摘要：交流电气装置过电压保护设计要求及限制措施,SPD设置及接地线设计

关键词：电气装置过电压保护设计限制措施SPD
1.1过电压概述

表1－1低压系统过电压类别

大气过电压	直击雷过电压
感应雷击过电压
雷电波侵入过电压
操作过电压	操作容性负载过电压	电容器组
空载长线路
操作感性负载过电压	空载变压器
电抗器
电动机
真空断路器
谐振引起的过电压
工频过电压	并列或解列过电压
负载的投入与切除
IT系统发生接地故障引起对地电压升高
TN系统或TT系统中性线开路引起对地电压升高
低压系统相导体与中性导体间的短路时中性线对地电压升高
低压系统故障相的接地故障电压不超过50V，非故障相对地电压升高
高压系统接地故障电压窜入低压侧（高压为接地系统，变电所内一个接地系统）。当切断时间大于5s时，允许的工频过电压U0 250V；当切断时间小于或等于5s时，允许的工频过电压U0 1200V。

1.2耐冲击类别（过电压类别）的划分

1.耐冲击类别（过电压类别）划分的目的

耐冲击类别是根据对设备预期不间断供电和能承受的事故后果来区分设备适用性的不同等级。通过对设备耐冲击水平的选择，使整个电气装置达到绝缘配合，将故障的危害性降低到允许的水平，以提供一个抑制过电压的基础。

耐冲击类别标识数字越高，表明设备的耐冲击性能越高，可供选择的抑制过电压的方法越多。

耐冲击类别这一概念适用于直接从电源线上接电的设备。

2.耐冲击类别（过电压类别）说明

Ⅰ类耐冲击设备是打算与建筑物固定电气装置相连的设备。保护措施应在此设备之外，既可固定在电气装置内也可固定在电气装置和此设备之间，以限制瞬态过电压在规定的水平。

Ⅱ类耐冲击设备是与建筑物固定电气装置相连的设备。

注：此类设备举例：家用电器、便携式工具以及类似负荷。

Ⅲ类耐冲击设备是固定电气装置的组成部分和其他预期具有较高适用性类别的设备。

注：此类设备举例：固定电气装置的配电盘、断路器、布线系统，包括电缆、母线、接线盒、开关、插座），工业用设备以及某些其他设备，如与固定电气装置永久相连的固定式电机。

Ⅳ类耐冲击设备是用于建筑物电气装置主配电盘来电侧电源进线端或其附近的设备。

注：此类设备举例：电气测量仪表、一次过电流保护电器以及滤波器。

1.3过电压抑制的配置

需装设电涌保护器时，应符合下列各条：

1.自身抑制

在电气装置全部由低压地下系统而不含架空线供电的情况下，依据表1－2所规定的设备耐冲击电压值便足够了，而不需要附加的大气过电压保护。

在电气装置由低压架空线供电或含有低压架空线供电的情况下，且外界环境影响为AQ1（雷暴日数<25日/年）时，不需要附加的大气过电压保护。

2保护抑制

一、电气装置由架空线或含有架空线的线路供电，且当地雷电活动符合外界环境影响条件AQ2（雷暴日数>25日/年）时，应装设大气过电压保护。保护装置的保护水平不应高于表2列出的Ⅱ类过电压水平。

二、在一、条件下，建筑物电气装置的大气过电压保护可采取以下措施：

－按照IEC60364-5-534（过电压保护电器）安装具有II类保护水平的电涌保护器。

－或通过其他方法提供至少等效的电压衰减量。

表1－2要求的设备额定耐冲击电压值

电气装置标称电压* V	要求的耐冲击电压值 kV
三相系统	带中性点的 单相系统	电气装置电源进线端的设备 (耐冲击类别Ⅳ)	配电装置和末级电路的设备 (耐冲击类别Ⅲ)	用电器具 (耐冲击类别Ⅱ)	有特殊保护的 设备 (耐冲击类别Ⅰ)
－	120～240	4	2.5	1.5	0.8
230/400 277/480	－	6	4	2.5	1.5
400/690	－	8	6	4	2.5
1000	－	12	8	6	4
*根据IEC60038：1983。

三、在架空线上应用保护抑制的导则

对过电压水平的保护抑制可通过在电气装置中直接安装电涌保护器，或在架空线上安装电涌保护器来获得。例如，可以采取以下措施：

a）如果是架空供配电网，应在电网的结点，尤其在每个长度超过500m的线路末端建立过电压保护。沿供配电线路每隔500m就应安装过电压保护器件。过电压保护器件之间的距离应小于1000m。

b）如果供配电网中部分为架空线路，部分为地下线路，在架空电网应按照上述a）进行过电压保护，并应在从架空线至地下电缆的转换点进行过电压保护。

c）在TN配电网供电的电气装置中，在由自动切断电源为间接接触提供保护的地方，连接到相导体的过电压保护器件的接地导体与PEN导体相连或与PE导体相连。

d）在TT配电网供电的电气装置中，在由自动切断电源为间接接触提供保护的地方，要为相导体和中性导体提供过电压保护器件。在供电网的中性导体直接接地的地方，不必为中性导体安装过电压保护器件。

1.4建筑物电气装置中电涌保护器（SPD）的选择和安装

1.4.1电涌保护器（SPD）的接线

应在电气装置的电源进线端或其附近设电涌保护器（SPD），至少应在下面各点之间装设：

1.当在电气装置电源进线端或其附近，中性线与PE（保护线）直接连接，或没有中性线时：

接在每一相线与接地端子或总保护线之间，取其路径最短者；

注：在IT系统，中性线与PE线之间接了阻抗，不能认为二者是直通的。

2.当在电气装置的电源进线端或其附近，中性线与PE（保护线）不直接相连时：

接线形式1：接在每一相线与接地端子或总保护线之间，和接在中性线与接地端子或总保护线之间，取其路径最短者；或

接线形式2：接在每一相线与中性线之间和接在中性线与总保护端子或总保护线之间，取其路径最短者。
1.4.2电涌保护器（SPD）的选择

1.电涌保护器（SPD）的电压保护水平（UP）

电涌保护器必需能承受预期通过它们的雷电流，并应符合以下两个附加要求：通过电涌时的最大钳压，有能力熄灭在雷电流通过后产生的工频续流。

在建筑物进线处和其它防雷保护区界面处的最大电涌电压，即电涌保护器的最大钳压加上其两端引线的感应电压应与所属系统的基本绝缘水平和设备允许的最大电涌电压协调一致。为使最大电涌电压足够低，其两端的引线应做到最短。

在不同界面上的各电涌保护器还应与其相应的能量承受能力相一致。

若用一套电涌保护器（SPD）达不到所要求的保护电压水平时，应采用附加的配合协调的电涌保护器（SPD），以确保达到要求的保护水平。

2.选择电涌保护器（SPD）持续运行电压（UC）

一、按图1－1接线的TT系统中，UC不应小于1.55U0。

二、按图1－2和图1－3接线的TN和TT系统中，UC不应小于1.15U0。

三、按图1－4接线的IT系统中UC不应小于1.15U（U为线间电压）。

注：U0是低压系统相线对中性线的标称电压，在220/380V三相系统中，U0＝220V。
1－装置的电压；2－配电盘；3－总接地端或总接地连接带；4－电涌保护器（SPD）；5－电涌保护器的接地连接，5a或5b；6－需要保护的设备；7－剩余电流保护器，应考虑通雷电流的能力；F－保护电涌保护器推荐的熔丝、断路器或剩余电流保护器；RA－本装置的接地电阻；RB－供电系统的接地电阻

1－装置的电压；2－配电盘；3－总接地端或总接地连接带；4－电涌保护器（SPD）；5－电涌保护器的接地连接，5a或5b；6－需要保护的设备；7－PE与N线的连接带；F－保护电涌保护器推荐的熔丝、断路器或剩余电流保护器；RA－本装置的接地电阻；RB－供电系统的接地电阻

图1－2TN系统中的电涌保护器

注：当采用TN－C－S或TN－S系统时，在N与PE线连接处电涌保护器用三个，在其以后N与PE线分开处安装电涌保护器时用四个，即在N与PE线间增加一个，类似于图1－1

图1－3TT系统中电涌保护器安装在剩余电流保护器的电源侧

1－装置的电压；2－配电盘；3－总接地端或总接地连接带；4－电涌保护器（SPD）；4a－电涌保护器或放电间隙；5－电涌保护器的接地连接，5a或5b；6－需要保护的设备；7－剩余电流保护器，可位于母线的上方或下方；F－保护电涌保护器推荐的熔丝、断路器或剩余电流保护器；RA－本装置的接地电阻；RB－供电系统的接地电阻

注：当电源变压器高压侧碰外壳短路产生的过电压加于4a设备时不应动作。在高压系统采用低电阻接地和供电变压器外壳、低压系统中性点合用同一接地装置以及切断短路的时间小于或等于5s时，该过电压可按1200V考虑。

图1－4IT系统中电涌保护器安装在剩余电流保护器的负荷侧

1－装置的电压；2－配电盘；3－总接地端或总接地连接带；4－电涌保护器（SPD）；5－电涌保护器的接地连接，5a或5b；6－需要保护的设备；7－剩余电流保护器；F－保护电涌保护器推荐的熔丝、断路器或剩余电流保护器；RA－本装置的接地电阻；RB－供电系统的接地电阻

3.选择电涌保护器（SPD）标称放电电流（In）和冲击电流（Iimp）

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