各類防雷建筑物在不同低壓配電系統(tǒng)下的直擊雷雷電流分配

1、各類防雷建筑物在不同低壓配電系統(tǒng)下的直擊雷雷電流分配和電涌保護(hù)器的優(yōu)選選型摘要 本文主要依據(jù)GB50057-942000版和IEC有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以圖解方式計(jì)算雷擊電流在低壓配電系統(tǒng)中的分配，輔助SPD的設(shè)計(jì)和選型。關(guān)鍵詞直擊雷防雷分類 雷電流分配 優(yōu)選值SPDGB50057-94 2000版已經(jīng)發(fā)行了很長(zhǎng)時(shí)間了，但是仍然不時(shí)可以聽(tīng)到關(guān)于對(duì)GB50057-942000版中的直擊雷電流在接地系統(tǒng)和進(jìn)入建筑物的各種服務(wù)性導(dǎo)電管線的分配問(wèn)題的不同說(shuō)法。本文試圖用圖解的方式對(duì)各類防雷建筑物在不同低壓配電系統(tǒng)下的直擊雷電流分配和電涌保護(hù)進(jìn)行描述。GB50057-94 2000版對(duì)直擊雷在接地系統(tǒng)和進(jìn)入建筑物的

2、各種服務(wù)性導(dǎo)電管線的分配問(wèn)題是這樣描述的：在 LPZ0A 與 LPZ1區(qū)的界面處做等電位連接用的接線夾和電涌保護(hù)器，應(yīng)采用本規(guī)范附錄六的附表6.1附表6.3的雷電流參量估算通過(guò)它們的分流值。當(dāng)無(wú)法估算時(shí)，可按以下方法確定：全部雷電流i 的 50%流入建筑物防雷裝置的接地裝置，其另50%，即is分配于引入建筑物的各種外來(lái)導(dǎo)電物、電力線、通信線等設(shè)施。流入每一設(shè)施的電流ii 等于 is/n，n 為上述設(shè)施的個(gè)數(shù)。流經(jīng)無(wú)屏蔽電纜芯線的電流 iv 等于電流 ii 除以芯線數(shù) m，即 iv =ii/m（見(jiàn)圖6.3.4-1）；對(duì)有屏蔽的電纜，絕大部分的電流將沿屏蔽層流走。尚應(yīng)考慮沿各種設(shè)施引入建筑物的雷電

3、流。應(yīng)采用以上兩值的較大者。在 LPZ0B 與 LPZ1區(qū)的界面處做等電位連接用的線夾和電涌保護(hù)器僅應(yīng)按上述方法考慮雷閃擊中建筑物防雷裝置時(shí)通過(guò)它們的雷電流；可不考慮沿全長(zhǎng)處在LPZ0B 區(qū)的各種設(shè)施引入建筑物的雷電流，其值僅為感應(yīng)電流和小部分雷電流。本文將依據(jù)GB50057-942000版標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容著重通過(guò)圖解計(jì)算的方式對(duì)于不同分類的防雷建筑物和不同的低壓配電方式下，每一條供電線路上分配的雷電流iv的大小，從而指導(dǎo)SPD的選型。分為下面幾類情況進(jìn)行討論。實(shí)際情況千差萬(wàn)別，但均可以依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)去設(shè)計(jì)和施工。一、首先討論低壓配電線路為非鎧裝屏蔽進(jìn)入建筑物的情況，我們又可以分為以下3種：1）除低壓配電電

4、纜以外沒(méi)有其他任何服務(wù)性金屬管、纜進(jìn)入建筑物。50%的雷電流ii=is/1=is,平均分配到組成低壓配電電纜的每一條電力線路上，其值為iv除低壓配電電纜以外，無(wú)其他服務(wù)性金屬管纜或金屬通信線路進(jìn)入分類配電方式直擊雷電流在低壓配電線路上的分配圖解首次雷擊雷電流幅值10/350us 波形首次直擊雷在低壓配電線路上每線的分配第I類試驗(yàn) 10/350us優(yōu)選值兩根配電線進(jìn)入舉例:單相兩線單相三線（PE線不分流）第一類防雷建筑物200kAiv=200*25%=50kAIimp=50kA(ASafe-50)第二類防雷建筑物150 kAiv=150*25%=37.5kAIimp=35,40kA(ASafe-

5、35)第三類防雷建筑物100 kAiv =100*25%=25kAIimp=25kA(ASafe-25)三根配電線進(jìn)入舉例：IT第一類防雷建筑物200 kAiv=200*16.7%=33.3kAIimp=35kA(ASafe-35)第二類防雷建筑物150 kAiv =150*16.7%=25kAIimp=25kA(ASafe-25)第三類防雷建筑物100 kAiv =100*16.7%=16.7kAIimp=20,25kA(ASafe-25)四根配電線進(jìn)入舉例：TN-CTN-C-S（PE線不分流）第一類防雷建筑物200 kAiv=200*12.5%=25kAIimp=25kA(ASafe-25

6、)第二類防雷建筑物150 kAiv=150*12.5%=18.8kAIimp=20,25kA(ASafe-25)第三類防雷建筑物100 kAiv=100*12.5%=12.5kAIimp=15kA(ASafe-15)五根配電線進(jìn)入五根和以上m根配電線進(jìn)入類似計(jì)算表中按m=5計(jì)算第一類防雷建筑物200kAiv=200*50%/m=20kAIimp=25kA(ASafe-25)第二類防雷建筑物150 kAiv=150*10%/m=15kAIimp=15kA(ASafe-15)第三類防雷建筑物100 kAiv=100*10%/m=10kAIimp=15kA(ASafe-15)（表中為每線分配的雷電流

7、值，并列出Iimp優(yōu)選值，可指導(dǎo)建筑物進(jìn)口處低壓配電系統(tǒng)的SPD選型。 括號(hào)中為對(duì)應(yīng)的ASP 安世杰ASafe系列 SPD的型號(hào)）2）除低壓配電電纜以外只有另外一類金屬管道進(jìn)入建筑物的，例如只有金屬上下水管道、煤氣管道等服務(wù)性導(dǎo)電管道進(jìn)入的建筑（無(wú)通信電纜進(jìn)入）；或者只有通信電纜進(jìn)入而沒(méi)有其它服務(wù)性導(dǎo)電管道進(jìn)入的建筑物。50%的雷電流is平均分配到低壓配電電纜和另外一類服務(wù)性管道上，每一類服務(wù)性管纜分配的雷電流為ii=is/2。組成低壓配電電纜的每一條電力線路上分配的雷電流iv=ii/m。僅有一類金屬管、纜進(jìn)入建筑物分類配電方式首次直擊雷在低壓配電線路上每線的分配第I類試驗(yàn) 10/350us優(yōu)

8、選值兩根配電線進(jìn)入舉例: 單相兩線單相三線（PE線不分流）iv=200*25%/2=25kAIimp=25kA(ASafe-25)iv=150*25%/2=18.8kAIimp=20,25kA(ASafe-25)iv=100*25%/2=12.5kAIimp=15kA(ASafe-15)三根配電線進(jìn)入舉例：ITiv=200*25%/3=16.7kAIimp=20,25kA(ASafe-25)iv=150*25%/3=12.5kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=100*25%/3=8.3kAIimp=15kA(ASafe-15)四根配電線進(jìn)入舉例：TN-CTN-C-S（PE線不分流）

9、iv=200*25%/4=12.7kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=150*25%/4=9.5kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=100*25%/4=6.3kAIimp=15kA(ASafe-15)五根配電線進(jìn)入五根和以上m根配電線進(jìn)入類似計(jì)算表中按m=5計(jì)算iv=200*25%/m=10kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=150*25%/m =7.5kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=100*25%/m =5kAIimp=15kA(ASafe-15)（表中為每線分配的雷電流值，并列出Iimp優(yōu)選值，根據(jù)IEC的規(guī)定，每一相線對(duì)PE不小于12.

10、5KA，因此Iimp的優(yōu)選值最小設(shè)定為15KA。優(yōu)選的Iimp值可以指導(dǎo)建筑物進(jìn)口處低壓配電系統(tǒng)的SPD選型。括號(hào)中為對(duì)應(yīng)的ASP 安世杰 ASafe系列 SPD的型號(hào)）3)所有種類的服務(wù)性導(dǎo)電管纜（電纜、通信電纜、和其他金屬管道）進(jìn)入建筑物，例如金屬的上下水管道、金屬煤氣管道、通信電纜等等進(jìn)入的建筑。此時(shí)按地線分配50%計(jì)算，其余50%平均3分到電纜、通信電纜、其他金屬管道上。（請(qǐng)見(jiàn)右圖，詳細(xì)圖解略,參照1）小節(jié)按照3分原則計(jì)算。）對(duì)低壓配電系統(tǒng)的電纜雷電流的分配 ii=is/3,而每線分配iv=ii/m。僅有一類金屬管、纜進(jìn)入建筑物分類配電方式首次直擊雷在低壓配電線路上每線的分配第I類試驗(yàn)

11、 10/350us優(yōu)選值兩根配電線進(jìn)入舉例: 單相兩線單相三線（PE線不分流）iv=200*16.7%/2=16.7kAIimp=20,25kA(ASafe-25)iv=150*16.7%/2=12.5kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=100*16.7%/2=8.3kAIimp=15kA(ASafe-15)三根配電線進(jìn)入舉例：ITiv=200*16.7%/3=11.1kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=150*16.7%/3=8.3kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=100*16.7%/3=5.6kAIimp=15kA(ASafe-15)四根配電線進(jìn)入舉例

12、：TN-CTN-C-S（PE線不分流）iv=200*16.7%/4=8.3kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=150*16.7%/4=6.3kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=100*16.7%/4=4.2kAIimp=15kA(ASafe-15)五根配電線進(jìn)入五根和以上m根配電線進(jìn)入類似計(jì)算表中按m=5計(jì)算iv=200*16.7%/m=6.7kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=150*16.7%/m =5kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=100*16.7%/m =3.3kAIimp=15kA(ASafe-15)（表中為每線分配的雷電流值，并列

13、出Iimp優(yōu)選值，根據(jù)IEC的規(guī)定，每一相線對(duì)PE不小于12.5KA，因此Iimp的優(yōu)選值最小設(shè)定為15KA。優(yōu)選的Iimp值可以指導(dǎo)建筑物進(jìn)口處低壓配電系統(tǒng)的SPD選型。括號(hào)中為對(duì)應(yīng)的ASP 安世杰 ASafe系列 SPD的型號(hào)）考慮沿各種設(shè)施引入建筑物的雷電流，應(yīng)采用較大值。另外，當(dāng)建筑物的綜合地網(wǎng)接地不良時(shí)，在服務(wù)管纜包括配電線路上回分配更大的雷電流。因此推薦的優(yōu)選值也較計(jì)算出的結(jié)果大。關(guān)于3分原則：低壓配電電力電纜為一類服務(wù)性導(dǎo)電管纜，采用導(dǎo)電介質(zhì)的通信電纜為一類服務(wù)性導(dǎo)電管纜、而上下水管道、煤氣管道等金屬導(dǎo)電管道為另一類服務(wù)性導(dǎo)電管纜。雷電流is1/3平分到每一類管纜上，一類管纜中線

14、的數(shù)量m不影響ii=1/3*is的分配結(jié)果。只有服務(wù)性管纜的種類會(huì)影響到ii的分配結(jié)果。二、低壓配電線路鎧裝屏蔽進(jìn)入建筑物的情況我們可以將鎧裝屏蔽的低壓配電線路的鎧裝屏蔽層分配供配電線路的70%的雷電流，其余30%平均分配到每條芯線，同樣的可以分為以下幾種情形：1）當(dāng)沒(méi)有其他金屬管纜進(jìn)入建筑物時(shí)，直擊雷在低壓配電線路上的分配情況同上面（一）描述的第1）種情況類同。即：僅有一類金屬管、纜進(jìn)入建筑物分類配電方式首次直擊雷在低壓配電線路上每線的分配第I類試驗(yàn) 10/350us優(yōu)選值兩根配電線進(jìn)入舉例:單相兩線單相三線（PE線不分流）iv=200*30%*50%/2=15kAIimp=15kA(ASa

15、fe-15)iv=150*30%*50%/2=11.3kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=100*30%*50%/2=7.5kAIimp=15kA(ASafe-15)三根配電線進(jìn)入舉例：ITiv=200*30%*50%/3=10.2kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=150*30%*50%/3=7.7kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=100*30%*50%/3=5.1kAIimp=15kA(ASafe-15)四根配電線進(jìn)入舉例：TN-CTN-C-S（PE線不分流）iv=200*30%*50%/4=7.5kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=150

16、*30%*50%/4=5.6kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=100*30%*50%/4=3.8kAIimp=15kA(ASafe-15)五根配電線進(jìn)入五根和以上m根配電線進(jìn)入類似計(jì)算表中按m=5計(jì)算iv=200*30%*50%/m=6kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=150*30%*50%/m=4.5kAIimp=15kA(ASafe-15)iv=100*30%*50%/m=3kAIimp=15kA(ASafe-15)（根據(jù)IEC的規(guī)定，每一相線對(duì)PE不小于12.5kA，因此Iimp的優(yōu)選值最小設(shè)定為15kA。表中iv為每線分配的雷電流值，并列出Iimp優(yōu)選值，優(yōu)

17、選的Iimp值可以指導(dǎo)建筑物進(jìn)口處低壓配電系統(tǒng)的SPD選型。括號(hào)中為對(duì)應(yīng)的ASP 安世杰 ASafe系列 SPD的型號(hào)）目前IEC關(guān)于芯線和鎧裝屏蔽的分配比例標(biāo)準(zhǔn)正在修訂中，芯線的分配比例可能會(huì)調(diào)整到更大至70%，因此結(jié)果會(huì)大于上述的計(jì)算值甚至達(dá)到上述計(jì)算值的2.33倍即從7kA-35kA。2）當(dāng)有N條其他金屬管纜進(jìn)入建筑物時(shí)?？梢詤⒄丈厦嬉?、3）的計(jì)算方式予以計(jì)算。在此就不做贅述。結(jié)論：在有各種服務(wù)性管纜進(jìn)入建筑物時(shí)，按照電源/通信/其他管道的類別分軍分配雷電流，然后分別按照電源配電電纜的數(shù)量，通信電纜的數(shù)量、其他服務(wù)性導(dǎo)電管道的數(shù)量平均分配。大家不難通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算得出iv的數(shù)值，然后按照I

18、EC每一相線對(duì)地不小于12.5kA的要求得出優(yōu)選的Iimp值，從而選定SPD。通過(guò)上述圖示計(jì)算和IEC的規(guī)定，我們可以做一個(gè)簡(jiǎn)單的結(jié)論：對(duì)于第一類防雷建筑物應(yīng)采用第I類試驗(yàn)的開(kāi)關(guān)型SPD，Iimp優(yōu)選值Iimp=15 kA,25kA,50kA （10/350us）對(duì)于第二類防雷建筑物應(yīng)采用第I類試驗(yàn)的開(kāi)關(guān)型SPD，Iimp優(yōu)選值Iimp=15kA,25kA,35kA （10/350us）對(duì)于第三類防雷建筑物應(yīng)采用第I類試驗(yàn)的開(kāi)關(guān)型SPD，Iimp優(yōu)選值Iimp=15kA,25kA （10/350us）常見(jiàn)防雷建筑Iimp和選用SPD 速查表只有低壓配電電纜進(jìn)入建筑物防雷分類 單相 SPD選型 3相 SPD選型一類 50kA ASafe-50 25kA ASafe-25二類 37.5kA ASafe-35 18.8kA ASafe-25三類 25kA ASafe-25 12.5kA ASafe-15有低壓配電電纜和通信電纜等另外一類進(jìn)入建筑物防雷分類 單相 SPD選型 3相 SPD選型一類 25kA ASafe-25 12.5kA ASafe-15二類 18.8kA ASafe-25 9.4kA ASafe-15三類 12.5kA ASafe-15 6.3kA ASafe-15有低壓配電電纜和其他兩類服務(wù)性導(dǎo)電管纜進(jìn)入建筑物防雷分類 單