低压电源防雷器在住宅楼中如何配置
文章出处：作者：河南卓美防雷公司|郑州防雷检测工程施工|重庆避雷针避雷器发表时间：2018-08-06 11:57:52
| 低压电源防雷器在住宅楼中如何配置 建筑中大量涌入较贵重的家用电器，个人电脑也逐渐在家庭中普及。由于家用电器耐冲击电压水平低于低压配电装置(见附表)，加强住宅建筑低压电源防雷措施是很现实的事情。 230/400V三相系统各种设备耐冲击过电压额定值设备的位置 电源处的设备 配电线路和最后分支线路的设备 用电设备 特殊需要保护的设备耐冲击过电压类别 Ⅳ类 Ⅲ类 Ⅱ类 Ⅰ类耐冲南电压额定值（KV） 6 4 2.5 1.5 注：Ⅰ类──需要将瞬态过电压限制到特定水平的设备； Ⅱ类──如家电用电器、手提工具和类似负荷； Ⅲ类──如配电盘、断路器、布线系统（包括电缆、母线、分线盒、开关、插座），应用于工业的设备和一些其他设备（例如永久接至固定装置的固定安装的电动机）； Ⅳ类──如电气计量仪表、一次线过流保护设备、波纹控制设备。 众所熟知，雷电能产生直击雷害和感应雷害。感应雷害又有静电感应与电磁感应之分。统计数字表明，雷电电压通过金属线引导到其他地方和室内造成的“高电位引入”危害，占雷害的绝大部分。设计工作者对该危害需给予足够重视。 高电位引入的高电压源有三种。第一种是直击雷，直击金属导线上，高压雷电以波的形式沿导线向两端传播进入室内；第二种是来自感应雷的高压脉冲，即由于雷云之间放电或雷云对地放电所形成的静电感应及电磁感应，通过场耦合到各种电线中，产生几仟伏乃至几十仟伏以上的感应高电位，也以波的形式传入户内；第三种是直击雷在建筑物和建筑物附近入地，或建筑物防雷装置采用共同接地，其接地极上泄放雷电流，都会在接地极上因电阻耦合发生数拾仟伏乃至上百仟伏的高电位，该电位通过电力系统的PE线或弱电系统的地线，也以波的形式传入室内设备外壳(此刻设备芯线呈低电位)，形成过电压危害，这类情况往往被忽视。 直击雷击中室外线路，击中点的电位相当高，可能达数百万数仟万伏，但是冲击波每经过一根电杆，杆上瓷瓶将对地闪络放电，降落为磁瓶的闪络电压30～40仟伏。设波阻抗为300～600欧，则终端入地电流约80A左右，若雷击点距建筑物入户处很近也会到10KA以上。至于感应雷引起的高压源，实际电压及电流决不会超过直击雷高压源的数值。共用接地装置上雷电流电阻耦合的高电位是多少呢?设接地装置上泄放20KA雷电流，接地电阻4欧，也有80仟伏之高。无论强弱电设备均无法承受(注一)。这一点在GB50057－94防雷规范条文说明第3.2.3条已有论述。降低接地电阻也无能为力，所以“电子计算机机房设计规范”GB50174－93第6、4、3条不规定共用接地电阻小于1欧姆的要求，而改为服从于交流、直流、安全、防雷共同接地中最小值要求。 防止雷电波入侵危害的措施通常有下列方法： (1)室外线路全线埋地敷设； (2)采用电缆段进线方式供电； (3)进出建筑物的架空线路，进出户处加装放电间隙和避雷器等。 (4)建筑物防直击雷同各种电气系统共用接地装置时总进户装置处加避雷器。 第一种方法：防止高电位引入效果最佳，只要将电缆金属外皮、钢管等在进出建筑物处同电气设备的接地极相连就可以了。这种方式几乎不存在高电位引入的威胁。应该注意的是，建筑物防直击雷接地极同电气接地极共同泄放建筑物直击雷电流时，会出现接地极上雷电流经电阻耦合的高电位引入情况，这就需要在进户处总配电装置上装设一组避雷器，将高电位钳制在安全值即可解决。 第二种方法：当进出建筑物采用铠装电缆段或无铠装电缆段穿钢管，距进户处15米之外转换为架空线路时，不仅在电缆进出户处要将装电缆外皮及保护钢管与电气设备接地极联接，在转换处应装设低压配电线路适用的避雷器，还要将避雷器、电缆金属外皮、绝缘子铁脚、金具连在一起接地，冲击接地电阻不大于30欧。建筑物防直击雷接地极若同电气接地极共用，同样要在总配电装置上加装避雷器，以防止电阻耦合的高电位引入。电缆外导体对内导体有静电屏蔽作用，电缆的外导体同内导体形成电容很容易将芯线上高频性质的感应电荷泄放入地，可一定程度限制较低的感应雷电波侵入；采用电缆段进出线限制高位电引入是利用“电磁封锁”原理，将侵入的高电压限制在允许范围内。 图中二为负载阻抗，Rd为电缆外导体电阻。当雷电波UO到达电缆首端，避雷器P击穿，电缆内外导体等电位连通，雷电流I1，经R1入地，另一部分I2经电缆外导体流通。雷电波属高频性质，集肤效应致使I2仅在外导体流通，外导体上雷电流在内导体上的感应反电势抑制了电缆芯线的雷电流通过。若外导体电阻Rd为10毫欧级数值，I2为万安级数值，由I2＆#8226;Rd可知能把高电位引入U2限制在百分比之几以内。采用电缆段进出线方法限制高电位侵入，一定要注意电缆外皮防雷目的的接地不要同电气设备接地分别接地。这时U2≈12＆#8226;R2因R2大于Rd，U2将大于图一的U2。 第三种方法：对低压架空进出线者，应在进出线处装设避雷器并与瓷瓶铁脚、金具连在一起接到电气设备的接地的装置上。当多回路进出线时，可仅在母线或总配电箱处装设一组避雷器或其他方式的过电压保护器，但瓷瓶铁脚、金具等接到接地装置上。这种架空进线引入的高电位最高，进出线处瓷瓶铁脚、金具接地仅可把高电位钳制在400KV水平，仅对保护人身安全是可靠的，必须再装避雷器进一步把高电位继续钳制在电气设备可承受的限制内。是两级曳放雷电波能量。对保护耐压较低的家电产品而言，有必要在分配电箱处设第二级避雷器，逐级泄放雷电能量，逐步降低所钳制的过电压限值。GB50057－94防雷规范条文说明第3.1.1条讲，信息系统装置附近的供电是否设过电压保护器，应由信息线路设计者，设备制造厂解决。所以，强电设计人员目前执行GB50057－94，仅解决了电源进线部分的过电压保护，已泄放掉大部分雷电波能量。但是为在末级配电箱装二级细保护功能的避雷器打下了基础。例如：用户要对电脑电源实施过电压保护，只要在电脑电源处装一组电脑专用电源避雷器就可以了。 正因为目前只做到住宅楼进线处粗保护，所以当选用避雷器件时，要选用冲击残压不大于1.3KV，响应时间短，通流容量当8/20US时大于30KA的产品，有利于覆盖大多数家用电器电源安全保护范围，可一定程度地减少家用电遭雷电波侵入危害而造成的损失。 结束语：从GB50057－94防雷规范条文说明第3.2.4条来看，着重倾向于低压电气装置不因高电位引入而损坏绝缘，当前建筑物防雷普遍推广了防直击雷接地同电气接地共同接地装置的措施，所以目前将GB50057－94防雷规范条文中3.2.4条第八款用于属于三类防雷等经的住宅中，以解决共用接地装置上雷电流电阻耦合产生的高电位引入是有必要的，以将保护范围扩大到家用电器电源保护。 配电系统的防雷与接地 雷电的危害，大家是有目共睹的。然而，近几年随着电网的改造，特别是城网改造和变电所自动化系统的建设，大家可能对这些设备的防雷接地保护还是认识不足，以致造成了多起雷害事故，造成自动化系统的瘫痪和一些电网设备事故，损失是比较严重的。因此，我们有必要探讨一下供、配电系统的防雷接地问题，为设计和施工人员提供一定的帮助。 1 电力线路的防雷与接地 1.1 输电线路的防雷与接地 输电线路的防雷，应根据线路的电压等级、负荷性质和系统运行方式，并结合当地地区雷电活动的强弱、地形地貌特点及土壤电阻率高低等情况，通过技术经济比较，采用合理的防雷方式。 (1)35kV线路不宜全线架设避雷线，一般在变电所的进线段架设1～2km的避雷线，同时在雷电活动强烈的地段架设避雷线，或者安装线路金属氧化物避雷器。 (2)110kV线路应全线架设避雷线，山区应采用双避雷线；但在年平均雷暴日数不超过15日或运行经验证明雷电活动轻微的地区，可不架设避雷线。 (3)220kV线路应全线架设避雷线，同时应采用双避雷线。 对于架设避雷线的线路，应注意杆塔上避雷线对边导线的保护角，一般采用20°～30°保护角，同时做好杆塔的接地。根据土壤电阻率的不同，杆塔的工频接地电阻，不宜大于表1所列数值。 表1 杆塔的接地电阻 地壤电阻率(Ω＆#8226;m)100及以下100以上至500以上至1000 工频接地电阻(Ω)101520 对于35kV线路装设的金属氧化物避雷器的技术参数，一般应满足以下条件： ①持续运行电压(有效值)不小于40.8kV； ②额定电压(有效值)不小于51kV； ③直流1mA参考电压不小于73kV(范围在73～74kV之间)； ④标准放电电流5kA等级下残压(峰值)不大于： 雷电冲击134kV、操作冲击114kV、陡波冲击154kV。 ⑤2000μs方波电流(峰值)200A。 ⑥对绝缘配置，根据线路污秽等级要求确定。 1.2 配电线路的防雷与接地 与输电线路一样，配电线路的防雷也可采用避雷线或者避雷器，对于不同电压等级和不同线路采取的措施也不一样。 (1)10kV裸导线线路。对于10kV裸导线线路，原则上可以采用避雷线进行防雷保护，但由于成本高，施工不方便，目前基本上都不采用避雷线，而是在一些雷电活动频繁的线段安装避雷器，同时按照要求做好杆塔的接地。 (2)10kV绝缘线线路。由于近几年城网改造，北京地区城镇线路基本上都换成了交联聚乙烯架空绝缘线，但其防雷措施与原来的裸导线线路的防雷措施并没有变化，致使发生了数十起雷击绝缘线断线事故。对于架空绝缘线目前可采取以下防雷措施：①安装避雷线，此种方法避雷效果最好，但可行性和难度大，成本高。②提高线路绝缘子耐压水平，将10kV绝缘子换为防雷绝缘子，将大大提高防雷水平。③在多雷区或者按照一定档距安装线路避雷器，减少雷击断线事故。④延长闪烁路径，导致电弧容易熄灭，局部增加绝缘强度，如在导线与绝缘子相连处加强绝缘，以及采用长闪烁路径避雷器等。⑤局部剥离绝缘导线，使之局部成为裸导线，从而电弧能在剥离部分滑动，而不是固定在某一点烧蚀，同时也可为以后施工提供一个挂地线点。 (3)低压配电线路。低压线路应从变压器出口处安装低压避雷器或击穿保险器，同时做好接地，接地装置的接地电阻不应大于4Ω。中性点直接接地的低压电力网中的中性线应在电源点接地。低压配电线路，在干线和分支线终端处应重复接地，每年重复接地装置的接地电阻应不大于10Ω，对于较长的线路，重复接地应不少于3处。特别是为防止雷电波沿低压配电线路侵入用户，对于接户线上的绝缘子铁角应接地，接地电阻应小于30Ω，这一点对于我们进行的一户一表改造工作尤其应引起重视。 1.3 电力电缆线路的防雷与接地 电力电缆由于其本身结构特点和与其他电气设施连接的要求，根据不同电压等级采取不同的防雷方法。对于35kV及以下电压等级的电力电缆，基本上应采取在电缆终端头附近安装避雷器，同时终端头金属屏蔽、铠装必须接地良好。对于110kV及以上的高压电缆，当电缆线路遭受雷电冲击电压作用时，在金属护套的不接地端或交叉互连处会出现过电压，可能会使护层绝缘发生击穿，应采取以下保护方案之一：①电缆金属护套一端互连接地，另一端接保护器。②电缆金属护套交叉互连，保护器Y0接线。③电缆金属护套交叉互连，保护器Y接线或Δ接线。④电缆金属护套一端互连接地加均压线。⑤电缆金属护套一端互连接地加回流线。 电气设备与电子设备的防雷与接地 2.1 变电所设备的防雷与接地 变电所设备的防雷离不开建筑物的防雷，按照最新的国家强制性标准GB50054－95，对建筑物与设备的防雷接地应采用等电位连接，而不是传统上分别做独立的接地网。所谓等电位连接，就是把建筑物本身和其内外各种导电物用导体(电气上)焊接起来，以保证等电位。由于雷电流峰值非常大，流经之处都立即升至很高的电位(相对于大地而言)，因此对于附近尚处在大地电位的电气、电子设备和人产生旁侧闪烁，容易引起设备和人身事故。所以等电位连接是防雷的关键措施这一。 (1)所内建筑物的防雷。 建筑物本身的防雷装置是建筑物内电气设备及系统防雷的第一道屏障，建筑物本身的防雷性能直接影响到内部的电气设备的防雷，因此首先必须重视建筑物本体的防雷。 现代建筑物防雷主要由顶部避雷带、网状接闪器、建筑物的梁、柱、楼板和四周墙体内的主钢筋作引下线，利用地下钢筋混凝土基础作为接地体。在建筑物设计和施工时就要考虑到作为网状接闪器、引下线和接地体的钢筋网络之间的电气连接，使之成为较理想的"法拉第笼"式避雷器。防雷网与建筑物钢筋混凝土相结合，已成为国内外公认的经济可靠的防雷方式，因此在设计、施工时都应预留从各层楼板、梁、柱内钢筋焊出接头，以便与室内外接地线相连。 (2)室外设备的防雷。 为了防止直击雷，室外可根据需要，安装一支或多支避雷针，计算其保护范围，以达到保护室外所有设备要求为原则。同时对于室外架构母线和变压器中性点应加装避雷器保护，室外做一接地网，所有设备的接地引下线都与该接地体焊接，以保证等电位。 为了防止雷击产生过电压，各种设备的绝缘水平应能满足电压对该设备的绝缘要求，我们在设备定货和出厂试验时应严格把关，按照规程要求确保设备绝缘耐压水平，以防雷害击穿。这种防雷结构有很多优点：①可避免"绕击"；②能起"法拉第笼"的屏蔽作用，可大大削弱雷电电磁脉冲的侵入；③因建筑物各层的梁、柱、楼板、墙体的钢筋和金属管线等导电体在电气上已连成一体，做到几乎处处电位相等，从而保证了设备的安全；④"笼"式避雷装置的引下线是由为数众多的钢筋组成，大大分散了雷电流，并削弱了建筑物内信息设备所受到的脉冲电磁场冲击幅值；⑤接地体是分布在地下四周的钢筋混凝土基础，可形成均匀分布的均压网，与大地接触面广，接地电阻低且又稳定。 (3)室内设备的防雷。 室内各种金属屏、柜外皮均应与底座槽钢可靠焊接或用螺栓连接，保证接触良好，同时槽钢应与电缆沟道内的电缆支架用镀锌扁钢焊接起来，形成一个整体，与室外接地网形成一个完整的大接地网。 2.2 计算机、通讯等自动化设备的防雷接地 大楼内计算机等电子设备的第一道保护屏障，由于通讯电台必须通过信号电缆与通讯塔上天线相连，因此对于通讯电缆外皮必须做好接地(多点重复接地)，并与大楼的接地网连接起来形成等电位，同时可以加装避雷器。 对于通讯电台应加串口保护器如SD25－V24／24，其它电子设备的通讯接口都应加装相应的串口保护器，其实就是各种小防雷器(OBO、PHOENIX都有相应接口的保护器)，这里就不再一一列举。对于大楼内的电子设备，最重要的就是将各个独立的接地网连接成一个共用接地系统，其它如分开、独立、专用等接地方案都是不妥的，在工程中也没有实际意义。对于所有大楼内的电气、电子设备，应该逐级采取防雷保护措施，首先做好大楼和电源的防雷接地，然后在机房和各设备端口安装相应的避雷器，才能真正防止雷电波的侵入和反击。 河南华晟防雷公司
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