各类防雷建筑物在不同低压配电系统下的直击雷雷电流分配和电涌保护器的优选选型

ASP · 发表于 2003-10-14 15:49:00

<center>各类防雷建筑物在不同低压配电系统下的直击雷雷电流分配 和电涌保护器的优选选型 广州雷迅电子有限公司宋洪卫、潘挺 摘要本文主要依据GB50057-94 2000版和IEC有关标准，以图解方式计算雷击电流在低压配电系统中的分配，辅助SPD的设计和选型。 关键词直击雷防雷分类雷电流分配优选值SPD </center> GB50057-94 2000版已经发行了很长时间了，但是仍然不时可以听到关于对GB50057-94 2000版中的直击雷电流在接地系统和进入建筑物的各种服务性导电管线的分配问题的不同说法。本文试图用图解的方式对各类防雷建筑物在不同低压配电系统下的直击雷电流分配和电涌保护进行描述。 GB50057-94 2000版对直击雷在接地系统和进入建筑物的各种服务性导电管线的分配问题是这样描述的： <img border="0" src="/img/article/a200302/image002.gif" align="right" width="411" height="281"> 在 LPZ0A 与 LPZ1 区的界面处做等电位连接用的接线夹和电涌保护器，应采用本规范附录六的附表6.1～附表6.3的雷电流参量估算通过它们的分流值。当无法估算时，可按以下方法确定：全部雷电流 i 的 50% 流入建筑物防雷装置的接地装置，其另50%，即is分配于引入建筑物的各种外来导电物、电力线、通信线等设施。流入每一设施的电流 ii 等于 is/n，n 为上述设施的个数。流经无屏蔽电缆芯线的电流 iv 等于电流 ii 除以芯线数 m，即 iv = ii/m（见图6.3.4-1）；对有屏蔽的电缆，绝大部分的电流将沿屏蔽层流走。尚应考虑沿各种设施引入建筑物的雷电流。应采用以上两值的较大者。 在 LPZ0B 与 LPZ1 区的界面处做等电位连接用的线夹和电涌保护器仅应按上述方法考虑雷闪击中建筑物防雷装置时通过它们的雷电流；可不考虑沿全长处在 LPZ0B 区的各种设施引入建筑物的雷电流，其值仅为感应电流和小部分雷电流。 　 本文将依据GB50057-94 2000版标准内容着重通过图解计算的方式对于不同分类的防雷建筑物和不同的低压配电方式下，每一条供电线路上分配的雷电流iv的大小，从而指导SPD的选型。分为下面几类情况进行讨论。实际情况千差万别，但均可以依据标准去设计和施工。 一、首先讨论低压配电线路为非铠装屏蔽进入建筑物的情况，我们又可以分为以下3种： 1）除低压配电电缆以外没有其他任何服务性金属管、缆进入建筑物。50%的雷电流ii=is/1=is,平均分配到组成低压配电电缆的每一条电力线路上，其值为iv <table border="1" width="100%" CEllspacing=0><tr><td width="1%" rowspan="13">除低压配电电缆以外，无其他服务性金属管缆或金属通信线路进入</td><td width="15%"> 分类配电方式</td><td width="19%">直击雷电流在低压配电线路上的分配图解</td><td width="22%">首次雷击雷电流幅值 10/350us 波形</td> <td width="17%">首次直击雷在低压配电线路上每线的分配</td><td width="19%">第I类试验 10/350us优选值</td> </tr><tr><td width="15%" rowspan="3">两根配电线进入举例: 单相两线单相三线（PE线不分流）</td><td width="19%" rowspan="3"><img border="0" src="/img/article/a200302/image004.gif" width="164" height="162"></td><td width="22%">第一类防雷建筑物200kA</td><td width="17%">iv=200*25%=50kA</td><td width="19%">Iimp=50kA(ASafe-50)</td></tr><tr><td width="22%">第二类防雷建筑物150 kA</td> <td width="17%">iv=150*25%=37.5kA</td><td width="19%">Iimp=35,40kA(ASafe-35)</td></tr><tr><td width="22%">第三类防雷建筑物100 kA</td> <td width="17%">iv =100*25%=25kA</td> <td width="19%">Iimp=25kA(ASafe-25)</td></tr><tr><td width="15%" rowspan="3">三根配电线进入举例：IT</td><td width="19%" rowspan="3"><img border="0" src="/img/article/a200302/image006.gif" width="164" height="162"></td><td width="22%">第一类防雷建筑物200 kA</td> <td width="17%">iv =200*16.7%=33.3kA</td> <td width="19%">Iimp=35kA(ASafe-35)</td></tr><tr><td width="22%">第二类防雷建筑物150 kA</td> <td width="17%">iv =150*16.7%=25kA</td> <td width="19%">Iimp=25kA(ASafe-25)</td></tr><tr><td width="22%">第三类防雷建筑物100 kA</td> <td width="17%">iv =100*16.7%=16.7kA</td> <td width="19%">Iimp=20,25kA(ASafe-25)</td></tr><tr><td width="15%" rowspan="3">四根配电线进入举例：TN-CTN-C-S（PE线不分流）</td><td width="19%" rowspan="3"><img border="0" src="/img/article/a200302/image008.gif" width="164" height="162"></td><td width="22%">第一类防雷建筑物200 kA</td> <td width="17%">iv =200*12.5%=25kA</td> <td width="19%">Iimp=25kA(ASafe-25)</td></tr><tr><td width="22%">第二类防雷建筑物150 kA</td> <td width="17%">iv=150*12.5%=18.8kA</td><td width="19%">Iimp=20,25kA(ASafe-25)</td></tr><tr><td width="22%">第三类防雷建筑物100 kA</td> <td width="17%">iv=100*12.5%=12.5kA</td><td width="19%">Iimp=15kA(ASafe-15)</td></tr><tr><td width="15%" rowspan="3">五根配电线进入五根和以上m根配电线进入类似计算表中按m=5计算</td><td width="19%" rowspan="3"><img border="0" src="/img/article/a200302/image010.gif" width="164" height="161"></td><td width="22%">第一类防雷建筑物200 kA</td> <td width="17%">iv=200*50%/m=20kA</td><td width="19%">Iimp=25kA(ASafe-25)</td></tr><tr><td width="22%">第二类防雷建筑物150 kA</td> <td width="17%">iv=150*10%/m=15kA</td><td width="19%">Iimp=15kA(ASafe-15)</td></tr><tr><td width="22%">第三类防雷建筑物100 kA</td> <td width="17%">iv=100*10%/m=10kA</td><td width="19%">Iimp=15kA(ASafe-15)</td></tr></table>（表中为每线分配的雷电流值，并列出Iimp优选值，可指导建筑物进口处低压配电系统的SPD选型。括号中为对应的ASP 安世杰 ASafe系列 SPD的型号）　<img border="0" src="/img/article/a200302/image012.gif" align="right" width="223" height="202">2）除低压配电电缆以外只有另外一类金属管道进入建筑物的，例如只有金属上下水管道、煤气管道等服务性导电管道进入的建筑（无通信电缆进入）；或者只有通信电缆进入而没有其它服务性导电管道进入的建筑物。50%的雷电流is平均分配到低压配电电缆和另外一类服务性管道上，每一类服务性管缆分配的雷电流为ii=is/2。组成低压配电电缆的每一条电力线路上分配的雷电流iv=ii/m。　　　　<table border="1" width="100%" CEllspacing=0><tr><td width="2%" rowspan="13">仅有一类金属管、缆进入建筑物</td><td width="30%"> 分类配电方式</td><td width="29%">首次直击雷在低压配电线路上每线的分配</td><td width="27%">第I类试验 10/350us优选值</td></tr><tr><td width="30%" rowspan="3">两根配电线进入举例: 单相两线单相三线（PE线不分流）</td><td width="29%">iv =200*25%/2=25kA</td><td width="27%">Iimp=25kA(ASafe-25)</td> </tr><tr><td width="29%">iv=150*25%/2=18.8kA</td><td width="27%">Iimp=20,25kA(ASafe-25)</td> </tr><tr><td width="29%">iv=100*25%/2=12.5kA</td><td width="27%">Iimp=15kA(ASafe-15)</td> </tr><tr><td width="30%" rowspan="3">三根配电线进入举例：IT</td><td width="29%">iv=200*25%/3=16.7kA</td><td width="27%">Iimp=20,25kA(ASafe-25)</td> </tr><tr><td width="29%">iv=150*25%/3=12.5kA</td><td width="27%">Iimp=15kA(ASafe-15)</td> </tr><tr><td width="29%">iv=100*25%/3=8.3kA</td><td width="27%">Iimp=15kA(ASafe-15)</td> </tr><tr><td width="30%" rowspan="3">四根配电线进入举例：TN-CTN-C-S（PE线不分流）</td><td width="29%">iv=200*25%/4=12.7kA</td><td width="27%">Iimp=15kA(ASafe-15)</td> </tr><tr><td width="29%">iv=150*25%/4=9.5kA</td><td width="27%">Iimp=15kA(ASafe-15)</td> </tr><tr><td width="29%">iv=100*25%/4=6.3kA</td><td width="27%">Iimp=15kA(ASafe-15)</td> </tr><tr><td width="30%" rowspan="3">五根配电线进入五根和以上m根配电线进入类似计算表中按m=5计算</td><td width="29%">iv=200*25%/m=10kA</td><td width="27%">Iimp=15kA(ASafe-15)</td> </tr><tr><td width="29%">iv=150*25%/m =7.5kA</td> <td width="27%">Iimp=15kA(ASafe-15)</td> </tr><tr><td width="29%">iv=100*25%/m =5kA</td> <td width="27%">Iimp=15kA(ASafe-15)</td> </tr></table>（表中为每线分配的雷电流值，并列出Iimp优选值，根据IEC的规定，每一相线对PE不小于12.5KA，因此Iimp的优选值最小设定为15KA。优选的Iimp值可以指导建筑物进口处低压配电系统的SPD选型。括号中为对应的ASP 安世杰 ASafe系列 SPD的型号）　<img border="0" src="/img/article/a200302/image014.gif" align="right" width="264" height="231">3)所有种类的服务性导电管缆（电缆、通信电缆、和其他金属管道）进入建筑物，例如金属的上下水管道、金属煤气管道、通信电缆等等进入的建筑。此时按地线分配50%计算，其余50%平均3分到电缆、通信电缆、其他金属管道上。（请见右图，详细图解略, 参照1）小节按照3分原则计算。） 对低压配电系统的电缆雷电流的分配 ii=is/3,而每线分配iv=ii/m。 　　　　　<table border="1" width="100%" CEllspacing=0><tr><td width="2%" rowspan="13">仅有一类金属管、缆进入建筑物</td><td width="30%"> 分类配电方式</td><td width="29%">首次直击雷在低压配电线路上每线的分配</td><td width="27%">第I类试验 10/350us优选值</td></tr><tr><td width="30%" rowspan="3">两根配电线进入举例: 单相两线单相三线（PE线不分流）</td><td width="29%">iv =200*16.7%/2=16.7kA</td><td width="27%">Iimp=20,25kA(ASafe-25)</td> </tr><tr><td width="29%">iv=150*16.7%/2=12.5kA</td><td width="27%">Iimp=15kA(ASafe-15)</td> </tr><tr><td width="29%">iv=100*16.7%/2=8.3kA</td><td width="27%">Iimp=15kA(ASafe-15)</td> </tr><tr><td width="30%" rowspan="3">三根配电线进入举例：IT</td><td width="29%">iv=200*16.7%/3=11.1kA</td><td width="27%">Iimp=15kA(ASafe-15)</td> </tr><tr><td width="29%">iv=150*16.7%/3=8.3kA</td><td width="27%">Iimp=15kA(ASafe-15)</td> </tr><tr><td width="29%">iv=100*16.7%/3=5.6kA</td><td width="27%">Iimp=15kA(ASafe-15)</td> </tr><tr><td width="30%" rowspan="3">四根配电线进入举例：TN-CTN-C-S（PE线不分流）</td><td width="29%">iv=200*16.7%/4=8.3kA</td><td width="27%">Iimp=15kA(ASafe-15)</td> </tr><tr><td width="29%">iv=150*16.7%/4=6.3kA</td><td width="27%">Iimp=15kA(ASafe-15)</td> </tr><tr><td width="29%">iv=100*16.7%/4=4.2kA</td><td width="27%">Iimp=15kA(ASafe-15)</td> </tr><tr><td width="30%" rowspan="3">五根配电线进入五根和以上m根配电线进入类似计算表中按m=5计算</td><td width="29%">iv=200*16.7%/m=6.7kA</td><td width="27%">Iimp=15kA(ASafe-15)</td> </tr><tr><td width="29%">iv=150*16.7%/m =5kA</td> <td width="27%">Iimp=15kA(ASafe-15)</td> </tr><tr><td width="29%">iv=100*16.7%/m =3.3kA</td> <td width="27%">Iimp=15kA(ASafe-15)</td> </tr></table>（表中为每线分配的雷电流值，并列出Iimp优选值，根据IEC的规定，每一相线对PE不小于12.5KA，因此Iimp的优选值最小设定为15KA。优选的Iimp值可以指导建筑物进口处低压配电系统的SPD选型。括号中为对应的ASP 安世杰 ASafe系列 SPD的型号） 考虑沿各种设施引入建筑物的雷电流，应采用较大值。另外，当建筑物的综合地网接地不良时，在服务管缆包括配电线路上回分配更大的雷电流。因此推荐的优选值也较计算出的结果大。 关于3分原则：低压配电电力电缆为一类服务性导电管缆，采用导电介质的通信电缆为一类服务性导电管缆、而上下水管道、煤气管道等金属导电管道为另一类服务性导电管缆。雷电流is 1/3平分到每一类管缆上，一类管缆中线的数量m不影响ii=1/3*is 的分配结果。只有服务性管缆的种类会影响到ii的分配结果。 <img border="0" src="/img/article/a200302/image016.gif" align="right" width="264" height="231">二、低压配电线路铠装屏蔽进入建筑物的情况 我们可以将铠装屏蔽的低压配电线路的铠装屏蔽层分配供配电线路的70%的雷电流，其余30%平均分配到每条芯线，同样的可以分为以下几种情形： 1）当没有其他金属管缆进入建筑物时，直击雷在低压配电线路上的分配情况同上面（一）描述的第1）种情况类同。即： 　　　<table border="1" width="100%" CEllspacing=0><tr><td width="2%" rowspan="13">仅有一类金属管、缆进入建筑物</td><td width="30%"> 分类配电方式</td><td width="29%">首次直击雷在低压配电线路上每线的分配</td><td width="27%">第I类试验 10/350us优选值</td></tr><tr><td width="30%" rowspan="3">两根配电线进入举例: 单相两线单相三线（PE线不分流）</td><td width="29%">iv=200*30%*50%/2=15kA</td><td width="27%">Iimp=15kA(ASafe-15)</td> </tr><tr><td width="29%">iv=150*30%*50%/2=11.3kA</td><td width="27%">Iimp=15kA(ASafe-15)</td> </tr><tr><td width="29%">iv=100*30%*50%/2=7.5kA</td><td width="27%">Iimp=15kA(ASafe-15)</td> </tr><tr><td width="30%" rowspan="3">三根配电线进入举例：IT</td><td width="29%">iv=200*30%*50%/3=10.2kA</td><td width="27%">Iimp=15kA(ASafe-15)</td> </tr><tr><td width="29%">iv=150*30%*50%/3=7.7kA</td><td width="27%">Iimp=15kA(ASafe-15)</td> </tr><tr><td width="29%">iv=100*30%*50%/3=5.1kA</td><td width="27%">Iimp=15kA(ASafe-15)</td> </tr><tr><td width="30%" rowspan="3">四根配电线进入举例：TN-CTN-C-S（PE线不分流）</td><td width="29%">iv=200*30%*50%/4=7.5kA</td><td width="27%">Iimp=15kA(ASafe-15)</td> </tr><tr><td width="29%">iv=150*30%*50%/4=5.6kA</td><td width="27%">Iimp=15kA(ASafe-15)</td> </tr><tr><td width="29%">iv=100*30%*50%/4=3.8kA</td><td width="27%">Iimp=15kA(ASafe-15)</td> </tr><tr><td width="30%" rowspan="3">五根配电线进入五根和以上m根配电线进入类似计算表中按m=5计算</td><td width="29%">iv=200*30%*50%/m=6kA</td><td width="27%">Iimp=15kA(ASafe-15)</td> </tr><tr><td width="29%">iv=150*30%*50%/m=4.5kA</td><td width="27%">Iimp=15kA(ASafe-15)</td> </tr><tr><td width="29%">iv=100*30%*50%/m=3kA</td><td width="27%">Iimp=15kA(ASafe-15)</td> </tr></table>（根据IEC的规定，每一相线对PE不小于12.5kA，因此Iimp的优选值最小设定为15kA。表中iv为每线分配的雷电流值，并列出Iimp优选值，优选的Iimp值可以指导建筑物进口处低压配电系统的SPD选型。括号中为对应的ASP 安世杰 ASafe系列 SPD的型号）　目前IEC关于芯线和铠装屏蔽的分配比例标准正在修订中，芯线的分配比例可能会调整到更大至70%，因此结果会大于上述的计算值甚至达到上述计算值的2.33倍即从7kA-35kA。 2）当有N条其他金属管缆进入建筑物时。可以参照上面一、3）的计算方式予以计算。在此就不做赘述。 <div align="right"><table border="0" width="100%" CEllspacing=0><tr><td width="40%">结论： 在有各种服务性管缆进入建筑物时，按照电源/通信/其他管道的类别分军分配雷电流，然后分别按照电源配电电缆的数量，通信电缆的数量、其他服务性导电管道的数量平均分配。大家不难通过简单的计算得出iv的数值，然后按照IEC每一相线对地不小于12.5kA的要求得出优选的Iimp值，从而选定SPD。 通过上述图示计算和IEC的规定，我们可以做一个简单的结论： 对于第一类防雷建筑物 应采用第I类试验的开关型SPD，Iimp优选值Iimp=15 kA,25kA,50kA （10/350us） 对于第二类防雷建筑物 应采用第I类试验的开关型SPD，Iimp优选值Iimp=15kA,25kA,35kA （10/350us） 对于第三类防雷建筑物 应采用第I类试验的开关型SPD，Iimp优选值Iimp=15kA,25kA （10/350us） <td><table border="1" width="100%" CEllspacing=0><tr><td colspan=5 bgcolor="#99ccFF">常见防雷建筑Iimp和选用SPD 速查表 <tr><td colspan=5>只有低压配电电缆进入建筑物<tr><td bgcolor="#E0E0E0">防雷分类<td bgcolor="#E0E0E0">单相<td bgcolor="#E0E0E0">SPD选型<td bgcolor="#E0E0E0">3相<td bgcolor="#E0E0E0">SPD选型<tr><td bgcolor="#E0E0E0">一类<td>50kA<td bgcolor="#CCFFFF">ASafe-50<td>25kA<td bgcolor="#CCFFFF">ASafe-25<tr><td bgcolor="#E0E0E0">二类<td>37.5kA<td bgcolor="#CCFFFF">ASafe-35<td>18.8kA<td bgcolor="#CCFFFF">ASafe-25<tr><td bgcolor="#E0E0E0">三类<td>25kA<td bgcolor="#CCFFFF">ASafe-25<td>12.5kA<td bgcolor="#CCFFFF">ASafe-15<tr><td colspan=5>有低压配电电缆和通信电缆等另外一类进入建筑物<tr><td bgcolor="#E0E0E0">防雷分类<td bgcolor="#E0E0E0">单相<td bgcolor="#E0E0E0">SPD选型<td bgcolor="#E0E0E0">3相<td bgcolor="#E0E0E0">SPD选型<tr><td bgcolor="#E0E0E0">一类<td>25kA<td bgcolor="#CCFFFF">ASafe-25<td>12.5kA<td bgcolor="#CCFFFF">ASafe-15<tr><td bgcolor="#E0E0E0">二类<td>18.8kA<td bgcolor="#CCFFFF">ASafe-25<td>9.4kA<td bgcolor="#CCFFFF">ASafe-15<tr><td bgcolor="#E0E0E0">三类<td>12.5kA<td bgcolor="#CCFFFF">ASafe-15<td>6.3kA<td bgcolor="#CCFFFF">ASafe-15<tr><td colspan=5>有低压配电电缆和其他两类服务性导电管缆进入建筑物<tr><td bgcolor="#E0E0E0">防雷分类<td bgcolor="#E0E0E0">单相<td bgcolor="#E0E0E0">SPD选型<td bgcolor="#E0E0E0">3相<td bgcolor="#E0E0E0">SPD选型<tr><td bgcolor="#E0E0E0">一类<td>16.7kA<td bgcolor="#CCFFFF">ASafe-25<td>8.3kA<td bgcolor="#CCFFFF">ASafe-15<tr><td bgcolor="#E0E0E0">二类<td>12.5kA<td bgcolor="#CCFFFF">ASafe-15<td>6.3kA<td bgcolor="#CCFFFF">ASafe-15<tr><td bgcolor="#E0E0E0">三类<td>8.3kA<td bgcolor="#CCFFFF">ASafe-15<td>4.2kA<td bgcolor="#CCFFFF">ASafe-15</table></table></div> 参考文献： ［1］GB50057－94《建筑物防雷设计规范》（2000年版） ［2］ IEC60364－534 《建筑物的电器设施电器设备的选择与安装过电压保护器件》 ［3］ GB18802.1-2002/IEC61643－1:1998 《低压配电系统的电涌保护器（SPD）第一部分：性能要求和试验方法》 ［4］QX10－2002 《电涌保护器第一部分：性能要求和试验方法》 ［5］林维勇《关于建筑物内防雷击电磁脉冲的若干问题》