導(dǎo)語：電壓保護設(shè)計分析論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：交流電氣裝置過電壓保護設(shè)計要求及限制措施,SPD設(shè)置及接地線設(shè)計

關(guān)鍵詞：電氣裝置過電壓保護設(shè)計限制措施SPD

1.1過電壓概述

表1－1低壓系統(tǒng)過電壓類別

大氣過電壓

直擊雷過電壓

感應(yīng)雷擊過電壓

雷電波侵入過電壓

操作過電壓

操作容性負(fù)載過電壓

電容器組

空載長線路

操作感性負(fù)載過電壓

空載變壓器

電抗器

電動機

真空斷路器

諧振引起的過電壓

工頻過電壓

并列或解列過電壓

負(fù)載的投入與切除

IT系統(tǒng)發(fā)生接地故障引起對地電壓升高

TN系統(tǒng)或TT系統(tǒng)中性線開路引起對地電壓升高

低壓系統(tǒng)相導(dǎo)體與中性導(dǎo)體間的短路時中性線對地電壓升高

低壓系統(tǒng)故障相的接地故障電壓不超過50V，非故障相對地電壓升高

高壓系統(tǒng)接地故障電壓竄入低壓側(cè)（高壓為接地系統(tǒng)，變電所內(nèi)一個接地系統(tǒng)）。當(dāng)切斷時間大于5s時，允許的工頻過電壓U0+250V；當(dāng)切斷時間小于或等于5s時，允許的工頻過電壓U0+1200V。

1.2耐沖擊類別（過電壓類別）的劃分

1.耐沖擊類別（過電壓類別）劃分的目的

耐沖擊類別是根據(jù)對設(shè)備預(yù)期不間斷供電和能承受的事故后果來區(qū)分設(shè)備適用性的不同等級。通過對設(shè)備耐沖擊水平的選擇，使整個電氣裝置達到絕緣配合，將故障的危害性降低到允許的水平，以提供一個抑制過電壓的基礎(chǔ)。

耐沖擊類別標(biāo)識數(shù)字越高，表明設(shè)備的耐沖擊性能越高，可供選擇的抑制過電壓的方法越多。

耐沖擊類別這一概念適用于直接從電源線上接電的設(shè)備。

2.耐沖擊類別（過電壓類別）說明

Ⅰ類耐沖擊設(shè)備是打算與建筑物固定電氣裝置相連的設(shè)備。保護措施應(yīng)在此設(shè)備之外，既可固定在電氣裝置內(nèi)也可固定在電氣裝置和此設(shè)備之間，以限制瞬態(tài)過電壓在規(guī)定的水平。

Ⅱ類耐沖擊設(shè)備是與建筑物固定電氣裝置相連的設(shè)備。

注：此類設(shè)備舉例：家用電器、便攜式工具以及類似負(fù)荷。

Ⅲ類耐沖擊設(shè)備是固定電氣裝置的組成部分和其他預(yù)期具有較高適用性類別的設(shè)備。

注：此類設(shè)備舉例：固定電氣裝置的配電盤、斷路器、布線系統(tǒng)，包括電纜、母線、接線盒、開關(guān)、插座），工業(yè)用設(shè)備以及某些其他設(shè)備，如與固定電氣裝置永久相連的固定式電機。

Ⅳ類耐沖擊設(shè)備是用于建筑物電氣裝置主配電盤來電側(cè)電源進線端或其附近的設(shè)備。

注：此類設(shè)備舉例：電氣測量儀表、一次過電流保護電器以及濾波器。

1.3過電壓抑制的配置

需裝設(shè)電涌保護器時，應(yīng)符合下列各條：

1.自身抑制

在電氣裝置全部由低壓地下系統(tǒng)而不含架空線供電的情況下，依據(jù)表1－2所規(guī)定的設(shè)備耐沖擊電壓值便足夠了，而不需要附加的大氣過電壓保護。

在電氣裝置由低壓架空線供電或含有低壓架空線供電的情況下，且外界環(huán)境影響為AQ1（雷暴日數(shù)<25日/年）時，不需要附加的大氣過電壓保護。

2保護抑制

一、電氣裝置由架空線或含有架空線的線路供電，且當(dāng)?shù)乩纂娀顒臃贤饨绛h(huán)境影響條件AQ2（雷暴日數(shù)>25日/年）時，應(yīng)裝設(shè)大氣過電壓保護。保護裝置的保護水平不應(yīng)高于表2列出的Ⅱ類過電壓水平。

二、在一、條件下，建筑物電氣裝置的大氣過電壓保護可采取以下措施：

－按照IEC60364-5-534（過電壓保護電器）安裝具有II類保護水平的電涌保護器。

－或通過其他方法提供至少等效的電壓衰減量。

表1－2要求的設(shè)備額定耐沖擊電壓值

電氣裝置標(biāo)稱電壓*

V

要求的耐沖擊電壓值

kV

三相系統(tǒng)

帶中性點的

單相系統(tǒng)

電氣裝置電源進線端的設(shè)備

(耐沖擊類別Ⅳ)

配電裝置和末級電路的設(shè)備

(耐沖擊類別Ⅲ)

用電器具

(耐沖擊類別Ⅱ)

有特殊保護的

設(shè)備

(耐沖擊類別Ⅰ)

－

120～240

4

2.5

1.5

0.8

230/400

277/480

－

6

4

2.5

1.5

400/690

－

8

6

4

2.5

1000

－

12

8

6

4

*根據(jù)IEC60038：1983。

三、在架空線上應(yīng)用保護抑制的導(dǎo)則

對過電壓水平的保護抑制可通過在電氣裝置中直接安裝電涌保護器，或在架空線上安裝電涌保護器來獲得。例如，可以采取以下措施：

a）如果是架空供配電網(wǎng)，應(yīng)在電網(wǎng)的結(jié)點，尤其在每個長度超過500m的線路末端建立過電壓保護。沿供配電線路每隔500m就應(yīng)安裝過電壓保護器件。過電壓保護器件之間的距離應(yīng)小于1000m。

b）如果供配電網(wǎng)中部分為架空線路，部分為地下線路，在架空電網(wǎng)應(yīng)按照上述a）進行過電壓保護，并應(yīng)在從架空線至地下電纜的轉(zhuǎn)換點進行過電壓保護。

c）在TN配電網(wǎng)供電的電氣裝置中，在由自動切斷電源為間接接觸提供保護的地方，連接到相導(dǎo)體的過電壓保護器件的接地導(dǎo)體與PEN導(dǎo)體相連或與PE導(dǎo)體相連。

d）在TT配電網(wǎng)供電的電氣裝置中，在由自動切斷電源為間接接觸提供保護的地方，要為相導(dǎo)體和中性導(dǎo)體提供過電壓保護器件。在供電網(wǎng)的中性導(dǎo)體直接接地的地方，不必為中性導(dǎo)體安裝過電壓保護器件。

1.4建筑物電氣裝置中電涌保護器（SPD）的選擇和安裝

1.4.1電涌保護器（SPD）的接線

應(yīng)在電氣裝置的電源進線端或其附近設(shè)電涌保護器（SPD），至少應(yīng)在下面各點之間裝設(shè)：

1.當(dāng)在電氣裝置電源進線端或其附近，中性線與PE（保護線）直接連接，或沒有中性線時：

接在每一相線與接地端子或總保護線之間，取其路徑最短者；

注：在IT系統(tǒng)，中性線與PE線之間接了阻抗，不能認(rèn)為二者是直通的。

2.當(dāng)在電氣裝置的電源進線端或其附近，中性線與PE（保護線）不直接相連時：

接線形式1：接在每一相線與接地端子或總保護線之間，和接在中性線與接地端子或總保護線之間，取其路徑最短者；或

接線形式2：接在每一相線與中性線之間和接在中性線與總保護端子或總保護線之間，取其路徑最短者。

1.4.2電涌保護器（SPD）的選擇

1.電涌保護器（SPD）的電壓保護水平（UP）

電涌保護器必需能承受預(yù)期通過它們的雷電流，并應(yīng)符合以下兩個附加要求：通過電涌時的最大鉗壓，有能力熄滅在雷電流通過后產(chǎn)生的工頻續(xù)流。

在建筑物進線處和其它防雷保護區(qū)界面處的最大電涌電壓，即電涌保護器的最大鉗壓加上其兩端引線的感應(yīng)電壓應(yīng)與所屬系統(tǒng)的基本絕緣水平和設(shè)備允許的最大電涌電壓協(xié)調(diào)一致。為使最大電涌電壓足夠低，其兩端的引線應(yīng)做到最短。

在不同界面上的各電涌保護器還應(yīng)與其相應(yīng)的能量承受能力相一致。

若用一套電涌保護器（SPD）達不到所要求的保護電壓水平時，應(yīng)采用附加的配合協(xié)調(diào)的電涌保護器（SPD），以確保達到要求的保護水平。

2.選擇電涌保護器（SPD）持續(xù)運行電壓（UC）

一、按圖1－1接線的TT系統(tǒng)中，UC不應(yīng)小于1.55U0。

二、按圖1－2和圖1－3接線的TN和TT系統(tǒng)中，UC不應(yīng)小于1.15U0。

二、按圖1－4接線的IT系統(tǒng)中UC不應(yīng)小于1.15U（U為線間電壓）。

注：U0是低壓系統(tǒng)相線對中性線的標(biāo)稱電壓，在220/380V三相系統(tǒng)中，U0＝220V。

圖1－1TT系統(tǒng)中電涌保護器安裝在剩余電流保護器的負(fù)荷側(cè)

1－裝置的電壓；2－配電盤；3－總接地端或總接地連接帶；4－電涌保護器（SPD）；5－電涌保護器的接地連接，5a或5b；6－需要保護的設(shè)備；7－剩余電流保護器，應(yīng)考慮通雷電流的能力；F－保護電涌保護器推薦的熔絲、斷路器或剩余電流保護器；RA－本裝置的接地電阻；RB－供電系統(tǒng)的接地電阻

圖1－2TN系統(tǒng)中的電涌保護器

1－裝置的電壓；2－配電盤；3－總接地端或總接地連接帶；4－電涌保護器（SPD）；5－電涌保護器的接地連接，5a或5b；6－需要保護的設(shè)備；7－PE與N線的連接帶；F－保護電涌保護器推薦的熔絲、斷路器或剩余電流保護器；RA－本裝置的接地電阻；RB－供電系統(tǒng)的接地電阻

注：當(dāng)采用TN－C－S或TN－S系統(tǒng)時，在N與PE線連接處電涌保護器用三個，在其以后N與PE線分開處安裝電涌保護器時用四個，即在N與PE線間增加一個，類似于圖1－1

圖1－3TT系統(tǒng)中電涌保護器安裝在剩余電流保護器的電源側(cè)

1－裝置的電壓；2－配電盤；3－總接地端或總接地連接帶；4－電涌保護器（SPD）；4a－電涌保護器或放電間隙；5－電涌保護器的接地連接，5a或5b；6－需要保護的設(shè)備；7－剩余電流保護器，可位于母線的上方或下方；F－保護電涌保護器推薦的熔絲、斷路器或剩余電流保護器；RA－本裝置的接地電阻；RB－供電系統(tǒng)的接地電阻

注：當(dāng)電源變壓器高壓側(cè)碰外殼短路產(chǎn)生的過電壓加于4a設(shè)備時不應(yīng)動作。在高壓系統(tǒng)采用低電阻接地和供電變壓器外殼、低壓系統(tǒng)中性點合用同一接地裝置以及切斷短路的時間小于或等于5s時，該過電壓可按1200V考慮。

圖1－4IT系統(tǒng)中電涌保護器安裝在剩余電流保護器的負(fù)荷側(cè)

1－裝置的電壓；2－配電盤；3－總接地端或總接地連接帶；4－電涌保護器（SPD）；5－電涌保護器的接地連接，5a或5b；6－需要保護的設(shè)備；7－剩余電流保護器；F－保護電涌保護器推薦的熔絲、斷路器或剩余電流保護器；RA－本裝置的接地電阻；RB－供電系統(tǒng)的接地電阻

3.選擇電涌保護器（SPD）標(biāo)稱放電電流（In）和沖擊電流（Iimp）

在LPZ0A或LPZ0B區(qū)與LPZ1區(qū)交界處，在從室外引來的線路上安裝SPD，應(yīng)選用符合Ⅰ級分類試驗的產(chǎn)品。

應(yīng)通過SPD的10/350μs雷電流幅值。當(dāng)線路有屏蔽時，通過每個SPD的雷電流可按上述確定的雷電流的30％考慮。SPD宜靠近屏蔽線路末端安裝。以上述得出的雷電流作為Ipeak來選用SPD。

當(dāng)按上述要求選用配電線路上的SPD時，其標(biāo)稱放電電流In不宜小于15kA。

安裝的SPD所得到的電壓保護水平加上其兩端引線的感應(yīng)電壓以及反射波效應(yīng)不足以保護距其遠處的被保護設(shè)備的情況下，尚應(yīng)在被保護設(shè)備處裝設(shè)SPD，其標(biāo)稱放電電流In不宜小于8/20μs3kA。

當(dāng)被保護設(shè)備沿線路距安裝的SPD不大于10m時，若該SPD的電壓保護水平加上其兩端引線的感應(yīng)電壓小于被保護設(shè)備耐壓水平的80％，一般情況在被保護設(shè)備處可不裝SPD。

若第一級SPD的電壓保護水平加上其兩端引線的感應(yīng)電壓保護不了該配電盤內(nèi)的設(shè)備，應(yīng)在該盤內(nèi)安裝第二級SPD，其標(biāo)稱放電電流不宜小于8/20μs5kA。

在考慮被保護設(shè)備的耐壓水平時宜按其值的80％考慮。

在一般情況下，當(dāng)在線路上多處安裝SPD且無準(zhǔn)確數(shù)據(jù)時，電壓開關(guān)型SPD與限壓型SPD之間的線路長度不宜小于10m，限壓型SPD之間的線路長度不宜小于5m。

4.選擇電涌保護器（SPD）耐受的預(yù)期短路電流

電涌保護器（SPD）耐受短路電流（當(dāng)電涌保護器（SPD）失效時產(chǎn)生）和與之相連接的過電流保護器（設(shè)置于內(nèi)部或外部）一起承受等于和大于安裝處預(yù)期產(chǎn)生的最大短路電流，選擇時要考慮到電涌保護器（SPD）制造廠規(guī)定應(yīng)具備的最大過電流保護器。

此外，制造廠所規(guī)定電涌保護器（SPD）的額定阻斷續(xù)流電流值不應(yīng)小于安裝處的預(yù)期短路電流值。

在TT系統(tǒng)或TN系統(tǒng)中，接于中性線和PE線之間的電涌保護器（SPD）動作（例如火花間隙放電）后流過工頻續(xù)流，電涌保護器（SPD）額定續(xù)流電流值應(yīng)大于或等于100A。

在IT系統(tǒng)中，接于中性線和PE線之間的電涌保護器（SPD）的額定續(xù)流電流值與接在相線和中性線之間的電涌保護器（SPD）是相同的。

5.防止電涌保護器（SPD）失效的后果和過電流保護

防止電涌保護器（SPD）短路的保護是采用過電流保護器，應(yīng)當(dāng)根據(jù)電涌保護器（SPD）產(chǎn)品手冊中推薦的過電流保護器的最大額定值選擇。

如果過電流保護器的額定值小于或等于推薦用的過電流保護器的最大額定值，則可省去過電流保護器。

重點是要保證供電的連續(xù)性還是保證保護的連續(xù)性取決于在電涌保護器（SPD）故障時，斷開電涌保護器（SPD）的過電流保護器所安裝的位置。

在所有情況下，應(yīng)當(dāng)明確設(shè)置的保護器間的區(qū)別：

－若過電流保護器安裝在電涌保護器（SPD）的回路中，則可保證供電的連續(xù)性，但再發(fā)生過電壓時，無論是電氣裝置或是設(shè)備都得不到保護（見圖1－5）。這些過電流保護器可以是設(shè)于內(nèi)部的電涌保護器（SPD）脫離器。

圖1－5重點保證供電連續(xù)性

－若過電流保護器接入設(shè)有電涌保護器（SPD）保護電路的電氣裝置進線前端，則電涌保護器（SPD）故障時可導(dǎo)致供電中斷，要等到更換電涌保護器（SPD）后才能恢復(fù)供電（見圖1－6）。

為了提高在同一時間內(nèi)供電連續(xù)性和保護連續(xù)的概率和可靠性，允許使用圖1－7所示的接線方式。

圖1－6重點保證保護連續(xù)性圖1－7供電連續(xù)性和保護連續(xù)性的結(jié)合

這種情況是將兩個相同的電涌保護器（SPD1和SPD2）分別接到兩個相同的保護器（PD1和PD2）。當(dāng)一個電涌保護器（SPD1）發(fā)生故障，不會影響另一電涌保護器（如SPD2）工作，并且將使其本身的保護器動作（如PD1）。這種方式將顯著提高供電連續(xù)性和保護連續(xù)性的概率。

6.間接接觸防護

間接接觸防護即使當(dāng)電涌保護器（SPD）故障時，對所有電氣裝置的保護也應(yīng)保持有效。

當(dāng)采用自動切斷供電時：

－在TN系統(tǒng)中，一般可在電涌保護器（SPD）的電源側(cè)裝設(shè)過電流保護器實現(xiàn)間接接觸防護；

－在TT系統(tǒng)中可采用下述a)或者b)實現(xiàn)間接接觸防護：

1)將電涌保護器（SPD）安裝在剩余電流保護器（RCD）的負(fù)荷側(cè)；

2)將電涌保護器（SPD）安裝在剩余電流保護器（RCD）的電源側(cè)，由于接在中性線和PE線之間的電涌保護器（SPD）也可能發(fā)生故障，因此，

a)應(yīng)當(dāng)符合外露可導(dǎo)電部分預(yù)期接地故障電壓不大于50V的規(guī)定。和

b)根根據(jù)接線形式2來安裝電涌保護器（SPD）。

－在IT系統(tǒng)中，不需要附加其它措施。

7.連接導(dǎo)線

連接導(dǎo)線是指相線與電涌保護器（SPD）之間的導(dǎo)線，和電涌保護器（SPD）與總接地端子或保護線之間的導(dǎo)線。

因為增加電涌保護器（SPD）連接導(dǎo)線的長度，會降低電涌保護器（SPD）過電壓保護的效果，盡可能減少電涌保護器（SPD）所連接導(dǎo)線的長度并且不形成環(huán)路可獲得最佳過電壓保護效果（總引線長度最好不超過0.5m），見圖1－8。如果圖1－8所示a+b的長度不能小于0.5m，則可采用圖1－9的接線方式。

圖1－8電涌保護器（SPD）安裝在或靠近圖1－9電涌保護器（SPD）安裝在或靠近電氣裝置

電源進線端的示例電氣裝置電源進線端的示例

8.接地線的導(dǎo)體截面

安裝在電氣裝置電源進線端或靠近進線端處的電涌保護器（SPD）接地線的最小截面應(yīng)是不小于4mm2的銅線或與其等效。

當(dāng)設(shè)有雷擊保護系統(tǒng)時，符合Ⅰ級試驗的電涌保護器（SPD）的接地線的最小截面不小于16mm2的銅線或與其等效是必要的。