建筑低压配电系统防雷设计研究

建筑低压配电系统防雷设计研究

徐银平

关键词:建筑；低压配电系统；防雷设计

前言

近年来，我国建筑行业快速发展，低压配电系统建设越来越复杂，这对于防雷设计提出了更高的要求。建筑低压配电系统运行过程中，雷电沿着通信线路或者供电线路冲击低压配电设备，很容易导致低压配电系统损坏，所以要结合不同建筑项目的实际情况，科学、合理地进行防雷设计，建立有效的防雷系统，不断提高低压配电系统防雷设计水平。

1建筑低压配电系统接地设计

1.1接地安全保护设计

对于高层建筑物的电气设计要考虑多种方面的因素，其中放在首位的应该是人身安全。这里所讲的人身安全，不仅指在建筑物中工作或者生活的用电人民的人身安全，而且还包括在进行电气设计安装时工作人员的人身安全。高层建筑物因为楼层比较高，而且建筑物内人员比较多，发生危险时撤退疏散也需要很长的时间。基于这种情况考虑，一般的高层建筑物在设计电气设备时，都要保证有相应的可以自动切断故障点的装置设备，这就是我们平时所提到的接地保护装置。有了接地保护装置，可以为高层建筑的用电安全提供保障。当建筑物内发生危险时，接地保护装置可以自动切断故障点的用电，给人们的安全带来可靠的保障。而接地保护装置设计安装时，都要充分考虑建筑物的地形、电气设备、电路保护装置等因素，只有这样才可以尽量避免因为外部的不利因素对高层建筑物的电路运行带来的危险。

1.2低压配电系统接地保护模式

1.2.1IT模式。TT系统通常也被称为接地制，这个系统对N没有特殊的要求，它主要是指每一根电气设备的PE线以及电源的接地线要保持各自独立接线的状态。在这样的情况下，如果某一个金属设备出现了故障问题使得线路中的电压出现了不稳定的波动，那么这种系统就能够有效地阻止这种情况的出现，这种特性不仅使得共用低压配电电网的负载需求得到了满足，而且对于村落中的居民用电的特点比如负载阻抗较小、分散度较高以及设备比较容易出现故障等能够较好地适应并解决，因此这种系统在我国农村居民配电系统中运用较为广泛。

第一，TN-C系统。TN-C系统的主要特点就是中性线和保护线是合为一体的，并且和设备的金属外壳一起接地。在电流的正常输送过程中，TN-C系统可以承载少量额外的谐波电流。其运行的过程主要是通过供电设备的外壳将N、PE互相连接起来形成一个整体，即PEN线。如果电路出现了故障，PEN线可以通过保护接零形成一种对地的高伏电压，这样对于因为电路故障所造成的电气设备的损害可以得到一定程度的减少。但是这种方法所连接的PEN线也有一定的缺陷，如果在接线两端的压差比较大或者是变化较快，那么由于双向导通特性会非常容易发生电位的不正常转移，如果中性线的电压达到了一个限度，就会造成接线和电气设备被烧坏的情况。因此这种系统对于供电需求比较精确的电子设备来说并不适用，但是由于它的安全性比较强，在相对稳定的供电系统中运用较为广泛。

第二，TN-S系统。在TN-S系统中，保护线和中性线是互相隔离开来的，在这种情况下，PE线本身是没有正常的电流通过的，那么它的外壳也就不会带电，这种系统用在居民以及要求较为精密的设备供电工作中比较多，同时安全性也比较高，但是它还是有一定的缺陷存在，当出现对地短路和故障电压扩散的情况时，这种系统并不能很好地进行解决，这种系统的N线上通过三种成分电流，它们分别是谐波电流、三相不平衡电流和单项工作电流，因为这三种电流是同时在N线上通过的，因此它所产生的绝对值一般比较大，另外，如果增加N线的线路，N线的阻抗会随之变大，而连接点处也存在阻抗，这两个因素会对地面产生相应的电压降，在日常工作中会有电击的危险。

第三，TN-C-S系统。TN-C-S系统是我国居民建筑较常用的低压配电接地系统，在这种系统中，中性线和保护线的连接情况是属于一部分合并、一部分分离的状态。它主要是先通过合并的线路将电力从变压器接到居民楼，再通过分离的线路进行各家各户的供电，这种接地系统不仅有效提升了接线方式的可操作性，而且具备较高的安全性。但是这种接地系统要及时对其接地端做好保养和定期检查的工作，避免不必要的损失出现。

1.2.2TN模式。在这样的接地保护模式中，首先需要将整个建筑物的电气设备外壳都连接到一根保护线上去，同时低压配电系统的中性点之间也应该进行相应的连接。另外，具体来分，NT模式还可以再分为TN-C、TN-S和TN-C-S这三种。从整体上来讲，这三种模式都各有利弊，TN-S适用于数据处理以及精密的电子仪器或者是有危险易爆的场合，而TN-C-S一般常见于工矿企业这样的大型企业的供电线路中。

1.2.3TT模式。采用这种模式的低压配电系统，它的电源的中性点处会进行恰当合理的直接接地保护装置的设计。一般这样的模式适用于城市公路的供电系统中。

2电涌保护器在低压供配电系统防雷设计的应用

2.1电涌保护器的种类

电涌保护器SPD是一种用于带电系统中限制瞬态过电压和导引泄放电涌电流的非线性防护器件。用以保护电气或信息设备和线路免遭雷电过电压或操作过电压及涌流的损害。按其使用的非线性元件的特性分：电压开关型、限压型、混合型，用于通信和信号网络的又分为有/无限流元件的SPD。按在不同系统中的不同使用要求分：按用途分为电源系统、信号系统和天馈系统；按端口型式和连接方式分为与保护电路并联连接的单端口及串联连接的双端口（输入、输出端口），以及适用于信息系统的多端口等；按使用环境分为户内型和户外型等等。

2.2电涌保护器的应用

电涌保护器设置原则主要根据《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）、《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343-2012）标准的相关要求，结合雷电防护分区，以及被保护设备的类型、耐压水平以及所处环境等因素，综合考虑SPD配合使用。

2.2.1电涌保护器的性能参数

SPD的冲击分类试验级别包括：Ⅰ级分类试验（用于安装在LPZOA区与LPZ1区界面处的Ⅰ类SPD）、Ⅱ级分类试验（用于限压型SPD）、Ⅲ级分类试验（对SPD进行的复合波试验）。

最大持续工作电压Uc：允许持续施加于SPD端子间的最大电压有效值（交流方均根电压或直流电压）。Uc不应低于线路中可能出现的最大连续运行电压。冲击电流Iimp（脉冲电流）：由电流峰值Ipeak和总电荷Q所规定的脉冲电流，一般用于SPD的Ⅰ级分类试验，其波形为10/350μs。标称放电电流In（额定放电电流）：流过SPD的8/20μs波形的放电电流峰值（kA）。电压保护水平Up：是表征SPD限制接线端子间电压的性能参数，对电压开关型SPD指规定陡度下最大放电电压，对电压限制型SPD指规定电流波形下的最大残压。额定断开续流值：SPD本身能断开的预期短电路电流，不应小于安装处的预期短路电流值。

结束语

根据建筑项目低压配电系统的运行要求和当地雷电气候变化，优化防雷设计，科学鉴别雷电等级，合理设置防雷设备，明确防雷设计目标，确保防雷设计的科学性，发挥良好的防雷效果，提高低压配电系统的安全性、可靠性和稳定性。

参考文献:

[1]刘春海，刘超．建筑低压配电系统防雷设计研究[J]．山东工业技术，2015，（9）.

[2]徐明敏．关于建筑工程低压配电系统设计[J]．黑龙江科技信息，2015，（18）