低壓開關設備組件（防雷）電涌保護解決方案

電氣圈

2021年8月11日 11:57

供電系統的電涌保護

2015年9月，安裝標準IEC 60364-4-44和IEC 60364-5-53的發布使得電涌保護裝置（SPD）的使用變成強制要求。這一要求不再僅僅適用于商業和工業設施，而且對住宅和公寓也具有普適性。一般來說，電涌保護裝置要安裝在設施的進線處（在進入建筑物的入口附近）。比如，主配電板（MDB）/低壓主配電。在MDB/低壓總配電中，必須有一個SPD來防止共模干擾（有源線對地）。為了防止雷擊電流和開關過電壓，具有外部雷擊保護的建筑也必須有雷電流電涌保護器。考慮到放電能力、短路承受能力和電流熄滅能力，在主配電板（MDB）/低壓主配電中應當使用復合型1級 SPD作為雷電流電涌保護器。

表1：PVC絕緣導線的截面積取決于額定放電電流、雷擊電流和主電源電流相關的最大5s的l2t值。

在這里，我們只需區分自帶集成熔斷器的SPD（圖1）和需要外部后備保護熔斷器的SPD（圖2）。在使用后備保護熔斷器時，在達到SPD的 Iimp（10/350 μs）或In（8/20 μs）之前，所應用的過電流保護裝置不能跳閘。gG熔斷器的時間電流特性被用作過電流保護裝置的參考值。如果SPD的上游有一個斷路器，其特性必須與最大允許的gG保險絲的特性進行比較（表1）。由于系統的實際承受的電壓水平也與由連接線和外部過流保護裝置上的電壓降有關，因此帶有集成保險絲的SPD具有優勢，因為其保護水平（Up）已經考慮了保險絲上的電壓降（圖3）。

圖1： DEHNvenCl作為復合型電涌保護器(最高≤1.5KV) 帶集成SPD保險絲保護。

低壓開關設備組件（防雷）電涌保護解決方案的圖3 圖2：DEHNbloc 模塊作為一個協調型電涌保護器(最高≤2.5KV)，帶外部SPD熔斷器保護。

低壓開關設備組件（防雷）電涌保護解決方案的圖4 圖3：DEHNvenCl作為復合型電涌保護器，帶有集成的熔斷器保護。

如果主配電板（MDB）/低壓主配電中的SPD不能達到所需的電壓水平，則需要在下游配電板中增加2級和3級SPD。這些SPD必須是相互能量協調的（圖4）。如果SPD和需要保護的電氣設備（如后續的配電板、終端設備）之間的電纜長于10米，需要采取額外的保護措施。 SPD的保護等級Up不應超過相關電氣設備的額定沖擊耐受電壓等級的80%。其原因是在連接線上（最長為0.5米）產生的電壓降（U=L?di/dt）（有源導體到SPD，再從SPD那里到PE/PEN導體）（圖5）。不過，從SPD到主/接地母線的等電位連接導體。如果選擇了與SPD電壓保護水平無關的連接方式，即串聯連接（圖6），或者如圖3所示，使用帶有集成后備保險絲的SPD裝置時，就不需要考慮這個問題。

圖4：電涌保護器的能量配合。

圖5：總長度小于0.5米時，沖擊耐受電壓按照80%計算，仍能保護設備。

圖6：主配電板上的DEHNventil，其雙端子之間的負載電流為125A。

由于相關橫截面積（16-50 mm²）的圓形導線的電感量約為 1 μH/m，假設脈沖電流為 10kA 8/20 μs，電壓降約為 1 kV/m。這意味著在一個額定脈沖耐壓為4kV的主配電板上，可以連接一個DEHNventil（Up=1.5kV），其電纜長度約為1米（圖7）。當計算高于或低于 25 kA 8/20 μs 的值時，電纜長度應線性減少或增加（表 2）。這里需要注意的是，1級電涌保護器的保護水平，不能用于額定沖擊耐受電壓較低的電氣設備時，必須增加保護水平較低的SPD來保證（圖8）。

圖7：通過使用DEHNventil，使其有可能使用長于0.5米的導線。

表2：不同脈沖電流負載的連接電纜的電壓降電流負載。

圖8：主配電板SPD的連接線小于0.5米，以符合出線板的過電壓要求。

如果當地條件不允許實現這些要求，用戶有以下可能性來解決這個問題。

幾個可能性：

選擇一個保護等級較低的SPD。表2在選擇和安排方面提供了幫助。所述的數值是根據IEC 60364-5-53規定的8/20 μs的脈沖電流值，用公式U=L?di/dt進行插值（表2）。
選擇帶有集后備熔斷器的SPD，或在需要保護的設備上安裝第二個協調的SPD。
采用串聯連接。
額外的局部等電位連接，例如通過開關設備的金屬外殼（圖9）。