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蔡振新（高工）

蔡振新（高工）. Lightning&Surge Protection 雷电及过电压保护讲座. 1997 年 对超过 8722 多件案例损坏原因的分析. 水灾 6,22%. 火灾 4,88%. 不小心/误操作 22,67%. 盗窃 7,01%. 过 电 压 31,68% ( 雷击及操作过电压 ). 其它 26,76%. 风暴 0,78%. 地名. 平均全年日期. 最早初日 ( 日 / 月 ). 最晚终日 ( 日 / 月 ). 海口. 104.3. 1/1. 30/12. 上海. 32.2. 14/2. 10/10. 重庆.

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Presentation Transcript

  1. 蔡振新（高工） Lightning&Surge Protection雷电及过电压保护讲座

  2. 1997年对超过8722多件案例损坏原因的分析 水灾 6,22% 火灾 4,88% 不小心/误操作 22,67% 盗窃 7,01% 过电压 31,68% (雷击及操作过电压) 其它 26,76% 风暴 0,78%

  3. 地名 平均全年日期 最早初日(日/月) 最晚终日(日/月) 海口 104.3 1/1 30/12 上海 32.2 14/2 10/10 重庆 40.1 14/2 1/12 拉萨 75.4 9/3 3/11 武汉 26.7 11/1 20/12 北京 36.7 30/3 3/11 呼和浩特 29.5 20/3 24/10 哈尔滨 28.9 20/4 10/10 中国各主要城市雷暴天数

  4. 建筑物被烧毁

  5. 电路板及元器件损坏

  6. 配电柜被损坏

  7. 直击雷或邻近雷击: 击在外部防雷系统，如保护框架（工业装置上.）电缆上等。 浪涌电流在接地电阻Rst上引起电压降。 闭合环路感应产生过电压 雷暴引起感应雷击及过电压 1 2b 2a 1a 1b 1 20 kV L1 L2 L3 PEN 远处雷击: 击在远处架空输送线缆上 雷云之间的放电通过架空线缆引起感应雷电波及过电压。 在野外,雷电击中通信线缆 2c 2a 1b 2b 1a Rst 2c 信息系统 电源系统

  8. 邻近建筑物之间危险的浪涌雷击 几 100 kA 几 10 kV 几 100 kV 几 10 kV 230V OV 通信 线缆 230 V~ 几 kA 几 10 kA 几 10 kA 几 kA Water / Gas 几  几  几  几 kA 几 kA 几 kA

  9. IEC TC 81雷电保护 IEC 61024-1/ Ed. 2 Protection of structure against fire, explosion and life hazards IEC 81/151/CDV Status: MCR circulated Forecast: 2001 StandardIEC 61024 Protection of structures against lightning StandardIEC 61312 Protection against LEMP StandardIEC 61643 Lightning protection -Telecommunication lines Technical Report IEC 61819 / Ed.1 Test parameters simulating the effects of LPS components IEC 81/145/CDV Forecast: 2001 TR Technical ReportIEC 61662 Assessment of risk of damage due to lightning Published: 1995-04 Amendment 1 to IEC 61662 Published: 1996-05 Part 1: General principles IEC 61312-1 Published: 1995-02 Part 1: General principles IEC 61024-1 Published: 1990-03 Part 1: Fibre optic installations IEC 61643-1 Published: 1999-07 Part 2 (technical specification): Shielding of structure, bonding inside structure and earthing IEC 61312-2 TS Published: 1999-08 Section 1: Guide A Selection of protection levels for lightning protection systems IEC 61024-1-1 Published: 1993-08 Part 2: Lines using metallic conductors IEC 81/164/FDIS Forecast 2001 IEC 61662/Ed.2 TS Risk due to lightning IEC 81/156/CD Forecast: 2001 Part 3 (technical specification): Requirements of surge protective devices (SPDs) IEC 61312-3 TS Published: 2000-07 Amendment 1: Annex D Coordination of SPD within existing structures IEC 81/150/CD Forecast: 2001 Section 2: Guide B Design, installation, maintenance and inspection of lightning protection systems Published: 1998-05 Part 4 (Technical Report): Protection of equipment in existing structures Published: 1998-09 Part 5: Application Guide IEC 81/165/CD Forecast: 2000

  10. 国际标准 总则 IEC 61312-1 防雷器的选择 IEC 61312-3 (pending) 雷击保护 IEC 61024-1 设备保护 IEC 61000-4-5 低压防雷器 IEC 61643-1-1 低压防雷器的安装 IEC 61643-1-2 (pending) 低压线路上的过电压 IEC 62066 (pending) 通信防雷器 IEC 61643-2-1 (pending)

  11. 国内标准 国家标准: • 建筑物防雷设计规范(GB50057-94) 行业标准: • 通信工程电源系统防雷技术规定(YD 5078-98) • 移动通信基站防雷与接地设计规范(YD 5068-98) • 微波站防雷与接地设计规范(YD 2011-93) • 通信局(站)接地设计暂行技术规定(YDJ 26-89) • 计算机信息系统防雷保安器(GA 173-1998) • 电力系统通信站防雷运行管理规程(DL 548-94)

  12. 建筑物防雷设计规范　GB50057-94 (2000年局部修订版) • 总则 • 建筑物的防雷分类 • 建筑物的防雷措施 • 防雷装置 • 接闪器的选择和布置 • 防雷击电磁脉冲

  13. 雷击风险 • 问 : 我们需要关注雷击吗 ? • 答 : 是的，当然要 ，因为: 高技术类的敏感设备越来越多 延长设备正常工作时间，减小出错的概率 设备停机带来昂贵的间接损失 防雷保护会影响到购买保险公司的判断

  14. 浪涌电压的定义

  15. 雷电流对比图

  16. LPZ 0 B LEMP M ü LEMP ü ü ü SEMP 防雷分区概念 LPZ 0 A 接闪系统 “滚球半径" 20 m LPZ 1 室内次层屏蔽 LPZ 2 设备再次层屏蔽 空调装置 LEMP 摄像机 LPZ 3 灯光 ü ü Intermediate floor LPZ 0 B 插座 局部汇流排 ü ü LPZ 0 B 电源系统 ü ü 电源系统 信息网络系统 LPZ 1 加强筋 防雷等电位连接 雷电流SPD 局部等电位 过压保护器 SPD 防雷保护区 ü LPZ 基础接地极

  17. 雷电保护系统依据IEC 61312-1: 1995-02 建筑物屋顶的外部接闪装置 钢筋墙作为建筑的屏蔽和引下线 LPZ 0 到 LPZ 1 到 LPZ 2的界面 建筑物用钢筋网屏蔽 LPZ 0 通信和数据 的电源过压保护 接闪装置到钢筋的接点 金属结构作为建筑物屏蔽 LPZ 2 屏蔽室里的钢筋 LPZ 1 配电箱 数据线 避雷器 等电位连接 通信线避雷器 230/400 V, 50 Hz 避器器 接地 系统 EBB 地下的钢筋用作 建筑物屏蔽和接地系统 基础接地装置

  18. 防雷保护方案

  19. 浪涌过压保护 主要针对感应雷电﹑操作过电压的防护 • 低压电源防护 • 数据通讯防护 • 等电位连接 • 完备的接地系统

  20. SPD 防 雷 保 护

  21. 电源 Z 进出线缆端口的防雷等电位连接 等电位汇流排 EBB 外部防雷系统 水管 燃气管 阴极保护输送管 基础接地极

  22. 低压浪涌保护器（SPD） 标准 Surge Protection Device : SPD • 国际标准 IEC 61643-1 • 法国标准 NFC 61740 • 德国标准 VDE 0675 • 美国标准 UL 1449 • 英国标准 BS 6651

  23. 低压浪涌保护器（SPD） 国际标准 • 防雷器标准 : IEC 61643-1 (issued Feb.98) • 防雷器的选择与应用 : IEC 61643-2 (in work) • 联合标准: • 直击雷保护 : IEC 61024-1 • 电磁辐射脉冲 保护: IEC 61312-1(Lightning Electromagnetic Pulse)

  24. 低压防雷器的等级 安装位置 > 进线端 分配端 设备端 国际标准 Class I Class II Class III 法国标准 Imax enhanced Standard 采用国际标准 德国标准 Class B Class C Class D 美国标准 ClassC ClassB ClassA 英国标准 Class C Class B Class A

  25. 低压防雷器的特性 安装 位置 > 线路入口 分配端 设备端 国际标准 10/350 µs8/20 µs 8/20 µs1.2/50 µs Iimp=20 kA max In=20 kA max Isc=10 kA max 法国标准 In > 20 kA In > 5 kA 德国标准 10/350 µsIn = 5 kAIn = 1.5 kA 0.5-50 kA美国标准 10 kA 3 kA 500 A 英国标准 10 kA 3 kA 500 A

  26. 防雷器IEC 61643-1 国际标准 • Test Class I : • For a SDP (called Lightning Current Arrester) intended to be install in a installation equipped with a LPS where a part of the current of the direct lightning strike could cross the device. • Test Class II : • For a SDP intended to be install at the electrical entrance or inside a classical installation. • Test Class III : • A different way (american type..) to test a SPD : more adapted to « low power » SDP.

  27. 低压浪涌保护器 - 选 择 • 按防雷等级选择 : • « Class I » SPD 要求可以防止直击雷 (LPS on installation) • « Class II » SPD 可安装与线路进口或建筑内部分线端 • « Class III » SPD 安装设备侧 • 选择放电电流 : • 对于高暴露性防护选择 70 kA (或更以上) • 对于标准安装选择 40 kA • 对于设备侧选择10kA • 防雷器的选择原则 : • 高敏感设备 (限制电压低) • 广泛应用 (secondary overshoots) • 配合熔断丝或断路器 • 优先使用防雷熔断丝或延迟断路器

  28. SPD的安装

  29. SE M 防浪涌和过压类型（依据DIN VDE 0110 Part 1） 1.5 kV I 6 kV IV 4 kV III 2.5 kV II 230/400 V C D B none 依据 E DIN VDE 0675 Part 6/A1、SPD 级别的区分

  30. 电源系统保护

  31. 主配电柜 分配电柜 设备 避雷器 浪涌避雷器 浪涌避雷器 SEB 电表 L1 L2 L3 PE N kWh PEN EBB EBB LPZ 0 LPZ 1 LPZ 2 避雷器在电源技术网络中的应用 LPZ = 防雷保护区 SEB =配电柜 EBB =等电位连接排

  32. SPD 的安 装

  33. 电源防雷器工作原理 • 当电网由于雷击出现瞬时脉冲电压时, • 防雷器在纳秒内导通，将脉冲电压短路于地泄放，后又恢复为高阻状态，从而不影响用户设备的供电。 设 备

  34. Ｂ类防雷等电位连接避雷器 • 50 % (100 kA, 10/350 µs) 的电流是通过接地系统泄放的. • 50 % (100 kA, 10/350 µs) 的电流是被内部的供应系统泄放的.(电源系统, 信息技术系统, 金属管道等.) • 如果在最坏的情况里仅有电源系统，它将承受50％的雷电流. 假设最坏的情况仅有两条导线(L; PEN) , 则每根导线要承受 50 kA (10/350 µs) 的电流. 这是一个避雷器承受的最坏情况. 它有以下的参数 : • 电流峰值 50 kA (10/350 µs) • 电量 25 As • 单位能量 0.625 MJ/

  35. 假设雷电流的泄放 100% 外部 防雷装置 通讯系统 电源系统 金属管道 等电位连接排 50% 50% 50% 接地系统

  36. 火花间隙成份避雷器的特性 火花间隙的击穿电压 浪涌电压 1.2/50 µs 雷电流 电源系统中的电流 100 kA 火花间隙灭弧 几 kA µs 大约 100 µs 大约 10 ms 电源系统电压 电压 电流

  37. 敞开式火花间隙的剖面模型

  38. 喷弧技术功能图 隔离气体流向的材料 电极 1 气体流向 - 径向 - 纵向 电极 2 (驱动电极) 弧光

  39. TN - C 系统B级防雷器安装示意图 F1 L1 F2 L2 F3 L3 PEN Conductor size 16 mm² 125 A 25 mm² 160/200 A 35 mm² 250 A F4 F5 F6 Terminals up to 50 mm² stranded Groundingcross-section = conductor size F4 - F6 250 A gL required only if F1 - F3 > 250 A gL

  40. 过电压保护器 C级 • 符合 E DIN VDE 0675 第 6/11.89 部分和第 6/A1/03/96 部分 • 具有遥信接点选择，可以供集中监控使用 • 具有故障显示窗口 • 模块化设计，方便维护，并不影响供电 • 内置热感断路器，避免因发热而导致爆炸 • 反应时间纳秒级 • 采用导轨式安装 • 额定放电电流 ：20KA(8/20 μs) • 高阻燃性

  41. C级浪涌保护器剖面图

  42. 在金属氧化物上的过压保护器的特性 残压 浪涌电流 8/20µs 电源系统电压 电源系统电压 5kA 大约10µA 大约 10 µA 大约10 µs 电压 电流

  43. 谢谢大家！

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