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QX／T 10.2-2018 电涌保护器 第2部分：在低压电气系统中的选择和使用原则.pdf

使用电阻作为退耦元件，所需的UE主要取决于电涌电流的峰值。当选择退耦元件的冲击电流参 数时也应考虑该值。 在SG1点火后，总能量将根据各元件的静态伏安特性来分配 注：对于放电间隙和气体放电管，脉冲陡度是最重要的

使用电阻作为退耦元件，所需的乙DE主要取决于电浦电流的峰值。当选择退耦元件的冲击电流参 数时也应考虑该值。 在SG1点火后，总能量将根据各元件的静态伏安特性来分配 注：对于放电间隙和气体放电管，脉冲陡度是最重要的

配合可通过以下方法检验： 配合测试：配合应按每个方案逐个进行测试； 计算：简单案例可以估算，复杂案例需要计算机模拟。 配合SPD组的应用：在这种情况下SPD制造厂应证明其SPD已达到协调配合

配合可通过以下方法检验： 配合测试：配合应按每个方案逐个进行测试； 计算：简单案例可以估算，复杂案例需要计算机模拟。 配合SPD组的应用：在这种情况下SPD制造厂应证明其SPD已达到协调配合

QX/T10.2—2018附录G（资料性附录）当设备具有信号端口和电源端口时的配合G.1当保护一个具有信号端口和电源端口设备的SPD未配合时可能出现的故障当保护一个具有两种端口设备（ITE)的SPD未配合时，尽管ITE的电源和通信端口可能都安装了SPD，但是在SPD之间流动的电涌电流可能会造成ITE的电源和通信端口之间的电位差。该电位差有可能会导致ITE的内部发生闪络，导致损坏或者引起设备的操作失效G.2SPD未配合时的故障示例G.2.1一台具有电源和信号端口的ITE在图G.1中是一台具有电源和信号端口的ITE的典型布线示例。说明：1信息技术设备（ITE)；2配电盘（包括断路器和电源SPD)3一包含信号SPD的信号接口终端：4———单相两线电源系统；5—架空信号线路；一接地装置。图G.1一台具有电源和信号端口的ITE的典型布线示例G.2.2具有电源和信号端口的ITE未配合的试验结果图G.2是对图G.1的全尺寸仿真测试。当信号端口注入一个测试电流（75A/us），信号SPD(图G.2中10所示）导通后泰安市某园林绿化有限公司园林绿化施工组织设计及施工程序的安排计划，在电源和信号端口产生的电位差Uair的结果见图G.3。GB18802.12一2014附录O给出了8/20us冲击电流侵入电源或信号线路的仿真测试结果，结果显示当10kA的电涌电流侵人系统时，可导致电源和信号端口间出现8kV～35kV的电位差，该电位差通常远超过了ITE的冲击电压耐受能力。56

图G.2用于试验性测试的电路原理图

图G.3试验得到的电源和信号端口的电位差

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当设备具有电源和信号端口时的合理解决方案如图G.4所示，该ITE的电源和信号线路由同一路 经进入建筑物，同时安装了多级SPD，保护ITE的末级电源和信号SPD在靠近ITE处安装，并且具有 共同的接地点，同时建筑物采取了直击雷防护装置（LPS）、屏蔽（由于屏蔽使得建筑物内分为LPZO/1/ 2/3区）、电缆埋地引入等措施，因此，一般不再需要考虑SPD动作后的电位差问题。

图G.4一台ITE在各LPZ中的保护示例

H.1SPD的预期寿命和实际寿命

附录H （资料性附录） SPD的寿命和失效模式

SPD的寿命是一随机值。SPD的预期寿命主要取决于超过SPD最大放电能力的电涌发生的概率。 SPD的实际寿命可能会短于或长于预期寿命，这取决于电涌实际发生的频度。例如，某个SPD安装在 一少雷区，可能在数年内不会受到电涌的冲击，则寿命可达数年之久。另一SPD在安装后几秒钟内便 遭到天于它的最大预期通过的电涌电流冲击，其1（或1mp、Uxc）值无法承受而使SPD损坏，其寿命仅 为几秒钟。 因此，选择和安装SPD时需考虑的是： 在雷击风险程度较大或受保护设备非常重要的情况下，Imp（或I。、Uoc）值选择的偏大一些； 考虑UTOv及其他SPD之间的配合

SPD的失效模式，由于组成SPD的非线性元件特征和制造商工艺不同，主要可分为开路和短路两 种形式： 开路：SPD与并联的被保护线路脱离。如果不能及时发现SPD已失效并及时更换SPD，则被 保护线路和设备不能由其保护，因此SPD应带状态指示器 短路：SPD由高阻状态变为低阻。如果不能及时切断工频续流，工频电流会流入PE线，造成 间接接触电击事故，同时也可能致使供电中断，因此需要有RCD或后备过电流保护器（如熔断 器、断路器等）进行保护

SPD的失效模式，由于组成SPD的非线性元件特征和制造商工艺不同，主要可分为开路和短路 形式： 开路：SPD与并联的被保护线路脱离。如果不能及时发现SPD已失效并及时更换SPD，则 保护线路和设备不能由其保护，因此SPD应带状态指示器 短路：SPD由高阻状态变为低阻。如果不能及时切断工频续流，工频电流会流入PE线，造 间接接触电击事故，同时也可能致使供电中断，因此需要有RCD或后备过电流保护器（如熔 器、断路器等）进行保护

SPD失效模式为短路时，其后备过电流保护安装示例见附录I的I.4.1，双端口SPD内部脱离器 示例见附录I的I.4.2，

L.1SPD在TN、TT和IT系统中的安装

L.2变电所内LV系统中SPD的安装

10kV系统的保护接地与LV系统的中性线接地共用（或分开）的变电所内，LV侧SPD的安装参 见图I.1和图I.2（适用于TT和TN系统）及图I.3（适用于IT系统）。 在10kV系统的保护接地与LV系统的系统接地共用一个接地极的变电所内，TT系统和TN系统 应在三根相线和中性线（已接地）之间安装3个SPD

图I.110kV的保护接地与LV系统的系统接地共用一个接地极的 变电所内TT系统和TN系统SPD的安装

图I.210kV的保护接地与LV 系统的中性线接地为分开接地极的 变电所内 TT 系统和 TN 系统 SPD 的安装

在10kV系统的保护接地与LV系统的中性线接地为分开接地极的变电所内，TT系统和TN系统 通常在三根相线和中性线之间安装3个SPD。在LV系统的中性线与10kV系统的保护地之间通常安 装一开关型SPD，其Uc值大于1200V。 IT系统可分以下两种情况： 在采用10kV不接地系统的变电所内，由于高压接地故障过电压U甚小，很少超过50V，配 电柜外壳（已接地）和三根相线之间的暂时过电压也甚低。综合高、低压接地故障引起的所有 暂时过电压因素，IT系统只需在三根相线和配电柜外壳（已接地）之间安装3个SPD。 在采用10kV经小电阻接地系统的变电所内，由于高压接地故障过电压U：甚大，配电柜外壳 （已接地）和三根相线之间的暂时过电压也甚高。综合高、低压接地故障引起的所有暂时过电 压因素.该情况下TT系统需在三根租线和配电柜外壳（已接地）之间安装3个开关型SPD）

I.3SPD的两端连接要求

I.3.1SPD两端连接导线长度应短且直

采用10kV经小电阻接地系统的变电所内IT系统

图I.4中展示了单端口 V形）接线万式 图I.4b)则 要求Uw和Uw2足够低，当SPD两端连接线总长度不大于0.5m,Uw和Uw2的值被认为是可以接受的

图I.4安装单端口SPD的常用方式

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.3.2连接导线应避免形成大的回路和感应耦合

图I.5中： 对电磁耦合来讲： 1）不好的方法是指大环路面积导致由di/dt产生的dp/dt高： 2）较好的方法是指小环路面积导致低dg/dt； 3）最好的方法是指电缆屏蔽导致屏蔽内部的dΦ/dl~0

a）对电磁耦合SPD安装方法比赖

对感应耦合SPD安装方法比

图I.5涉及EMC方面可接受和不可接受的SPI

b）对感应耦合来讲： 1）不好的安装是指在标有*的位置会出现感应耦合； 2）好的安装是指SPD上游和下游的导线被很好地隔离开来

I.4SPD失效模式的保护

.4.1后备过电流保护装置的安装

SPD失效模式为短路时，可能会影响受保护系统和设备的正常运行，图1.6提供了后备过电流保护 装置的安装方法，分别为优先保证供电的连续性、优先保证保护的连续性及兼顾供电连续性和保护的连 续性。

a优先保证供电连续性

D优先保证保护连续性

)兼顾供电连续性和保护连续性

6后备过电流保护装置在SPD前端的安装示例

L.4.2双端口SPD内部脱离器

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图I.7双端口SPD内部脱离器

各种过电流保护器，含熔断器（熔丝、热熔线圈、热熔断器等）、断路器（CB、MCB等）和RCD(RCCB、 RCBO等）均应具备以下能力，否则会造成系统断电故障或SPD燃烧事故： a）分断SPD安装处的预期短路电流； b） 耐受SPD安装处的预期雷电电涌电流而不断开； 过电流保护器的寿命不能低于SPD的寿命

根据弧前值确定熔断器的单次冲击耐受能力的方

熔断器标准要求制造厂要标注产品的弧前值，如1300A~·s的弧前值应标注为32AgG、65 A²·s应标注为63AgG，24000A²·s应标注为100AgG等。熔断器单次冲击耐受能力的具体确定 法如下： a） 对于10/350μs波形冲击电流的耐受能力见式（J.1）： It=256.3XIres （J. b）对于8/20us波形冲击电流的耐受能力见式（J.2）： I’t=14. 01 X I2rest （J. 式中： Icrest一一熔断器的单次冲击耐受电流峰值，单位为千安培（kA）； I’t一一熔断器的弧前值，单位为安培的二次方秒（A²·s）。 当选择熔断器作为SPD的过电流保护器时，Ierest值应不小于所选用SPD的I.或Iimp值

L.2.2选择熔断器作为过电流保护器的应用示例

示例1： 当选择T1SPD的Imp值为5kA时，熔断器的弧前值应不小于256.3×5°（A²·s）=6407.5（A²·s），即可选用 63AgG的熔断器。 示例2： 当选择T2SPD的I.值为9kA时，熔断器的弧前值应不小于14.01×92（A²s）=1134.8（A²·s），即可选用 32AgG的熔断器。 示例3： 当选择T2SPD的I.值为40kA时，熔断器的弧前值应不小于14.01×40"（A²·s）=22416（A"·s），即可选用 100AgG的熔断器。 特别需要说明的是，当SPD选择熔断器作为过电流保护器时，若该熔断器的弧前值大于主回路的 溶断器弧前值时，可能导致无法保障供电连续性，为实现两级熔断器的配合，且需要优先考虑保障供电 连续性时，在电气安全的前提下，可将主回路的熔断器的弧前值更换为大于SPD前端熔断器的弧前值

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和动作负载试验对熔断器冲击耐受能力的影响因

GB18802.1的试验方法中，熔断器不仅要耐受单次冲击，还要耐受一个完整的序列（预处理试验和 动作负载试验），这些试验会降低熔断器的单次冲击耐受性能。通常，当试验用的I.、Iim、Imx大于熔断 器的Irest时，每次冲击熔断器的性能就会降低，当试验用的I.、Iimp、Imax小于熔断器的Icrest时，影响可以 忽略。因此在选择熔断器与SPD配合使用时，应考虑熔断器单次冲击耐受值的基础上乘以0.5～0.9 的降低系数，

L.3断路器、熔断器作为过电流保护器的问题

J.3.1短路型SPD失效时间的测定

短路型SPD的失效时间电流特性曲线可通过给短路型SPD施加不同电流值的方法进行标定 在较小的电流值下.短路型SPD的失效时间较长.在较大的电流值下.短路型SPD会很快失效

J.3.2过电流保护器的时间一电流特性

过电流保护器的时间一电流特性应与被保护SPD的失效时间一电流特性相匹配，见图J.1。当短 路型SPD的失效时间一电流特性曲线在过电流保护器的时间一电流特性曲线下方时，SPD会在过电流 保护器断开前，发生故障或失效，因此过电流保护器无法起到保护SPD的作用。当短路型SPD的失效 时间一电流特性曲线在过电流保护器的时间一电流特性曲线上方时，过电流保护器会在SPD发生故障 或失效前断开，因此过电流保护器起到保护SPD的作用

元： 短路型SPD的热承受能力特性曲线： b 断路器的时间一电流特性曲线： 熔断器的时间一电流特性曲线： 被保护回路的热承受能力特性曲线。 注：断路器的时间一电流特性为简化示意，断路器的瞬时脱扣电流其有一定的范围，B型脱扣的断路器的爵时脱扣 范围在3～5倍额定电流之间，C型脱扣的断路器的瞬时脱扣范围在5～10倍额定电流之间，图中简化为一个固 定的值。

图J.1过电流保护器与被保护回路及SPD的特性配合示意图

步达到热平衡状态（10min内温度变化小于2K），当内部脱离器断开则试验终止。合格判断标准为：如 果脱离器动作，SPD应有明显的、有效和永久断开的迹象，SPD的表面温升不超过周围空气温度80K， 并且不能起火燃烧等，

附录K （资料性附录） SPD选择和安装应用示例

本附录中的示例，尽可能提供与实际较一致的SPD的选择及安装方法。由于各种条件不一，本示 例不能代表所有的情况

K.2. 1 基本情况

幢二层民居（假设为防雷建筑物外的其他建筑物）位于年平均雷暴日数为30d的平原地带，雷击 大地的年平均密度（N.）为3次/km。民居周围无高大建筑物。建筑物钢筋材料接地电阻值为50Q。 建筑物内需保护的电气设备有：自动洗衣机、计算机（位于二楼）、电视机等，其中计算机距离总配电箱 0m，自动洗衣机、电视机距离总配电箱5m， 供电系统由中压（MV）网络（10km架空线）和低压（LV）网络（220V/380V由0.5km架空线和 00m埋地电缆）组成，入户供电系统为TT系统，单相二线（L、N）与建筑物地相连的保护线（PE）。人 户处总配电盘上安装了S型的RCD。TV天线单独架设在屋面。供配电系统见图K.1。

按第6章的计算，d=0.8,d。

K.2.3SPD1的选择和安装

图K.1一幢民居的供配电系统示意图

K.2.4SPD2的选择和安装

由于计算机距离总配电箱10m，按6.4.1.1中的要求，Up超过了0.8Uw，因此在二层分配电盘需 加装SPD2，应使Up≤0.8Uw，例如选择Up2=1.2kV。 由于自动洗衣机、电视机距离总配电箱5m，按6.4.1.1中的要求，Upl不超过0.8Uw，因此无需对 自动洗衣机、电视机加装SPD

5SPD与其他设备的配

RCD为S型，安在总配电盘处。这一S型的RCD能承受3kA（8/20μs）的电涌电流，但对超过 3kA的电涌电流则无法实现保护的连续性，因此建议更换一个具有短路断开特性的RCD

K.3一座无线通信基站(RBS

一座无线通信基站（RBS)由天线铁塔（高40m、距工作室4m、呈三角形）和工作室（建筑物为砖混 结构长5m、宽和高均为3m）组成。RBS位于山顶，雷击大地的年平均密度（N.）为6次/km²。建筑物和 铁塔共用接地的接地电阻值为10Q。从铁塔上引人室内有三条同轴电缆（移动通信用，半径r=12mm，转 移阻抗Z=1Q/km）和一条微波通信同轴电缆（r=8mm，Z.=2Q/km），这些电缆通过屏蔽金属槽盒 引入室内线槽架上，高度为2.4m，长度为4m。室内有三台需保护的电气设备， 供电系统由中压（MV)网络（10km架空线）和低压（LV)网络（500m架空线）组成。MV/LV变压 器接地电阻为10Q。人户供电系统为TT系统，三相四线（L1、L2、L3、N)和与共用接地相连的PE线 RBS没有装设通信线缆，通信方式为微波通信。RBS的组成见图K.2和图K.3

图K.2RBS的系统组成

图K.3RBS的防雷区（LPZ)划分

K.3.3SPD1的选择和安装

在供配电线路（LV)进入工作室之前，应在MV/LV变压器处安装避雷器和SPD，将从MV线路上 传导过来的电涌电流分流和箱压，同时SPD可起到防止从铁塔传导的反向过电压损害变压器的作用。 这一SPD的Up应不大于4kV。 出入工作室的配电线路上应分别安装两组SPD，并应符合本部分6.3条的要求，其主要技术参数 如下： 一选择I级分类试验的SPD，Imp值应大于12.5kA（10/350μs），建议每一保护模式的Im值为 20kA(10/350us); Up应低于2.5kV，由于电源整流器输人端口的Uw为2.0kV，建议Up值取1.5kV。 考虑到TT系统中暂时过电压（UTov）问题，建议采用“3十1”安装形式，即L一N和N一PE分别安 装SPD，其中N一PE间的SPD的Im值不应小于80kA（10/350μs），此时SPD应安装在RCD的电 源侧。 移动通信的同轴电缆和微波通信的同轴电缆上SPD的选择和安装应符合QX/T10.3中的要求，

K.3.4SPD2的选择和安装

工作室通过建筑物格栅形大空间屏蔽层能屏蔽雷击产生的空间磁场后，只需考虑SPD1的Up与设备耐 冲击过电压额定值Uw的关系是否满足Up≤0.8Uw，如能满足则不需要加装SPD2；如不能满足则应在 靠近设备处（LPZ1和LPZ2的交界处）选择安装SPD2。SPD2的主要技术参数如下： 选择Ⅱ级或Ⅲ级分类试验的SPD,其每一保护模式的I.应大于10kA（8/20μs）或Uoc大 于20kV； Up应符合Up<0.8Uw

K.3.5SPD与其他设备的配合

RBS中，SPD与其他设备的配合同K.2.5条的要

K.4风电SPD的选择和应用

1选择风电SPD的原贝

在风电配电系统中，雷电防护区的划分见图K，4，SPD的选择应根据LPZ分区和被保护设备要求 的工作电压及电压保护水平进行选择

陕09J01 建筑用料及做法.pdf图K.4风电系统结构及LPZ划分示意图

位于LPZO一LPZ1的设备应选用T1的SPD，例如：机舱里的发电机、驱动器、警报灯以及塔底掉 的变压器低压侧和高压侧等。位于LPZ1一LPZ2的设备应选用T2的SPD，例如机舱里的控制柜 里的控制线路、塔底操作室的变频器和风机控制系统等

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K.4.2选择风电SPD的安装位置

具体SPD的设置位置见图K.5，SPD的电压设置根据配电线路的工作电压情况进行，安装在被 备的前端，如传输线路过长，则前、后两端均应设置SPD

K.4.3选择风电SPD的主要电气性能参数

图K.5SPD安装位置示意图

SPD的选择应考虑SPD的安装位置、电压（额定工作电压、保护模式、电压保护水平）、通流能力几 因素，其中： 安装位置：根据安装位置的雷电防护分区，选择应安装T1、T2类的SPD D 电压（额定工作电压、保护模式、电压保护水平）： 1）风电包括交流230V、380V、480V、690V几种低压配电系统，以及6V、24V、48V等弱 电控制线路。SPD选择时，应根据其保护模式的不同，选择相应的电压等级，在被保护的 低压配电系统有单独的中性线（N)时，应采用“3十1”接线形式安装SPD。 2）风机定子和转子的正常工作电压虽然为690V，但在过程中，由于IGBT的高速切换和长 距离传输的折反射效应，线路中会产生周期性可再现峰值电压，其幅值高而陡峭，可达到 3kV～4kV，故此在SPD工作电压选择时，应考虑此可再现峰值电压。 3 SPD的U/应小于被保护设备绝缘耐压水平Uw，当使用一组SPD达不到Up/

于暴露在机舱外，根据在总雷电电流中的百分比，SPD放电电流Imp应选择不小于 12.5kA。 2）变频器、风机控制系统等设备清水混凝土（砼）施工方案，由于位于LPZ1和LPZ2的交接处，而应选择T2类的 SPD，标称放点电流I一般不小于15kA。 3）弱电控制设备位于LPZ2区,应选择T2类的SPD.标称放点电流I.一般不小于5kA