低压供电系统防雷技术的实用指南

雷电或大容量电气设备的操作在供电系统内外部会产生浪涌电压，其对供电系统和用电设备的影响已成为人们关注的焦点。低压供电系统的外部浪涌主要来自雷击放电，雷电由一次或若干次单独的闪电组成，每次闪电都携带若干幅值很高、持续时间很短的电流。一个典型的雷电放电将包括二次或三次的闪电，每次闪电之间大约相隔0.05s的时间。大多数闪电电流在10～100kA的范围之间，其持续时间一般小于100μs。

供电系统的内部浪涌主要来自供电系统中大容量设备、变频设备和非线性用电设备的使用。供电系统的内外部浪涌，即便是很窄的过电压冲击，也会造成设备的电源部分或全部电子设备损坏。

1.配电系统防雷器的配置

（1）TN-C-S系统防雷器配置

TN-C-S系统是TN-C和TN-S两种系统的组合，第一部分是TN-C系统，第二部分是TN-S系统，分界面在N线与PE线的连接点。该系统一般用在建筑物有区域变电所供电的场所，进户线之前采用TN-C系统，进户处作重复接地，进户后变成TS-S系统。

根据《低压配电设计规范》有关条文，建筑电气设计当选用TN系统时应作等电位联结，消除自建筑外沿PEN线或PE线窜入的危险故障电压，同时减少保护电器动作不可靠带来的危险及有利于消除外界电磁场引起的干扰，改善装置的电磁兼容性能。

TN-C-S系统的N线、PE线是从变压器低压侧就合为一条PEN线，此位置只需在相线与PEN线之间加装防雷器。在进入建筑物总配电屏后，PEN线分N线和PE线两条进行独立布线，PEN线接于建筑物内总等电位接地母排并入地。因此进入配电屏以后，N线对PE线就需要安装防雷器，如图4-10所示。可选用ZYSPD40K385B/3、ZYSPD20K385C/4型防雷器。

图4-10 TN-C-S系统防雷器配置图

（2）TN-S系统防雷器的配置

在TN-S系统中，PE线与N线在变压器低压侧出线端相连并与大地连接。在后面的供电电路中，PE线与N线分开布放，因此在选用和安装防雷器时需要分别在相线与PE线、N线和PE线之间进行保护，如图4-11所示。可选用ZYSPD40K385B/4、ZYSPD20K385C/4型防雷器。

图4-11 TN-S系统防雷器配置图

（3）TT系统防雷器的配置

在TT系统中，N线只在变压器的中性点接地，它与设备的保护接地是严格分开的，因此在选用防雷器时需要在相线与N线，N线与地线之间进行保护，如图4-12所示。可选用ZYSPD40K385B/3+NPE、ZYSPD20K385C/3+NPE型防雷器。

图4-12 TT系统防雷器配置图

2.供电系统组合浪涌保护

电源部分防护属于现代防雷技术内部防护的范畴。对引入建筑物的电力线路和建筑物内的配电系统应进行过电压防护，应根据防护的具体情况分级设置过电压保护装置。它是用分流（限幅）技术，即采用高吸收能量的分流设备将雷电过电压（脉冲）能量分流泄入大地，达到保护目的。所以，分流（限幅）技术中采用防护器的品质、性能的好坏直接关系到整体防护系统的性能。因此，选择适合被保护设备特性的浪涌防护器（SPD）至关重要。

对于低压供电系统，浪涌引起的瞬态过电压保护应采用分级保护的方式来完成。从供电系统的入口（比如大厦的总配电房）开始逐步进行浪涌能量的吸收，对瞬态过电压进行分级防护，如图4-13所示。(www.xing528.com)

图4-13 组合式电源避雷器电路图

（1）第一级保护

入户电力变压器低压侧安装的电源SPD作为第一级保护时，应为三相电压开关型电源SPD，其雷电通流量不应低于60kA；且应是连接在用户供电系统入口进线各相和大地之间的大容量电源SPD。一般要求该级电源保护器具备100kA/相以上的最大冲击容量，要求的限制电压应小于1500V，也称为CLASSⅠ级电源SPD。这些电源SPD是专为承受直击雷电、电磁感应雷击的大电流和高能量浪涌能量吸收而设计的，可将大量的浪涌电流分流到大地。它仅提供限制电压（冲击电流流过电源SPD时，线路上出现的最大电压成为限制电压）为中等级别的保护，因为CLASSⅠ级的保护器主要是对大浪涌电流的吸收。仅靠它是不能完全保护供电系统内部的敏感用电设备。

在IEC 61312-3-2000中指出：一个具有不连续伏安特性的组件（开关型SPD，例如放电间隙）后续的SPD为具有连续伏安特性的组件（限压型SPD）的特点是第一个SPD的开关作用，使原来的电流脉冲（10/350μs）的半值时间减小，从而大大减小了后续SPD的载荷量。所以能量配合还可以大大提高限压型SPD的寿命。

第一级电源避雷器可防范10/350μs、100kA的雷电波，达到IEC规定的最高防护标准。其技术参数为

①雷电通流量≥100kA（10/350μs）。

②残压峰值≤2.5kV。

③响应时间≤100ns。

（2）第二级保护

分配电柜线路输出端电源SPD作为第二级保护时，应为限压型电源SPD，应该是安装在向重要或敏感用电设备供电的分路配电设备处的电源SPD。这些电源SPD对于通过了用户供电入口浪涌放电器的剩余浪涌能量进行更完善的吸收，对于瞬态过电压具有极好的抑制作用。该处使用的电源SPD要求的最大冲击容量为45kA/相以上，要求的限制电压应小于1200V，又称为CLASSⅡ级电源SPD。一般的用户供电系统做到第二级保护就可以达到用电设备运行的要求了（参见UL1449-C2的有关条款）。

第二级电源避雷器采用C类保护器进行相-中、相-地、中-地的全模式保护。其技术参数为

①雷电通流量≥40kA（8/20μs）。

②残压峰值≤1000V。

③响应时间≤25ns。

（3）第三级保护

在电子信息设备交流电源进线端安装电源SPD作为第三级保护时，应为串接式限压型电源SPD，其雷电通流量不应低于10kA。

最后的防线可在用电设备内部电源部分使用一个内置式的电源SPD，以达到完全消除微小的瞬态过电压的目的。该处使用的电源SPD要求的最大冲击容量为20kA/相或更低一些，要求的限制电压应小于1000V。对于一些特别重要或特别敏感的电子设备，具备第三级的保护是必要的。同时也可以保护用电设备免受系统内部产生的瞬态过电压影响。