建筑物低压配电系统防雷方案

建 筑 物 低 压 配 电 系 统

防 雷 方 案

第一章 概   述

在雷电环境下，建筑物低压配电系统存在雷电流引入风险，会造成用电设备损坏。为减少雷电灾害，结合建物防雷规范要求，提出如下防雷方案。

第二章 雷电灾害

雷电是带电雷云对雷云或地面放电的物理现象。雷电灾害主要包括直击雷、雷电静电感应、雷电磁脉冲等多个方面。

具体解释说明如下：

l  直击雷：

直击雷是指雷云直接对地面放电的物理现象。地面受到直击雷雷击，雷击地点将产生瞬时大电流，若不能将雷电流及时释放，受雷击的物体瞬间产生大量热，造成物体膨胀、熔化、燃烧、爆炸等损坏。

通常情况下，建筑物必须考虑直击雷的危害。国家颁布的《建筑物防雷设计规范》就是针对可能因直击雷带来重要损失的建筑物，确定了非常详尽的防雷设计、安装、验收等条例。

l  雷电静电感应：

雷电感应是指当天空有带电的雷云出现时，雷云下金属线路、金属物等，由于静电感应的作用而带上与雷云相反的电荷。当雷击发生后，雷云电荷通过闪击迅速消失。金属线路上的感应电荷沿线路传播，造成设备的线路端口出现瞬时过电压。金属物上的感应电荷，若不能及时消失，将会出现对外放电现象，形成火花。

l  雷电磁脉冲：

雷电磁脉冲是指由于雷电流有极大的峰值和徒度，雷电闪击瞬间，在所发生区域内，瞬时形成雷电磁场。在变化的雷电磁场作用下，区域内所有金属线路感应形成瞬时雷电流。若雷电流侵入到供电线路、通讯线路中，将会造成设备的线路端口出现瞬时过电压。

进入建筑物之前的低压配电系统线路（包括高压线、低压线两个部分），受到直击雷、雷电静电感应、雷电磁脉冲的影响，使得低压配电系统线路引入雷电流。进入建筑物之后的低压配电系统线路，有建筑物的防直击雷保护与建筑物的电磁屏蔽保护，受雷电影响较小。

因此，低压配电系统防雷就是防止低压配电系统从建筑物以外线路引入雷电流。参考如下示意图：

第三章 基本防雷措施

依据国家《建筑物防雷设计规范》（GB 50057-94）（2000年版），针对电气设备及电子信息化系统，提出如下基本防雷措施：

       i.     建筑物防雷：按照第二类防雷建筑物的防雷措施要求设计、安装。

     ii.     建筑物屏蔽：将建筑物所有金属构件全部电气连接，形成法拉第笼式结构。

    iii.     共用接地：防直击雷、防雷电感应、电气设备、信息系统等共用同一个接地装置。

     iv.     等电位连接：进入建筑物的金属导电物（供电线路、通讯线路、金属管道等），在建筑物防雷分区的界面处，与接地系统做等电位连接。

       v.     机房设置与合理布线：机房及贵重电气设备应设置在建筑物顶楼层下数第四层以下，越低越好。建筑物内设备与线路安装位置，应与外墙保持一定距离，供电线路、通讯线路须平行敷设，各线之间必须保持一定距离。

     vi.     线路屏蔽与接地：在户外埋地或架空敷设的供电、通讯金属线路，宜采用屏蔽线，屏蔽保护层至少在两端接地。在户内外敷设的用于屏蔽线路的金属管、金属槽，必须电气连通，并至少在两端接地。

    vii.     安装避雷器：避雷器（也称：电子避雷器、电涌保护器、过电压保护器、防雷器、SPD等）可抑制供电、通讯线路引入的雷电流或工业浪涌，避免设备过电压损坏。

第四章 避雷器选型与技术参数

   针对低压配电系统，常用避雷器型号与参数如下：

1.  B类三相电源避雷器（用于TN-S系统）

型号：HLK DM100B/4

最大连续工作电压：385V~

标称放电电流：60kA（8/20μs）

最大放电电流：100kA（8/20μs）

响应时间：<25ns

保护水平：<2600V

主要功能：安装在总电源配电柜内，作为电源线路第一级防雷保护。

2.  B类三相电源避雷器（用于TN-C系统）

型号：HLK DM100B/3

最大连续工作电压：385V~

标称放电电流：60kA（8/20μs）

最大放电电流：100kA（8/20μs）

响应时间：<25ns

保护水平：<2600V

主要功能：安装在总电源配电柜内，作为电源线路第一级防雷保护。

3.  B类三相电源避雷器（用于TT系统）

型号：HLK DM100B/3+NPE

最大连续工作电压：385V~

标称放电电流：60kA（8/20μs）

最大放电电流：100kA（8/20μs）

响应时间：<25ns

保护水平：<2600V

主要功能：安装在总电源配电柜内，作为电源线路第一级防雷保护。

4.  C类三相电源避雷器（用于TN-S或TN-C-S系统）

型号：HLK DM40C/4

最大连续工作电压：385V~

标称放电电流：20kA（8/20μs）

最大放电电流：40kA（8/20μs）

响应时间：<25ns

保护水平：<2000V

主要功能：安装在分电源配电箱内，作为电源线路第二级防雷保护。

5.  C类三相电源避雷器（用于TT系统）

型号：HLK DM40C/3+NPE

最大连续工作电压：385V~

标称放电电流：20kA（8/20μs）

最大放电电流：40kA（8/20μs）

响应时间：<25ns

保护水平：<2000V

主要功能：安装在分电源配电箱内，作为电源线路第二级防雷保护。

第五章 低压配电系统防雷设计

电源避雷器原理：在电源线与地线之间连接非线性元件，在电源线路引入雷电流时，非线性元件短路，将电源线路的雷电流释放入地。

电源避雷器每次释放雷电流的大小取绝于①电源避雷器的启动电压；②电源避雷器的响应时间；③电源避雷器的保护水平；④地线的冲击阻抗；⑤电源避雷器驳线冲击阻抗等，安装一组电源避雷器只能释放绝大部分低压电源线路引入的雷电流，安装多组电源避雷器，多次释放雷电流，到达设备端口的雷电流才能更小。参考如下示意图：

低压配电系统防雷保护方法如下：

l  建筑物总电源配电柜，安装B类电源避雷器，作为电源线路第一级防雷保护；

l  建筑物二次电源配电柜（箱），安装C类电源避雷器，作为电源线路第二级防雷保护；

l  建筑物三次电源配电柜（箱），安装C类电源避雷器，作为电源线路第三级防雷保护；

............

l  重要设备端口，安装D类电源避雷器，作为电源线路终端级防雷保护。

常见低压配电系统的避雷器安装设计如下：

1．TN-S方式，避雷器安装设计

TN-S是三相五线配电方式，在变压器低压端，采用五芯电源线（或铠装四芯电源线）将低压电源引入建筑物，电源地线（或铠层）与建筑物地线连接，作为保护地线（PE）。电源避雷器安装如下图：

2．TN-C方式，避雷器安装设计

TN-C是三相四线配电方式，在变压器低压端，采用四芯电源线将低压电源引入建筑物，建筑物地线引出保护地线（PE），电源零线与建筑物地线连接（零线重复接地），三相四线（TN-C方式）换成三相五线（TN-C-S方式）。电源避雷器安装如下图：

3．TT方式，避雷器安装设计

TT是三相四线配电方式，在变压器低压端，采用四芯电源线将低压电源引入建筑物，建筑物地线引出保护地线（PE），保护地线（PE）与低压电源线路没有关联。电源避雷器安装如下图：

第六章 低压配电系统的避雷器应用

按照国家建筑物防雷规范要求，在土木工程建设之后，要同时完成建筑物防直雷设施（包括：接闪器、引下线三个部分）。在低压配电系统安装之后，要同时完成低压配电系统基本的防雷设施（电源避雷器部分）。此种情况下，安装成本最低，安装效果最佳。因此，电源避雷器已经成为低压配电系统的主要配件之一，成套设备生产厂家必须很好地选择与应用电源避雷器。

依据“第五章 低压配电系统防雷设计”，在成套设备中安装两级电源避雷器，应用方法如下：

1、TN-S方式：

总配电柜，安装B三相类电源避雷器（TN-S），型号：HLK DM100B/4；

二次配电柜，安装C类三相电源避雷器（TN-S），型号：HLKDM40C/4；

2、TN-C方式：

总配电柜，安装B三相类电源避雷器（TN-C），型号：HLKDM100B/3；

二次配电柜，安装C类三相电源避雷器（TN-C-S），型号：HLK DM40C/4；

3、TT方式：

总配电柜，安装B三相类电源避雷器（TT），型号：HLKDM100B/3+NPE；

二次配电柜，安装C类三相电源避雷器（TT），型号：HLKDM40C/3+NPE。