Up、Ures（殘壓）、Um（限制電壓）、Uc之間一般符合下列關(guān)系：Up>Ures≥Um>Uc。

除上述四個(gè)主要特性參數(shù)外，表征SPD性能的還有諸如If（續(xù)流）、Ures（殘壓）、UT（暫時(shí)過(guò)電壓）、保護(hù)模式、失效模式、短路電流耐受能力等，這些都是在選擇適配的SPD時(shí)需要考慮的。

2.2 不同接地型式對(duì)SPD的要求

由于各類低壓配電系統(tǒng)接地型式的不同特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)SPD時(shí)必須考慮相關(guān)參數(shù)能否滿足低壓配電系統(tǒng)接地型式的要求。如果選擇不當(dāng)，所安裝的SPD不能真正起到限制瞬態(tài)過(guò)電壓和泄放電涌電流的功能，相反，有時(shí)甚至?xí)驗(yàn)椴划?dāng)?shù)腟PD接入導(dǎo)致低壓配電系統(tǒng)運(yùn)行的不穩(wěn)定和誤動(dòng)作，甚至危及生命。

2.2.1 Uc值的選擇

對(duì)大多數(shù)SPD來(lái)說(shuō)，當(dāng)暫時(shí)過(guò)電壓持續(xù)時(shí)間超過(guò)5s時(shí)被認(rèn)為永久性電壓。因此， Uc的選擇應(yīng)根據(jù)正常條件和超過(guò)5s的故障條件（暫時(shí)過(guò)電壓）來(lái)確定。

在正常條件下，在相線和中線之間SPD的Uc應(yīng)比Ucs高（通常Ucs取1.10U0，即10%的電壓調(diào)整率，如果考慮由于SPD的老化和其它不正常狀況，再增加5%的系數(shù)，取1.15U0）；在相線與相線之間，Ucs為■U0，此時(shí)Uc應(yīng)取1.10■U0；在相地之間或中線與地之間，Uc取1.10U0。

然而，在選擇接在相和地之間SPD的Uc時(shí)，必需考慮到故障條件，以避免損壞過(guò)多的SPD。TT和TN系統(tǒng)在接地故障條件下，相和地間的電壓可能會(huì)超過(guò)Ucs，這是由于高壓系統(tǒng)或低壓系統(tǒng)的故障條件下，電壓最大幅值取決于接地。Uc的選擇應(yīng)根據(jù)故障條件下給定的實(shí)際電壓值。另外，用一個(gè)足夠高的Uc去保證系統(tǒng)故障時(shí)不損壞SPD是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)檫@會(huì)使得SPD的電壓保護(hù)水平變得很差。一個(gè)合適的Uc值通常獨(dú)立于系統(tǒng)布局，比1.5U0高。

不同低壓配電系統(tǒng)接地型式下Uc的取值可參考表1：

表1 Uc在不同保護(hù)模式下的取值

注a：在某些情況下（如中線斷線）可能需要較高的值

2.2.2 UT值的選擇

SPD在其壽命期內(nèi)會(huì)受到比電力系統(tǒng)最大持續(xù)工作電壓（Ucs）更高的暫時(shí)過(guò)電壓UTOV的影響，UT（暫時(shí)過(guò)電壓）就是用來(lái)定義SPD在UTOV下的特性。由于不同電力系統(tǒng)實(shí)際產(chǎn)生的暫時(shí)過(guò)電壓（UTOV）各有差異，在選擇SPD時(shí)需同時(shí)考慮UT和UTOV隨時(shí)間變化的特性。表2是IEC60364-4-44給出的低壓電網(wǎng)中預(yù)期的UTOV最大值。

表2 IEC 60364-4-44給出的最大TOV值

電涌保護(hù)器UT值的選擇須符合下列要求：即當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，UT值應(yīng)比設(shè)備上預(yù)期產(chǎn)生的暫時(shí)過(guò)電壓UTOV高：UT>UTOV。SPD的UT與UTOV的關(guān)系可以如圖7所示[3]：

注：a LV裝置故障時(shí)（短路），在TT、TN和IT系統(tǒng)相 - 中線之間的UTOV，LV區(qū)域；

b LV裝置故障時(shí)（偶然接地），IT（TT）系統(tǒng)相 - 地之間的UTOV，LV作用區(qū)域和TT和LV裝置故障時(shí)（中線斷線），TN系統(tǒng)相 - 中線之間UTOV，LV的區(qū)域；

c 當(dāng)HV系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，在TT和IT系統(tǒng)中，用戶端相 - 中線之間UTOV，HV的最大值；d 未定義區(qū)域。

■ SPD的UT值。

圖7 UT和UTOV的關(guān)系

需要注意的是，并不是所有的SPD都具有TOV耐受能力。在TOV值很大的情況下，很難找到一個(gè)可以對(duì)設(shè)備提供電涌保護(hù)的SPD，這時(shí)可以考慮在一個(gè)不能耐受該TOV過(guò)電壓的SPD前面使用一個(gè)合適的斷路器。

2.2.3 保護(hù)模式問(wèn)題

一般情況下，電涌保護(hù)器的安裝模式可以為L(zhǎng)-L，L-N，L-PE，N-PE等。對(duì)于入戶處安裝的第一級(jí)SPD而言，大部分都選擇L-PE的保護(hù)模式。然而，在TT系統(tǒng)中安裝的SPD必須注意當(dāng)SPD安裝在RCD（剩余電流保護(hù)器）前方的情況下，SPD的保護(hù)模式必須采用3P+N的模式，也即采用L-N，N-PE的模式，如圖8所示[4]。

圖8 TT系統(tǒng)中SPD安裝在RCD前方

3 結(jié)束語(yǔ)

在建筑物及其內(nèi)部電子信息系統(tǒng)防雷保護(hù)中，選擇適配的SPD是很重要的。在選擇適配的SPD時(shí)，除了要考慮SPD的安裝位置、電壓保護(hù)水平UP、通流容量及與被保護(hù)設(shè)備的能量配合等問(wèn)題外，針對(duì)不同接地型式的低壓配電系統(tǒng)時(shí)，還應(yīng)考慮不同保護(hù)模式下的最大持續(xù)運(yùn)行電壓UC、耐受暫時(shí)過(guò)電壓的能力UT以及在某些特殊情況下SPD保護(hù)模式的選擇，這些參數(shù)的選擇需要根據(jù)不同低壓配電系統(tǒng)的接地型式視情況而定。如果選擇不當(dāng)，所安裝的SPD不但不能起到應(yīng)有的保護(hù)作用，相反還會(huì)帶來(lái)不可預(yù)見(jiàn)的故障和生命危險(xiǎn)，這些都是在建筑物防雷設(shè)計(jì)與施工中應(yīng)該注意的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB 50057-2010.建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2011（8）：24-25

[2]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB 14050-2008.系統(tǒng)接地的型式及安全技術(shù)要求[Z]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009（1）：2-5

作者簡(jiǎn)介：傅春華（1981-），男，工程師，研究方向?yàn)槔纂姺雷o(hù)及檢測(cè)技術(shù)。

（4）Up：電壓保護(hù)水平

Up是SPD非常重要的一個(gè)參數(shù)，它用于表征SPD限制接線端子間電壓的能力，其值從優(yōu)選值的列表中選擇。Up、Ures（殘壓）、Um（限制電壓）、Uc之間一般符合下列關(guān)系：Up>Ures≥Um>Uc。

除上述四個(gè)主要特性參數(shù)外，表征SPD性能的還有諸如If（續(xù)流）、Ures（殘壓）、UT（暫時(shí)過(guò)電壓）、保護(hù)模式、失效模式、短路電流耐受能力等，這些都是在選擇適配的SPD時(shí)需要考慮的。

2.2 不同接地型式對(duì)SPD的要求

由于各類低壓配電系統(tǒng)接地型式的不同特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)SPD時(shí)必須考慮相關(guān)參數(shù)能否滿足低壓配電系統(tǒng)接地型式的要求。如果選擇不當(dāng)，所安裝的SPD不能真正起到限制瞬態(tài)過(guò)電壓和泄放電涌電流的功能，相反，有時(shí)甚至?xí)驗(yàn)椴划?dāng)?shù)腟PD接入導(dǎo)致低壓配電系統(tǒng)運(yùn)行的不穩(wěn)定和誤動(dòng)作，甚至危及生命。

2.2.1 Uc值的選擇

對(duì)大多數(shù)SPD來(lái)說(shuō)，當(dāng)暫時(shí)過(guò)電壓持續(xù)時(shí)間超過(guò)5s時(shí)被認(rèn)為永久性電壓。因此， Uc的選擇應(yīng)根據(jù)正常條件和超過(guò)5s的故障條件（暫時(shí)過(guò)電壓）來(lái)確定。

在正常條件下，在相線和中線之間SPD的Uc應(yīng)比Ucs高（通常Ucs取1.10U0，即10%的電壓調(diào)整率，如果考慮由于SPD的老化和其它不正常狀況，再增加5%的系數(shù)，取1.15U0）；在相線與相線之間，Ucs為■U0，此時(shí)Uc應(yīng)取1.10■U0；在相地之間或中線與地之間，Uc取1.10U0。

然而，在選擇接在相和地之間SPD的Uc時(shí)，必需考慮到故障條件，以避免損壞過(guò)多的SPD。TT和TN系統(tǒng)在接地故障條件下，相和地間的電壓可能會(huì)超過(guò)Ucs，這是由于高壓系統(tǒng)或低壓系統(tǒng)的故障條件下，電壓最大幅值取決于接地。Uc的選擇應(yīng)根據(jù)故障條件下給定的實(shí)際電壓值。另外，用一個(gè)足夠高的Uc去保證系統(tǒng)故障時(shí)不損壞SPD是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)檫@會(huì)使得SPD的電壓保護(hù)水平變得很差。一個(gè)合適的Uc值通常獨(dú)立于系統(tǒng)布局，比1.5U0高。

不同低壓配電系統(tǒng)接地型式下Uc的取值可參考表1：

表1 Uc在不同保護(hù)模式下的取值

注a：在某些情況下（如中線斷線）可能需要較高的值

2.2.2 UT值的選擇

SPD在其壽命期內(nèi)會(huì)受到比電力系統(tǒng)最大持續(xù)工作電壓（Ucs）更高的暫時(shí)過(guò)電壓UTOV的影響，UT（暫時(shí)過(guò)電壓）就是用來(lái)定義SPD在UTOV下的特性。由于不同電力系統(tǒng)實(shí)際產(chǎn)生的暫時(shí)過(guò)電壓（UTOV）各有差異，在選擇SPD時(shí)需同時(shí)考慮UT和UTOV隨時(shí)間變化的特性。表2是IEC60364-4-44給出的低壓電網(wǎng)中預(yù)期的UTOV最大值。

表2 IEC 60364-4-44給出的最大TOV值

電涌保護(hù)器UT值的選擇須符合下列要求：即當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，UT值應(yīng)比設(shè)備上預(yù)期產(chǎn)生的暫時(shí)過(guò)電壓UTOV高：UT>UTOV。SPD的UT與UTOV的關(guān)系可以如圖7所示[3]：

注：a LV裝置故障時(shí)（短路），在TT、TN和IT系統(tǒng)相 - 中線之間的UTOV，LV區(qū)域；

b LV裝置故障時(shí)（偶然接地），IT（TT）系統(tǒng)相 - 地之間的UTOV，LV作用區(qū)域和TT和LV裝置故障時(shí)（中線斷線），TN系統(tǒng)相 - 中線之間UTOV，LV的區(qū)域；

c 當(dāng)HV系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，在TT和IT系統(tǒng)中，用戶端相 - 中線之間UTOV，HV的最大值；d 未定義區(qū)域。

■ SPD的UT值。

圖7 UT和UTOV的關(guān)系

需要注意的是，并不是所有的SPD都具有TOV耐受能力。在TOV值很大的情況下，很難找到一個(gè)可以對(duì)設(shè)備提供電涌保護(hù)的SPD，這時(shí)可以考慮在一個(gè)不能耐受該TOV過(guò)電壓的SPD前面使用一個(gè)合適的斷路器。

2.2.3 保護(hù)模式問(wèn)題

一般情況下，電涌保護(hù)器的安裝模式可以為L(zhǎng)-L，L-N，L-PE，N-PE等。對(duì)于入戶處安裝的第一級(jí)SPD而言，大部分都選擇L-PE的保護(hù)模式。然而，在TT系統(tǒng)中安裝的SPD必須注意當(dāng)SPD安裝在RCD（剩余電流保護(hù)器）前方的情況下，SPD的保護(hù)模式必須采用3P+N的模式，也即采用L-N，N-PE的模式，如圖8所示[4]。

圖8 TT系統(tǒng)中SPD安裝在RCD前方

3 結(jié)束語(yǔ)

在建筑物及其內(nèi)部電子信息系統(tǒng)防雷保護(hù)中，選擇適配的SPD是很重要的。在選擇適配的SPD時(shí)，除了要考慮SPD的安裝位置、電壓保護(hù)水平UP、通流容量及與被保護(hù)設(shè)備的能量配合等問(wèn)題外，針對(duì)不同接地型式的低壓配電系統(tǒng)時(shí)，還應(yīng)考慮不同保護(hù)模式下的最大持續(xù)運(yùn)行電壓UC、耐受暫時(shí)過(guò)電壓的能力UT以及在某些特殊情況下SPD保護(hù)模式的選擇，這些參數(shù)的選擇需要根據(jù)不同低壓配電系統(tǒng)的接地型式視情況而定。如果選擇不當(dāng)，所安裝的SPD不但不能起到應(yīng)有的保護(hù)作用，相反還會(huì)帶來(lái)不可預(yù)見(jiàn)的故障和生命危險(xiǎn)，這些都是在建筑物防雷設(shè)計(jì)與施工中應(yīng)該注意的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB 50057-2010.建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2011（8）：24-25

[2]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB 14050-2008.系統(tǒng)接地的型式及安全技術(shù)要求[Z]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009（1）：2-5

作者簡(jiǎn)介：傅春華（1981-），男，工程師，研究方向?yàn)槔纂姺雷o(hù)及檢測(cè)技術(shù)。