SPD 实际应用中的常见问题探讨

董峰伟

(华建集团华东都市建筑设计研究总院，上海 200070)

0 引言

随着我国经济的飞速发展，建筑业的发展也到了空前的规模，对建筑中电气电子系统的安全可靠要求也越来越高，其中浪涌保护器(SPD)有着至关重要的作用，如果电气设计中SPD 选用不当，则不仅是电气产品的浪费，更严重的会造成巨大的经济损失。 因此，SPD 的选用需要引起电气同行的重视。 本文仅对实际应用中的部分问题及SPD 个别参数的选择进行探讨分析，对SPD 其他参数的选择不做展开。

1 变压器低压侧SPD 的I 类试验与II 类试验的选择

1.1 规范相关条文及问题出现的原因

针对变压器低压侧SPD 的选择，其实GB 50057－2010《建筑物防雷设计规范》中已有明确规定，当Yyn0 型或Dyn11 型接线的配电变压器设在本建筑物内或附设于外墙时，……在低压侧的配电屏上，当有线路引出本建筑物至其他有独自敷设接地装置的配电装置时，应在母线上装设I 类试验的浪涌保护器，浪涌保护器每一保护模式的冲击电流值，当无法确定时冲击电流应取等于或大于12.5kA；当无线路引出本建筑物时，应在母线上装设II 类试验的浪涌保护器，浪涌保护器每一保护模式的标称放电电流值应等于或大于5kA。 浪涌保护器的电压保护水平值应小于或等于2.5kV。 该条文对SPD 及其参数设置均做了规定，然而实际设计中还会经常出现选择不当，究其原因，笔者认为有以下3 点原因。

(1)忽视是否有线路引出本建筑物，特别是忽视接地装置是否共用。

一般民用建筑电气设计中，最常见的为同一变电所为多个建筑单体供电的情况，如果各个建筑单体共用接地装置(如住宅小区中各住宅楼合用地下汽车库，均利用地下室基础做接地)，变压器低压侧应选用II 类试验的SPD；反之，当各个建筑单体接地装置独立时，应选用I 类试验的SPD。

另一种情况是室外景观用电设备配电线路的引出，大多数室外景观用电的接地装置是独立于主体建筑的，该情况下，变压器低压侧应选用I 类试验的SPD。

(2)受供应商产品样本的影响。

经查阅多家供应商样本，大多数样本快速选型表中总配电柜处的SPD 均推荐选择I 类试验。 不少设计师直接照搬样本参数，而忽视SPD 的选择条件，导致选择不当以致违反规范条文。

(3)GB 50343－2012《建筑物电子信息系统防雷规范》中规定，进入建筑物的交流供电线路，在线路的总配电箱等LPZ0A 或LPZ0B 区与LPZ1 区交界处，应设置I 类试验的浪涌保护器或II 类试验的浪涌保护器作为第一级保护…，同时，后续条文说明，根据我国有些工程多年来在设计中选择和安装了II类试验的SPD 也能提供较好保护的实际情况，本规范作出了选择性的规定，也可选择II 类试验的浪涌保护器作为第一级保护。 SPD 应能承受在总配电箱位置上可能出现的放电电流。 受此影响，部分设计师还是沿用以前的做法，在总配电箱处设置I 类试验的SPD。 图1 所示为建筑物雷电防护区(LPZ)划分示意图。

图1 建筑物雷电防护区(LPZ)划分

1.2 从雷电防护分区看变压器低压侧SPD 的选择

根据《工业与民用供配电设计手册》相关资料，I 类试验是用于安装在高暴露的LPZ0A 区与LPZ1区界面处的雷电流型SPD 的试验程序；II 类试验是用于安装在较少暴露于直接受冲击的地方(如图1中LPZ0B 区与LPZ1 区及LPZ2 区与后续防雷区界面处)的雷电流型SPD 的试验程序。

根据上述内容，从雷电防护分区的角度去看，当有线路引出本建筑物至其它有独自敷设接地装置的配电装置时，户外线路处在LPZ0 A 区，变电所低压配电柜内应设置I 类试验的SPD；当无线路引出本建筑物时，所有用电设备及低压线路最少也是位于LPZ0B 区，则变电所低压配电柜内应选用II 类试验的SPD。

综上所述，变压器低压侧SPD 选择一定要注意前提条件，仔细判断项目的配电方式及接地状况，需要结合多个规范相关条文，从严做出选择。

2 室外/屋顶配电箱SPD 的试验类型的选择

2.1 规范相关条文及问题出现的原因

GB 50057－2010《建筑物防雷设计规范》4.5.4规定，固定在建筑物上的节日彩灯、航空障碍灯及其它用电设备和线路应根据建筑物的防雷类别采取相应的防止闪电电涌侵入的措施，并应符合下列规定3 在配电箱内应在开关的电源侧装设II 类试验的浪涌保护器，其电压保护水平不应大于2.5kV，标称放电电流值应根据具体情况确定。

规范条文对节日彩灯、航空障碍灯等部分用电设备的配电线路SPD 的选择做了明确规定，同样，其有2 个前提条件:1 无金属外壳或保护网罩的用电设备应处在接闪器的保护范围内。 2 从配电箱引出的配电线路应穿钢管。 钢管的一端应与配电箱和PE 线相连；另一端应与用电设备外壳、保护罩相连，并应就近与屋顶防雷装置相连。

经查阅多家供应商样本，大多数样本快速选型表中室外配电箱处的SPD 均推荐选择I 类试验，部分样本中屋顶配电箱处的SPD 也推荐选择I 类试验。

2.2 从雷电防护分区看室外/屋顶SPD 的选择

同前述第1 节，从雷电防护分区的角度去看，需要根据室外/屋顶用电设备的位置选择合适的SPD，如用电设备处在主体建筑接闪器保护范围内(一般项目中屋顶用电设备均在接闪器保护范围内)即LPZ0B 区，其相应配电箱内应设置II 类试验的SPD。 需要注意的是，从配电箱到配电线路以及用电设备全程都须在接闪器保护范围内。 而室外景观用电设备有可能不在主体建筑接闪器保护范围内即LPZ0A 区，则应选用I 类试验的SPD。 图2 所示为TN-S 配电形式下的SPD 安装示意图。

图2 TN-S 配电形式下的SPD 安装示意图

3 单相配电箱的SPD 的选择

单相配电箱大多为终端配电箱，一般处于低压配电箱系统的第三级或第四级，如果需要配置SPD的话，普通单相配电箱及电子信息系统单相配电箱按第三级SPD 设置。 规范中对单相SPD 的设置要求见图3，其标称放电电流按第三级配置，不低于5kA。

图3 单相SPD 的接线方式

如果出现室外型单相配电箱，需根据前述第2节去确定采用I 类试验或II 类试验的SPD。 受限于单相配电系统本身，其分流能力有限，其SPD 冲击电流或标称放电电流不能达到更高的值，因此，配电系统中，不建议设置室外单相配电箱的极端情况。

4 标称放电电流较大的情况下，SPD 电压保护水平(Up)如何匹配

(1)该问题主要出现在对电压保护水平要求较高的电子信息系统设备配电系统中，因放电电流或冲击电流越大，SPD 的残压或续流也越大，SPD 的电压保护水平也就难以得到限制。

以电子信息系统雷电防护等级为A 级的建筑为例，电子信息系统配电箱内一般设置第二级SPD，如果建筑电子信息系统防雷等级为A 级，其标称放电电流需要不低于40kA，其电压保护水平需不大于1.5kV。 如果这一级SPD 未能限制电压保护水平，则需要在下一级配电箱处增设第三级SPD 来进一步降低电压保护水平。

还有一种情况，电子信息系统配电箱中有空调室外机出线回路，此时，该配电箱至少需要设置标称放电电流需要不低于60kA 的第一级SPD，其Up很难限制在1.5kV 以下，同样需要设置第二级甚至第三级SPD 来降低电压保护水平。

其他情况，上海地区对电梯机房配电箱的SPD的Up 要求也是不大于1.5kV，而电梯机房配电箱往往带空调回路，此时箱内SPD 需要按第一级设置，其Up 很难限制在1.5kV 以下，这时，同样需要在下一级电梯控制箱内设置第二级SPD，使Up 满足要求。

(2)规范相关条文

GB 50057－2010《建筑物防雷设计规范》6.4.6规定，为取得较小的电涌保护器有效电压保护水平，应选用有较小电压保护水平值的电涌保护器，并应采用合理的接线，同时应缩短连接电涌保护器的导体长度。 GB 50343－2012《建筑物电子信息系统防雷规范》条文说明，如果这一级SPD 未能将电压保护水平限制在2.5kV 以下，则需在下级配电箱处设置第二级SPD 来进一步降低冲击电压。 此级SPD 应为通过8/20 波形的标称放电电流In(II 类)试验的SPD，并能将电压保护水平限制在2kV。

从上述条文看，采取增加SPD 级数、合理选择产品、合理接线等方式可以降低电压保护水平。

(3)结论

综上所述，出现上述问题的原因是:电子信息系统的配电与空调配电混用，配电系统不够合理，致使该级配电箱内SPD 的放电电流选择过大以致Up 难以有效限制，解决办法是设置下级配电箱给电子信息系统设备专用，在下级配电箱中设置第二级或第三级SPD。

需要注意的是，当电压开关型SPD 与限压型SPD 之间线路长度小于10m， 限压型SPD 之间线路长度小于5m 时，两级SPD 之间应加装退耦装置。

5 SPD 后备保护器的选择

SPD 的后备保护一直是业内讨论的焦点，SPD的老化或者失效，会导致其呈开路或短路状态，可能引发系统短路或接地故障。 因此，需要在SPD 之前装设过电流保护器或专用脱离装置。

根据《工业与民用供配电设计手册》相关资料，过电流保护器既要满足工频短路时与主电路过电流保护装置的级间配合要求及分断能力要求，又不应在规定的雷电冲击放电电流下断开，应参照SPD制造商的建议配置。 过电流保护器宜采用熔断器，不宜采用低压断路器。 这时因为断路器容易误动作，而且电磁脱扣线圈上的电压降将显著增大SPD的有效保护水平；此外，要求高分断能力时，熔断器比断路器更为经济可靠。 目前，熔断器跟断路器还是广泛应用于电气设计。

近年来，大多供应商推出了专用后备保护器SCB，其可以有效实现SPD 的老化及短路失效保护，其中，针对SPD 的老化失效保护，SPD 经多次电涌冲击后，内部元件逐渐老化，到一定程度时，内部热脱扣装置熔断，SPD 支路从线路断开，从而保护SPD；针对SPD 的短路失效保护:高能量电涌冲击或线路故障时，SPD 会发生短路，内部热脱扣装置来不及熔断，SPD 会因过热而导致火灾、爆炸，加装后备保护装置后，短路电流被及时切断，线路得到保护。

对此，全国规范未有相关条文，而上海地方规范《民用建筑电气防火设计规程》中作了明确规定，应选用当出现危险的工频续流或工频漏电流大于5A 时能迅速脱扣的专用外部SPD 脱扣器。

综上所述，SPD 的后备保护建议参照供应商提供的参数选择，以达到可靠的保护效果。

6 SPD 连接导线截面的选择

SPD 连接导线截面因沿用老规范，实际设计中选择偏大，虽然不违反规范条文，却造成了一定的浪费。 如当地无特殊规定，建议按表1 选择导线截面。

浪涌保护器连接导线最小截面积 表1

7 结束语

综上所述，出现上述问题的主要原因有对规范条文不够熟悉、盲目照搬样本参数、对SPD 的参数及原理了解不够、配电系统设置不合理等方面。 因SPD 的选用及安装比较复杂，而规范中多处提及由制造商提供技术参数，因此在满足规范的前提下，建议优先根据供应商的推荐参数设置，以实现有效的保护。 本文为工程实践中的一点经验总结，不足之处望各位专家及同行批评指正。