防雷装置中SPD有效连接问题的探讨

防雷装置中SPD有效连接问题的探讨

宋怡恒宋怡恒许晖

（中山市气象公共安全技术支持中心，广东中山528400）

摘要:本文主要根据防雷装置SPD安装实际，首先分析了SPD连接问题的危害性，接着重点阐述了如何凭借凯文式接线法和多条并联导线等相关方法有效处理好SPD的连接问题,从而为SPD安装人员以及防雷安全验收人员在实际工作提供参考。

关键词:防雷装置；SPD；连接问题；凯文接线；

引言

所谓SPD(即电涌保护器)还可称为浪涌保护器及防雷器，在整个防雷工程中发挥着重要作用，能够有效限制瞬态过电压及降低电涌电流。一般来说，SPD可有效的避免或者减轻雷击对低压电气、电子设备带来损坏，尤其是在低压配电系统装设SPD，能够最大限度地降低雷击对建筑物及其内部电气、电子设备破坏。近年来，随着社会的不断发展进步以及我国经济水平的不断提高，在各类建筑物内装设电气、电子信息设备逐步增多，但电子信息设备在运行过程中的电压通常较低，且耐压水平也不高，极易受雷电电磁脉冲的冲击而造成破坏，所以社会公众对于电气、电子信息设备防雷保护特别关注，SPD应用愈来愈普遍。

为确保建筑物安全，在实际防雷检测验收工作中验收人员除对直击雷防护措施及雷电电磁脉冲的防护措施进行检测外，还应该高度重视低压配电系统中SPD的安装布设现场检测问题。在SPD现场检测中不仅需要重视SPD的型号选择以及性能是否适宜,而SPD的安装工艺是否合理也有为重要。然而,因为具体条件限制，SPD在安装方面常常没有办法达到标准规范的要求,特别是SPD连接线太长的问题比较明显。因此，本文重点对防雷装置中SPD有效连接问题分析探讨，从而为安装人员以及检测验收人员实际工作中提供有价值指导依据。

1SPD连接线太长危害

由电路方面分析可知,1根导线同时会具备电阻、电容依据电感等特性。在交变电路中,电感部分电压降为导线上压降的重要部分,同时导线的电感伴随着长度的增加而不断增，即长度远超过线形增长。通常情况下，每米长的直导线(直径处于0.5至2mm之间)电感大概是一至几个微亨(μH)。虽说该电感值非常小，但是因为雷电瞬态电流较大的变化,可以在电感上出现数值比较客观的电压降,同SPD进行串联的电感主要是它两端的连接线所形成的,在雷电流发生作用时,保护支路两端的实际箝位电压Uc主要由2部分构成:

Uc=UP+(L1+L2)

在上述公式中，Up表示的是SPD本身的箝位电压，L1与L2代表的是SPD两端导线的电感。假如Up设定为1.5kV,两端导线长假设分别是1m与2m。此外，结合GB/T21431-2008《建筑物防雷装置检测技术规范》中第5.8.1.2.1款作出规定:“U是SPD两端引线上产生的电压,通常取1kV/m(8/20μs20kA时)。”通过其估算:Uc=1.5+1+2=4.5(kV)在该雷电流中，因为连接线电感所给予电压降分量为总电压降的65%以上,如此高的暂态电压对需SPD进行保护电子设备而言无法承受。也就是说,SPD所发挥的箝位限压作用会被SPD连接线电感破坏，无法达到防雷实际效果。

2.采取凯文接线法解决解决连接线太长的问题

一般情况下，若单单采取传统的SPD连接线布设方式，会因为具体条件制约，而导致连接线的长度无法达到相关规范标准的要求,这时可以采取凯文接线法解决SPD连接线太长的问题。凯文接线法主要是把保护分支或保护元件并联连接点设置为受保护系统线路，尽可能靠近保护元件两个引线端。简而言之，此类方式主要是指凭借合理地拓展系统布线来缩短保护分支的连接线长度。由此可以看出,SPD连接线上电感某部分从和SPD串联的点转移至被保护设备信号或者电源线上,从而可以大大减小保护分支中的电感。下述为凯文接线方法实际应用典型示例。

2.1配电柜内凯文接线法的应用

如图1（a）所示是在配电柜内安装SPD防雷装置的常见示例。根据图中的连接方法可知，SPD防雷装置两端连接线的长度明显无法满足规范标准要求。根据图1（b）可知，SPD连接线通过凯文接线方法重新排列，而配电柜中原始元件布置并未受到影响发生改变。这种情况把接地干线连接到SPD的接地端，然后凭借引线连接到接地母线，其效果依然是避免SPD接地引线电感引起的电压降和接地电阻引起的电压降。

2.2采取凯文接线法应引起重视的问题

以上2个示例是在理想条件下应用凯文布线方法，但并非所有位置都能够采取这种方法。该类方法最大的缺点是大容量配电系统中母线直径大（或者使用铜排），但是SPD接线端子容量相对有限，不能以这种方法连接。此外，因为凯文接线方法在很大程度上使得接头数量增加，使得系统由接头故障（松脱、接触不良、接点氧化等）引起事故的风险概率有所攀升。然而，因为这种方法不会因接线距离而导致系统残余电压上升，因此实际应用价值较高，故需要结合实际情况有选择地去使用该类方法。

3.运用多条并联导线释放雷电流

金属导线电感通常和导线导体截面的几何形状及导线长度具有紧密联系。对于一段呈圆形截面导体而言,它的电感一般可以依据下式估算:

L0=0.2H(2.303lg-0.75)

在上述式中，L0表示电感(μH),H表示导体长度（m）,r表示导体长半径(m)。按照上式获取不同截面及长度导线电感,还有在8/20μs、20kA浪涌电压作用下导线电感可能引起的压降估算值。圆形截面导体电感通常由它的长度H所决定,半径r对电感所产生的影响较小(相同长度导线截面从1mm2上升至10mm2,电感降低10%～15%)。检测人员在SPD现场检测工作时有时还会发现,若SPD连线不符合要求时，安装人员常凭借对连接线截面增大方式去弥补,经过上述分析可获悉凭借对截面积增加方式促使接地线上电压降减小效果有限。

4.结语

虽然防雷装置中SPD布设是常见问题，但由于SPD限压不够或其他因素，每年仍有很多设备受到损坏，所以SPD连接线问题必须引起足够重视。如今，各种防雷新技术和新方法正在不断兴起，防雷工作人员应不断强化新技术、新知识学习，不断优化防雷装置检测方法，提升防雷检测技术水平，最大限度确保防雷项目质量。

参考文献

[1]叶平,赵丹,刘艳玲,等.低压配电系统SPD的安装设计内容及其注意事项[J].智能建筑电气技术,2013(2).

[2]谭桂冰,杜建德,梁伟汉.电涌保护器(SPD)在低压电气系统中的设计[J].气象研究与应用,2013(4).

第一作者简介：宋怡恒（1984-）男，汉族，湖南常德人，本科，工程师，从事防雷工作。