5.4.1 室外進(jìn)、出電子信息系統(tǒng)機(jī)房的電源線路不宜采用架空線路。
5.4.2 電子信息系統(tǒng)設(shè)備由TN交流配電系統(tǒng)供電時(shí)，從建筑物內(nèi)總配電柜(箱)開始引出的配電線路必須采用TN-S系統(tǒng)的接地形式。
5.4.3 電源線路浪涌保護(hù)器的選擇應(yīng)符合下列規(guī)定：
1 配電系統(tǒng)中設(shè)備的耐沖擊電壓額定值Uw可按表5.4.3-1規(guī)定選用。
表5.4.3-1 220V／380V三相配電系統(tǒng)中各種設(shè)備耐沖擊電壓額定值Uw
2 浪涌保護(hù)器的最大持續(xù)工作電壓Uc不應(yīng)低于表5.4.3-2規(guī)定的值。
表5.4.3-2 浪涌保護(hù)器的最小Uc值
注：1 標(biāo)有*的值是故障下最壞的情況，所以不需計(jì)及15％的允許誤差；
2 U0是低壓系統(tǒng)相線對(duì)中性線的標(biāo)稱電壓，即相電壓220V；
3 此表適用于符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《低壓電涌保護(hù)器(SPD)第1部分：低壓配電系統(tǒng)的電涌保護(hù)器 性能要求和試驗(yàn)方法》GB 18802．1的浪涌保護(hù)器產(chǎn)品。
3 進(jìn)入建筑物的交流供電線路，在線路的總配電箱等LPZ0A或LPZ0B與LPZ1區(qū)交界處，應(yīng)設(shè)置Ⅰ類試驗(yàn)的浪涌保護(hù)器或Ⅱ類試驗(yàn)的浪涌保護(hù)器作為第一級(jí)保護(hù)；在配電線路分配電箱、電子設(shè)備機(jī)房配電箱等后續(xù)防護(hù)區(qū)交界處，可設(shè)置Ⅱ類或Ⅲ類試驗(yàn)的浪涌保護(hù)器作為后級(jí)保護(hù)；特殊重要的電子信息設(shè)備電源端口可安裝Ⅱ類或Ⅲ類試驗(yàn)的浪涌保護(hù)器作為精細(xì)保護(hù)(圖5.4.3-1)。使用直流電源的信息設(shè)備，視其工作電壓要求，宜安裝適配的直流電源線路浪涌保護(hù)器。
4 浪涌保護(hù)器設(shè)置級(jí)數(shù)應(yīng)綜合考慮保護(hù)距離、浪涌保護(hù)器連接導(dǎo)線長(zhǎng)度、被保護(hù)設(shè)備耐沖擊電壓額定值Uw等因素。各級(jí)浪涌保護(hù)器應(yīng)能承受在安裝點(diǎn)上預(yù)計(jì)的放電電流，其有效保護(hù)水平Up／f應(yīng)小于相應(yīng)類別設(shè)備的Uw。
5 LPZ0和LPZ1界面處每條電源線路的浪涌保護(hù)器的沖擊電流Iimp，當(dāng)采用非屏蔽線纜時(shí)按公式(5.4.3-1)估算確定；當(dāng)采用屏蔽線纜時(shí)按公式(5.4.3-2)估算確定；當(dāng)無(wú)法計(jì)算確定時(shí)應(yīng)取Iimp大于或等于12.5kA。
式中：I——雷電流，按本規(guī)范附錄C確定(kA)；
n1——埋地金屬管、電源及信號(hào)線纜的總數(shù)目；
n2——架空金屬管、電源及信號(hào)線纜的總數(shù)目；
m——每一線纜內(nèi)導(dǎo)線的總數(shù)目；
Rs——屏蔽層每千米的電阻(Ω／km)；
Rc——芯線每千米的電阻(Ω／km)。
6 當(dāng)電壓開關(guān)型浪涌保護(hù)器至限壓型浪涌保護(hù)器之間的線路長(zhǎng)度小于10m、限壓型浪涌保護(hù)器之間的線路長(zhǎng)度小于5m時(shí)，在兩級(jí)浪涌保護(hù)器之間應(yīng)加裝退耦裝置。當(dāng)浪涌保護(hù)器具有能量自動(dòng)配合功能時(shí)，浪涌保護(hù)器之間的線路長(zhǎng)度不受限制。浪涌保護(hù)器應(yīng)有過(guò)電流保護(hù)裝置和劣化顯示功能。
圖5.4.3-1 TN-S系統(tǒng)的配電線路浪涌保護(hù)器安裝位置示意圖
—空氣斷路器；
—浪涌保護(hù)器；
—退耦器件；
—等電位接地端子板；
1—總等電位接地端子板；2—樓層等電位接地端子板；3、4—局部等電位接地端子板
7 按本規(guī)范第4.2節(jié)或4.3節(jié)確定雷電防護(hù)等級(jí)時(shí)，用于電源線路的浪涌保護(hù)器的沖擊電流和標(biāo)稱放電電流參數(shù)推薦值宜符合表5.4.3-3規(guī)定。
表5.4.3-3 電源線路浪涌保護(hù)器沖擊電流和標(biāo)稱放電電流參數(shù)推薦值
注：SPD分級(jí)應(yīng)根據(jù)保護(hù)距離、SPD連接導(dǎo)線長(zhǎng)度、被保護(hù)設(shè)備耐沖擊電壓額定值Uw等因素確定。
8 電源線路浪涌保護(hù)器在各個(gè)位置安裝時(shí)，浪涌保護(hù)器的連接導(dǎo)線應(yīng)短直，其總長(zhǎng)度不宜大于0.5m。有效保護(hù)水平Up／f應(yīng)小于設(shè)備耐沖擊電壓額定值Uw(圖5.4.3-2)。
9 電源線路浪涌保護(hù)器安裝位置與被保護(hù)設(shè)備間的線路長(zhǎng)度大于10m且有效保護(hù)水平大于Uw／2時(shí)，應(yīng)按公式(5.4.3-3)和公式(5.4.3-4)估算振蕩保護(hù)距離Lpo；當(dāng)建筑物位于多雷區(qū)或強(qiáng)雷區(qū)且沒有線路屏蔽措施時(shí)，應(yīng)按公式(5.4.3-5)和公式(5.4.3-6)估算感應(yīng)保護(hù)距離Lpi。
式中： Uw——設(shè)備耐沖擊電壓額定值；
Up／f——有效保護(hù)水平，即連接導(dǎo)線的感應(yīng)電壓降與浪涌保護(hù)器的Up之和；
Ks1、Ks2、Ks3——本規(guī)范附錄B第B.5.14條中給出的因子。
圖5.4.3-2 相線與等電位連接帶之間的電壓
10 入戶處第一級(jí)電源浪涌保護(hù)器與被保護(hù)設(shè)備間的線路長(zhǎng)度大于Lpo或Lpi值時(shí)，應(yīng)在配電線路的分配電箱處或在被保護(hù)設(shè)備處增設(shè)浪涌保護(hù)器。當(dāng)分配電箱處電源浪涌保護(hù)器與被保護(hù)設(shè)備間的線路長(zhǎng)度大于Lpo或Lpi值時(shí)，應(yīng)在被保護(hù)設(shè)備處增設(shè)浪涌保護(hù)器。被保護(hù)的電子信息設(shè)備處增設(shè)浪涌保護(hù)器時(shí)，Up應(yīng)小于設(shè)備耐沖擊電壓額定值Uw，宜留有20％裕量。在一條線路上設(shè)置多級(jí)浪涌保護(hù)器時(shí)應(yīng)考慮他們之間的能量協(xié)調(diào)配合。
5.4.4 信號(hào)線路浪涌保護(hù)器的選擇應(yīng)符合下列規(guī)定：
1 電子信息系統(tǒng)信號(hào)線路浪涌保護(hù)器應(yīng)根據(jù)線路的工作頻率、傳輸速率、傳輸帶寬、工作電壓、接口形式和特性阻抗等參數(shù)，選擇插入損耗小、分布電容小、并與縱向平衡、近端串?dāng)_指標(biāo)適配的浪涌保護(hù)器。Uc應(yīng)大于線路上的最大工作電壓1.2倍，Up應(yīng)低于被保護(hù)設(shè)備的耐沖擊電壓額定值Uw。
2 電子信息系統(tǒng)信號(hào)線路浪涌保護(hù)器宜設(shè)置在雷電防護(hù)區(qū)界面處(圖5.4.4)。根據(jù)雷電過(guò)電壓、過(guò)電流幅值和設(shè)備端口耐沖擊電壓額定值，可設(shè)單級(jí)浪涌保護(hù)器，也可設(shè)能量配合的多級(jí)浪涌保護(hù)器。
圖5.4.4 信號(hào)線路浪涌保護(hù)器的設(shè)置
(d)-雷電防護(hù)區(qū)邊界的等電位連接端子板；(m、n、o)-符合Ⅰ、Ⅱ或Ⅲ類試驗(yàn)要求的電源浪涌保護(hù)器；(f)-信號(hào)接口；(p)-接地線；(g)-電源接口；LPZ-雷電防護(hù)區(qū)；(h)-信號(hào)線路或網(wǎng)絡(luò)；Ipc-部分雷電流；(j、k、l)-不同防雷區(qū)邊界的信號(hào)線路浪涌保護(hù)器；IB-直擊雷電流
3 信號(hào)線路浪涌保護(hù)器的參數(shù)宜符合表5.4.4的規(guī)定。
表5.4.4 信號(hào)線路浪涌保護(hù)器的參數(shù)推薦值
注：1 SPD(j、k、l)見本規(guī)范圖5.4.4；
2 浪涌范圍為最小的耐受要求，可能設(shè)備本身具備LPZ2／3欄標(biāo)注的耐受能力；
3 B2、C1、C2、D1等是本規(guī)范附錄E規(guī)定的信號(hào)線路浪涌保護(hù)器沖擊試驗(yàn)類型。
5.4.5 天饋線路浪涌保護(hù)器的選擇應(yīng)符合下列規(guī)定：
1 天線應(yīng)置于直擊雷防護(hù)區(qū)(LPZ0B)內(nèi)。
2 應(yīng)根據(jù)被保護(hù)設(shè)備的工作頻率、平均輸出功率、連接器形式及特性阻抗等參數(shù)選用插入損耗小，電壓駐波比小，適配的天饋線路浪涌保護(hù)器。
3 天饋線路浪涌保護(hù)器應(yīng)安裝在收／發(fā)通信設(shè)備的射頻出、入端口處。其參數(shù)應(yīng)符合表5.4.5規(guī)定。
表5.4.5 天饋線路浪涌保護(hù)器的主要技術(shù)參數(shù)推薦表
4 具有多副天線的天饋傳輸系統(tǒng)，每副天線應(yīng)安裝適配的天饋線路浪涌保護(hù)器。當(dāng)天饋傳輸系統(tǒng)采用波導(dǎo)管傳輸時(shí)，波導(dǎo)管的金屬外壁應(yīng)與天線架、波導(dǎo)管支撐架及天線反射器電氣連通，其接地端應(yīng)就近接在等電位接地端子板上。
5 天饋線路浪涌保護(hù)器接地端應(yīng)采用能承載預(yù)期雷電流的多股絕緣銅導(dǎo)線連接到LPZ0A或LPZ0B與LPZ1邊界處的等電位接地端子板上，導(dǎo)線截面積不應(yīng)小于6mm2。同軸電纜的前、后端及進(jìn)機(jī)房前應(yīng)將金屬屏蔽層就近接地。
條文說(shuō)明
5.4 浪涌保護(hù)器的選擇
5.4.2 根據(jù)《低壓電氣裝置 第4-44部分：安全防護(hù) 電壓騷擾和電磁騷擾防護(hù)》GB／T 16895．10-2010／IEC 60364-4-44：2007第444.4.3.1條“裝有或可能裝有大量信息技術(shù)設(shè)備的現(xiàn)有的建筑物內(nèi)，建議不宜采用TN-C系統(tǒng)。裝有或可能裝有大量信息技術(shù)設(shè)備的新建的建筑物內(nèi)不應(yīng)采用TN-C系統(tǒng)。”第444.4.3．2條“由公共低壓電網(wǎng)供電且裝有或可能裝有大量信息技術(shù)設(shè)備的現(xiàn)有建筑物內(nèi)，在裝置的電源進(jìn)線點(diǎn)之后宜采用TN-S系統(tǒng)。在新建的建筑物內(nèi)，在裝置的電源進(jìn)線點(diǎn)之后應(yīng)采用TN-S系統(tǒng)。”
在TN-S系統(tǒng)中中性線電流僅在專用的中性導(dǎo)體(N)中流動(dòng)，而在TN-C系統(tǒng)中，中性線電流將通過(guò)信號(hào)電纜中的屏蔽或參考地導(dǎo)體、外露可導(dǎo)電部分和裝置外可導(dǎo)電部分(例如建筑物的金屬構(gòu)件)流動(dòng)。
對(duì)于敏感電子信息系統(tǒng)的每棟建筑物，因TN-C系統(tǒng)在全系統(tǒng)內(nèi)N線和PE線是合一的，存在不安全因素，一般不宜采用。當(dāng)220／380V低壓交流電源為TN-C系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)在入戶總配電箱處將N線重復(fù)接地一次，在總配電箱之后采用TN-S系統(tǒng)，N線不能再次接地，以避免工頻50Hz基波及其諧波的干擾。設(shè)置有UPS電源時(shí)，在負(fù)荷側(cè)起點(diǎn)將中性點(diǎn)或中性線做一次接地，其后就不能接地了。
5.4.3 電源線路SPD的選擇應(yīng)符合下列規(guī)定：
1款：表5.4.3-1是根據(jù)《低壓電氣裝置 第4-44部分：安全防護(hù) 電壓騷擾和電磁騷擾防護(hù)》GB／T 16895．10-2010／IEC 60364-4-44：2007第443.4節(jié)表44.B編制的。
2款：表5.4.3-2參考《建筑物電氣裝置 第5-53部分：電氣設(shè)備的選擇和安裝 隔離、開關(guān)和控制設(shè)備 第534節(jié)：過(guò)電壓保護(hù)電器》GB 16895．22-2004(idt IEC 60364-5-53：2001 A1：2002)表53C。表中系數(shù)增加0.05是考慮到浪涌保護(hù)器的老化，并與其他標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)統(tǒng)一。
3、4款：圖5.4.3-1為TN-S系統(tǒng)配電線路浪涌保護(hù)器分級(jí)設(shè)置位置與接地的示意圖，SPD的選擇與安裝由工程具體要求確定。當(dāng)總配電箱靠近電源變壓器時(shí)，該處N對(duì)PE的SPD可不設(shè)置。
SPD的選擇和安裝是個(gè)比較復(fù)雜的問題。它與當(dāng)?shù)乩缀Τ潭?、雷擊點(diǎn)的遠(yuǎn)近、低壓和高壓(中壓)電源線路的接地系統(tǒng)類型、電源變電所的接地方式、線纜的屏蔽和長(zhǎng)度情況等都有關(guān)聯(lián)。
在可能出現(xiàn)雷電沖擊過(guò)電壓的建筑物電氣系統(tǒng)內(nèi)，在LPZ0A或LPZ0B與LPZ1區(qū)交界處，其電源線路進(jìn)線的總配電箱內(nèi)應(yīng)設(shè)置第一級(jí)SPD。用于泄放雷電流并將雷電沖擊過(guò)電壓降低，其電壓保護(hù)水平UP應(yīng)不大于2.5kV。如果建筑物裝有防直擊雷裝置而易遭受直接雷擊，或近旁具有易落雷的條件，此級(jí)SPD應(yīng)是通過(guò)10／350μs波形的最大沖擊電流Iimp(Ⅰ類)試驗(yàn)的SPD。根據(jù)我國(guó)有些工程多年來(lái)在設(shè)計(jì)中選擇和安裝了Ⅱ類試驗(yàn)的SPD也能提供較好保護(hù)的實(shí)際情況，本規(guī)范作出了選擇性的規(guī)定：也可選擇Ⅱ類試驗(yàn)的SPD作第一級(jí)保護(hù)。SPD應(yīng)能承受在總配電箱位置上可能出現(xiàn)的放電電流。因此，應(yīng)按本條第5款的公式(5.4.3-1)或公式(5.4.3-2)估算確定，當(dāng)無(wú)法計(jì)算確定時(shí)，可按本條第7款表5.4.3-3沖擊電流推薦值選擇。如果這一級(jí)SPD未能將電壓保護(hù)水平UP限制在2．5kV以下，則需在下級(jí)分配電箱處設(shè)置第二級(jí)SPD來(lái)進(jìn)一步降低沖擊電壓。此級(jí)SPD應(yīng)為通過(guò)8／20μs波形標(biāo)稱放電電流In(Ⅱ類)試驗(yàn)的SPD，并能將電壓保護(hù)水平UP限制在約2kV。在電子信息系統(tǒng)設(shè)備機(jī)房配電箱內(nèi)或在其電源插座內(nèi)設(shè)置第三級(jí)SPD。這級(jí)SPD應(yīng)為通過(guò)8／20μs波形標(biāo)稱放電電流In試驗(yàn)或復(fù)合波Ⅲ類試驗(yàn)的SPD。它的保護(hù)水平UP應(yīng)低于電子信息設(shè)備能承受的沖擊電壓的水平，或不大于1.2kV。
在建筑物電源進(jìn)線入口的總配電箱內(nèi)必須設(shè)置第一級(jí)SPD。如果保護(hù)水平UP不大于2.5kV，其后的線纜采取了良好的屏蔽措施，這種情況，可只需在電子信息設(shè)備機(jī)房配電箱內(nèi)設(shè)置第二級(jí)SPD。
通常是在電源線路進(jìn)入建筑物的入口(LPZ1邊界)總配電箱內(nèi)安裝SPD1；要確定內(nèi)部被保護(hù)系統(tǒng)的沖擊耐受電壓Uw，選擇SPD1的保護(hù)水平UP1，使有效保護(hù)水平up／f≤Uw，根據(jù)本條9款規(guī)定檢查或估算振蕩保護(hù)距離Lp0／1和感應(yīng)保護(hù)距離Lpi／1。若滿足UP／f≤Uw，而且SPD1與被保護(hù)設(shè)備間線路長(zhǎng)度小于Lp0／1和Lpi／1，則SPD1有效地保護(hù)了設(shè)備。否則，應(yīng)設(shè)置SPD2。在靠近被保護(hù)設(shè)備(LPZ2邊界)的分配電箱內(nèi)設(shè)置SPD2；選擇SPD2的保護(hù)水平Up2，使有效保護(hù)水平Up／f≤Uw，檢查或估算振蕩保護(hù)距離Lp0／2和感應(yīng)保護(hù)距離Lpi／2。若滿足有效保護(hù)水平Up／f≤Uw，而且SPD2與被保護(hù)設(shè)備間線路長(zhǎng)度小于Lp0／2和Lpi／2，則SPD2有效地保護(hù)了設(shè)備。否則，應(yīng)在靠近被保護(hù)設(shè)備處(機(jī)房配電箱內(nèi)或插座)設(shè)置SPD3。該SPD應(yīng)與SPD1和SPD2能量協(xié)調(diào)配合。
5款：公式(5.4.3-1)與公式(5.4.3-2)是根據(jù)GB／T 21714．1-2008附錄E中(E.4)、(E.5)、(E.6)三個(gè)公式編寫的。當(dāng)無(wú)法確定時(shí)應(yīng)取Iimp等于或大于12.5kA是根據(jù)GB 16895．22-2004的規(guī)定。
6款：對(duì)于開關(guān)型SPD1至限壓型SPD2之間的線距應(yīng)大于10m和SPD2至限壓型SPD3之間的線距應(yīng)大于5m的規(guī)定，其目的主要是在電源線路中安裝了多級(jí)電源SPD，由于各級(jí)SPD的標(biāo)稱導(dǎo)通電壓和標(biāo)稱導(dǎo)通電流不同、安裝方式及接線長(zhǎng)短的差異，在設(shè)計(jì)和安裝時(shí)如果能量配合不當(dāng)，將會(huì)出現(xiàn)某級(jí)SPD不動(dòng)作的盲點(diǎn)問題。為了保證雷電高電壓脈沖沿電源線路侵入時(shí)，各級(jí)SPD都能分級(jí)啟動(dòng)泄流，避免多級(jí)SPD間出現(xiàn)盲點(diǎn)，兩級(jí)SPD間必須有一定的線距長(zhǎng)度(即一定的感抗或加裝退耦元件)來(lái)滿足避免盲點(diǎn)的要求。同時(shí)規(guī)定，末級(jí)電源SPD的保護(hù)水平必須低于被保護(hù)設(shè)備對(duì)浪涌電壓的耐受能力。各級(jí)電源SPD能量配合最終目的是，將威脅設(shè)備安全的電壓電流浪涌值減低到被保護(hù)設(shè)備能耐受的安全范圍內(nèi)，而各級(jí)電源SPD泄放的浪涌電流不超過(guò)自身的標(biāo)稱放電電流。
7款：按本規(guī)范第4.2節(jié)或第4.3節(jié)確定電源線路雷電浪涌防護(hù)等級(jí)時(shí)，用于建筑物入口處(總配電箱點(diǎn))的浪涌保護(hù)器的沖擊電流Iimp，按本條第5款公式(5.4.3-1)或公式(5.4.3-2)估算確定。當(dāng)無(wú)法確定時(shí)根據(jù)GB 16895．22-2004的規(guī)定Iimp值應(yīng)大于或等于12.5kA。所以表5.4.3-3中在LPZ0與LPZ1邊界的總配電箱處，C、D等級(jí)的Iimp參數(shù)推薦值為12.5kA。12.5kA這個(gè)Iimp值是IEC標(biāo)準(zhǔn)推薦的最小值，本規(guī)范考慮到我國(guó)幅員遼闊，夏天的雷擊災(zāi)害多，在雷電防護(hù)等級(jí)較高的電子信息系統(tǒng)設(shè)置的電源線路浪涌保護(hù)器能承受的沖擊電流Iimp應(yīng)適當(dāng)有所提高，所以A級(jí)的Iimp參數(shù)推薦值為20kA；B級(jí)Iimp推薦值為15kA。
鑒于我國(guó)有些工程中，在建筑物入口處的總配電箱處選用安裝Ⅱ類試驗(yàn)(波形8／20μs)的限壓型浪涌保護(hù)器。所以本規(guī)范推薦在LPZ0與LPZ1邊界的總配電箱也可選用經(jīng)Ⅱ類試驗(yàn)(波形8／20μs)的浪涌保護(hù)器：A級(jí)In≥80kA、B級(jí)In≥60kA、C級(jí)In≥50kA、D級(jí)In≥50kA。這些推薦值是征求國(guó)內(nèi)各方面意見得來(lái)的。
為了提高電子信息系統(tǒng)的電源線路浪涌保護(hù)可靠性，應(yīng)保證局部雷電流大部分在LPZ0與LPZ1的交界處轉(zhuǎn)移到接地裝置。同時(shí)限制各種途徑入侵的雷電浪涌，限制沿進(jìn)線侵入的雷電波、地電位反擊、雷電感應(yīng)。建筑物中的浪涌保護(hù)通常是多級(jí)配置，以防雷區(qū)為層次，每級(jí)SPD的通流容量足以承受在其位置上的雷電浪涌電流，且對(duì)雷電能量逐級(jí)減弱；SPD電壓保護(hù)水平也要逐級(jí)降低，最終使過(guò)電壓限制在設(shè)備耐沖擊電壓額定值以下。
表5.4.3-3中分配電箱、設(shè)備機(jī)房配電箱處及電子信息系統(tǒng)設(shè)備電源端口的浪涌保護(hù)器的推薦值是根據(jù)電源系統(tǒng)多級(jí)SPD的能量協(xié)調(diào)配合原則和多年來(lái)工程的實(shí)踐總結(jié)確定的。
8款：雷電電磁脈沖(LEMP)是敏感電子設(shè)備遭受雷害的主要原因。LEMP通過(guò)傳導(dǎo)、感應(yīng)、輻射等方式從不同的渠道侵入建筑物的內(nèi)部，致使電子設(shè)備受損。其中，電源線是LEMP入侵最主要的渠道之一。安裝電源SPD是防御LEMP從配電線這條渠道入侵的重要措施。正確安裝的SPD能把雷電電磁脈沖拒于建筑物或設(shè)備之外，使電子設(shè)備免受其害。不正確安裝的SPD不僅不能防御入侵的LEMP，連SPD自身也難免受損。
其實(shí)，SPD作用只有兩個(gè)： (1)泄流。把入侵的雷電流分流入地，讓雷電的大部分能量泄入大地，使LEMP無(wú)法達(dá)到或僅極少部分到達(dá)電子設(shè)備；(2)限壓。在雷電過(guò)電壓通過(guò)電源線入戶時(shí)，在SPD兩端保持一定的電壓(殘壓)，而這個(gè)限壓又是電子設(shè)備所能接受的。這兩個(gè)功能是同時(shí)獲得的，即在分流過(guò)程中達(dá)到限壓，使電子設(shè)備受到保護(hù)。
目前，防雷工程中電源SPD的設(shè)計(jì)和施工不規(guī)范的主要問題有兩個(gè)：一是SPD接線過(guò)長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)外防雷標(biāo)準(zhǔn)凡涉及電源浪涌保護(hù)器(SPD)的安裝時(shí)都強(qiáng)調(diào)接線要短直，其總長(zhǎng)度不超過(guò)0.5m，但大多情況接線長(zhǎng)度都超過(guò)1m，甚至有長(zhǎng)達(dá)(4～5)m的；二是多級(jí)SPD安裝時(shí)的能量配合不當(dāng)。對(duì)這兩個(gè)問題的忽視導(dǎo)致有些建筑物內(nèi)部雖安裝了SPD仍出現(xiàn)其內(nèi)的電子設(shè)備遭雷擊損壞的現(xiàn)象。
圖5.4.3-2：當(dāng)SPD與被保護(hù)設(shè)備連接時(shí)，最終有效保護(hù)水平Up／f應(yīng)考慮連接導(dǎo)線的感應(yīng)電壓降△U。SPD最終的有效電壓保護(hù)水平Up／f為：
式中：△U——SPD兩端連接導(dǎo)線的感應(yīng)電壓降。
式中：L——為兩段導(dǎo)線的電感量(μH)；
——為流入SPD雷電流陡度。
當(dāng)SPD流過(guò)部分雷電流時(shí)，可假定△U＝1kV／m，或者考慮20％的裕量。
當(dāng)SPD僅流過(guò)感應(yīng)電流時(shí)，則△U可以忽略。
也可改進(jìn)SPD的電路連接，采用凱文接線法見圖11：
9款：SPD在工作時(shí)，SPD安裝位置處的線對(duì)地電壓限制在Up。若SPD和被保護(hù)設(shè)備間的線路太長(zhǎng)，浪涌的傳播將會(huì)產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象，設(shè)備端產(chǎn)生的振蕩電壓值會(huì)增至2Up，即使選擇了Up≤Uw，振蕩仍能引起被保護(hù)設(shè)備失效。
圖11 凱文接線法
保護(hù)距離Lpo是SPD和設(shè)備間線路的最大長(zhǎng)度，在此限度內(nèi)，SPD有效保護(hù)了設(shè)備。若線路長(zhǎng)度小于10m或者Up／f＜Uw／2時(shí)，保護(hù)距離可以不考慮。若線路長(zhǎng)度大于10m且Up／f＞Uw／2時(shí)，保護(hù)距離可以由公式估算：
式中：k＝25(V／m)。
公式引自《雷電防護(hù) 第4部分：建筑物內(nèi)電氣和電子系統(tǒng)》GB／T 21714．4-2008(IEC 62305-4：2006，IDT)第D.2.3條。
當(dāng)建筑物或附近建筑物地面遭受雷擊時(shí)，會(huì)在SPD與被保護(hù)設(shè)備構(gòu)成的回路內(nèi)感應(yīng)出過(guò)電壓，它加于Up上降低了SPD的保護(hù)效果。感應(yīng)過(guò)電壓隨線路長(zhǎng)度、保護(hù)地PE與相線的距離、電源線與信號(hào)線間的回路面積的尺寸增加而增大，隨空間屏蔽、線路屏蔽效率的提高而減小。
保護(hù)距離Lpi是SPD與被保護(hù)設(shè)備間最大線路長(zhǎng)度，在此距離內(nèi)，SPD對(duì)被保護(hù)設(shè)備的保護(hù)才是有效的，因此應(yīng)考慮感應(yīng)保護(hù)距離Lpi。當(dāng)雷電產(chǎn)生的磁場(chǎng)極強(qiáng)時(shí)，應(yīng)減小SPD與設(shè)備間的距離。也可采取措施減小磁場(chǎng)強(qiáng)度，如建筑物(LPZ1)或房間(LPZ2等后續(xù)防護(hù)區(qū)域)采用空間屏蔽，使用屏蔽電纜或電纜管道對(duì)線路進(jìn)行屏蔽等。
當(dāng)采用了上述屏蔽措施后，可以不考慮感應(yīng)保護(hù)距離Lpi。
當(dāng)SPD與被保護(hù)設(shè)備間的線路長(zhǎng)、線路未屏蔽、回路面積大時(shí)，應(yīng)考慮感應(yīng)保護(hù)距離Lpi，Lpi用下列公式估算：
式中：h＝30000×Ks1×Ks2×Ks3(V／m)。
公式引自《雷電防護(hù) 第4部分：建筑物內(nèi)電氣和電子系統(tǒng)》GB／T 21714．4-2008(IEC 62305-4：2006 IDT)第D.2.4條。
IEC 62305-4第二版修訂草案(FDIS版)附錄C中不再計(jì)算振蕩保護(hù)距離和感應(yīng)保護(hù)距離，而是對(duì)Up／f作出以下規(guī)定：
1 SPD和設(shè)備間的電路長(zhǎng)度可忽略不計(jì)時(shí)(如SPD安裝在設(shè)備端口)，Up／f≤Uw。
2 SPD和設(shè)備間的電路長(zhǎng)度不大于10米時(shí)(如SPD安裝在二級(jí)配電箱或插座處)，Up／f≤0.8Uw。當(dāng)內(nèi)部系統(tǒng)故障會(huì)導(dǎo)致人身傷害或公共服務(wù)損失時(shí)，應(yīng)考慮振蕩導(dǎo)致的兩倍電壓并要求滿足Up／f≤Uw／2。
3 SPD和設(shè)備間的電路長(zhǎng)度大于10m時(shí)(如SPD安裝在建筑物入口處或某些情況下二級(jí)配電箱處)：
式中：Uw——被保護(hù)設(shè)備的絕緣耐沖擊電壓額定值(kV)；
Ui——雷擊建筑物上或附近時(shí)，SPD與被保護(hù)設(shè)備間線路回路的感應(yīng)過(guò)電壓(kV)。
鑒于IEC 62305-4第二版在本規(guī)范修訂完成時(shí)尚未成為正式標(biāo)準(zhǔn)，本規(guī)范仍采用已等同采納為國(guó)標(biāo)的IEC 62305-4：2006中的有關(guān)計(jì)算方法。
10款：在一條線路上，級(jí)聯(lián)選擇和安裝兩個(gè)以上的浪涌保護(hù)器(SPD)時(shí)，應(yīng)當(dāng)達(dá)到多級(jí)電源SPD的能量協(xié)調(diào)配合。
雷電電磁脈沖(LEMP)和操作過(guò)電壓會(huì)危及敏感的電子信息系統(tǒng)。除了采取第5章其他措施外，為了避免雷電和操作引起的浪涌通過(guò)配電線路損害電子設(shè)備，按IEC防雷分區(qū)的觀點(diǎn)，通常在配電線穿越防雷區(qū)域(LPZ)界面處安裝浪涌保護(hù)器(SPD)。如果線路穿越多個(gè)防雷區(qū)域，宜在每個(gè)區(qū)域界面處安裝一個(gè)電源SPD(圖12)。這些SPD除了注意接線方式外，還應(yīng)該對(duì)它們進(jìn)行精心選擇并使之能量配合，以便按照各SPD的能量耐受能力分?jǐn)偫纂娏?，把雷電流?dǎo)引入地，使雷電威脅值減少到受保護(hù)設(shè)備的抗擾度之下，達(dá)到保護(hù)電子系統(tǒng)的效果。這就是多級(jí)電源SPD的能量配合。
—浪涌防護(hù)器（例如Ⅱ類測(cè)試的SPD）；
—去耦元件或電纜長(zhǎng)度。
圖12 低壓配電線路穿越兩個(gè)防雷區(qū)域時(shí)在邊界安裝SPD示例
有效的能量配合應(yīng)考慮各SPD的特性、安裝地點(diǎn)的雷電威脅值以及受保護(hù)設(shè)備的特性。SPD和設(shè)備的特性可從產(chǎn)品說(shuō)明書中獲得。雷電威脅值主要考慮直接雷擊中的首次短雷擊。后續(xù)短時(shí)雷擊陡度雖大，但其幅值、單位能量和電荷量均較首次短雷擊小。而長(zhǎng)雷擊只是SPDⅠ類測(cè)試電流的一個(gè)附加負(fù)荷因素，在SPD的能量配合過(guò)程中可以不予考慮。因此，只要SPD系統(tǒng)能防御直接雷擊中的首次短雷擊，其他形式的雷擊將不至于構(gòu)成威脅。
1 配合的目的
電源SPD能量配合的目的是利用SPD的泄流和限壓作用，把出現(xiàn)在配電線路上的雷電、操作等浪涌電流安全地引導(dǎo)入地，使電子信息系統(tǒng)獲得保護(hù)。只要對(duì)于所有的浪涌過(guò)電壓和過(guò)電流，SPD保護(hù)系統(tǒng)中任何一個(gè)SPD所耗散的能量不超出各自的耐受能力，就實(shí)現(xiàn)了能量配合。
2 能量配合的方法
SPD之間可以采用下列方法之一進(jìn)行配合：
1)伏安特性配合
這種方法基于SPD的靜態(tài)伏安特性，適用于限壓型SPD的配合。該法對(duì)電流波形不是特別敏感，也不需要去耦元件，線路上的分布阻抗本身就有一定的去耦作用。
2)使用專門的去耦元件配合
為了達(dá)到配合的目的，可以使用具有足夠的浪涌耐受能力的集中元件作去耦元件(其中，電阻元件主要用于信息系統(tǒng)中，而電感元件主要用于電源系統(tǒng)中)。如果采用電感去耦，電流陡度是決定性的參數(shù)。電感值和電流陡度越大越易實(shí)現(xiàn)能量配合。
3)用觸發(fā)型的SPD配合
觸發(fā)型的SPD可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)SPD的配合。觸發(fā)型SPD的電子觸發(fā)電路應(yīng)當(dāng)保證被配合的后續(xù)SPD的能量耐受能力不會(huì)被超出。這個(gè)方法也不需要去耦元件。
3 SPD配合的基本模型和原理
SPD配合的基本模型見圖13。圖中以兩級(jí)SPD為例說(shuō)明SPD配合的原理。配電系統(tǒng)中兩級(jí)SPD的兩種配合方式介紹如下：
●兩個(gè)限壓型SPD的配合；
●開關(guān)型SPD和限壓型SPD的配合。
這兩種配合共同的特點(diǎn)是：
圖13 SPD能量配合電路模型
1)前級(jí)SPD1的泄流能力應(yīng)比后級(jí)SPD2的大得多，即通流量大得多(比如SPD1應(yīng)泄去80％以上的雷電流)；
2)去耦元件可采用集中元件，也可利用兩級(jí)SPD之間連接導(dǎo)線的分布電感(該分布電感的值應(yīng)足夠大)；
3)最后一級(jí)SPD的限壓應(yīng)小于被保護(hù)設(shè)備的耐受電壓。
這兩種配合不同的特點(diǎn)是：
1)兩個(gè)限壓型SPD的伏安特性都是連續(xù)的(例如MOV或抑制二極管)。當(dāng)兩個(gè)限壓型SPD標(biāo)稱導(dǎo)通電壓(Un)相同且能量配合正確時(shí)，由于線路自身電感或串聯(lián)去耦元件LDE的阻流作用，輸入的浪涌上升達(dá)到SPD1啟動(dòng)電壓并使之導(dǎo)通時(shí)，SPD2不可能同時(shí)導(dǎo)通。只有當(dāng)浪涌電壓繼續(xù)上升，流過(guò)SPD1的電流增大，使SPD1的殘壓上升，SPD2兩端電壓隨之上升達(dá)到SPD2的啟動(dòng)電壓時(shí)，SPD2才導(dǎo)通。只要通過(guò)各SPD的浪涌能量都不超過(guò)各自的耐受能力，就實(shí)現(xiàn)了能量配合。
2)開關(guān)型SPD1和限壓型SPD2配合時(shí)，SPD1的伏安特性不連續(xù)(例如火花間隙(SG)、氣體放電管(GDT)，半導(dǎo)體閘流管、可控硅整流器、三端雙向可控硅開關(guān)元件等)，后續(xù)SPD2的伏安特性連續(xù)。圖14說(shuō)明了這兩種SPD能量配合的基本原則。當(dāng)浪涌輸入時(shí)，由于SPD1(SG)的觸發(fā)電壓較高，SPD2將首先達(dá)到啟動(dòng)電壓而導(dǎo)通。隨著浪涌電壓繼續(xù)上升，流過(guò)SPD2的電流增大，使SPD2的兩端電壓u2(殘壓)上升，當(dāng)SPD1的兩端電壓u1(等于SPD2兩端的殘壓u2與去耦元件兩端動(dòng)態(tài)壓降uDE之和)超過(guò)SG的動(dòng)態(tài)火花放電電壓uSPARK，即u1=u2+uDE≥USPARK時(shí)，SG就會(huì)點(diǎn)火導(dǎo)通。只要通過(guò)SPD2的浪涌電流能量未超出其耐受能力之前SG觸發(fā)導(dǎo)通，就實(shí)現(xiàn)了能量配合。否則，沒實(shí)現(xiàn)能量配合。這一切取決于MOV的特性和入侵的浪涌電流的陡度、幅度和去耦元件的大小。此外，這種配合還通過(guò)SPD1的開關(guān)特性，縮短10／350μs的初始沖擊電流的半值時(shí)間，大大減小了后續(xù)SPD的負(fù)荷。值得注意的是，SPD1點(diǎn)火導(dǎo)通之前，SPD2將承受全部雷電流。
圖14 SG和MOV的能量配合原理
4 去耦元件的選擇
如果電源SPD系統(tǒng)采用線路的分布電感進(jìn)行能量配合，其電感大小與線路布設(shè)和長(zhǎng)度有關(guān)。線路單位長(zhǎng)度分布電感可以用下述方法近似估算：兩根導(dǎo)線(相線和地線)在同一個(gè)電纜中，電感大約為0.5到1μH／m(取決于導(dǎo)線的截面積)；兩根分開的導(dǎo)線，應(yīng)當(dāng)假定單位長(zhǎng)度導(dǎo)線有更大的電感值(取決于兩根導(dǎo)線之間的距離)，則去耦電感為單位長(zhǎng)度分布電感與長(zhǎng)度的積。因此，為了配合，必須有最小線路長(zhǎng)度要求。如不滿足要求就須加去耦元件(電感或電阻)。
5.4.4 2款：是根據(jù)《低壓電涌保護(hù)器 第22部分：電信和信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的電涌保護(hù)器(SPD)選擇和使用導(dǎo)則》GB／T 18802．22-2008(IEC 61643-22：2004，IDT)標(biāo)準(zhǔn)的第7.3.1條第1款編寫的，圖5.4.4是根據(jù)GB／T 18802．22-2008圖3編寫的。
3款：表5.4.4是根據(jù)《低壓電涌保護(hù)器 第22部分：電信和信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的電涌保護(hù)器(SPD)選擇和使用導(dǎo)則》GB／T 18802．22-2008標(biāo)準(zhǔn)的第7.3.1條第2款表3編寫的。
住宅設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50096
電動(dòng)汽車充電站設(shè)計(jì)規(guī)
