GB T 19271.3-2005 雷电电磁脉冲的防护 第3部分;对浪涌保护器的要求.pdf

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1、ICS 91. 120.40 P 30 道B中华人民共和国国家标准GB/T 1927 1. 3-2005/IEC TS 61312-3: 2000 雷电电磁脉冲的防护第3部分:对浪涌保护器的要求Protection against lightning electromagnetic impulse (LEMP)一Part 3: Requirements of surge protective devices (SPDs) (lEC TS 61312-3: 2000 , IDT) 2005-07-29发布中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会2006-04-01实施060

2、529000297 GB/T 19271.3-2005/IEC TS 61312-3:2000 目次前言.皿引言凹1 范围2 规范性引用文件.3 定义、缩略语和符号.4 相关威胁值一一雷电流参数-5 按防雷区布置SPD. 6 对SPD的性能要求.7 能量配合.7 8 验证方法10附录A(资料性附录)两个SPD间配合的若干例子A.1 限压型SPD间配合的例子A. 2 电压开关型与限压型SPD间的配合实例20附录肌资料性附录)影响被保护系统中雷电流分布的若干因素M且I影响低压系统中雷电流分布的因素 24 附录资料性附录)SPD的安装位置C.1 安装位置 u 参考文献.图1将需要保护的空间划分为不同

3、防雷区的示例. . 11 图2一座建筑物划分为若干个防雷区并作适当等电位连接的例子12图3CBN阻抗低得可忽略不计时，建筑物中SPD能量配合的基本模型(见7.1). . 12 图4两个限压型SPD的基本组合与能量配合13图5电压开关型SPD和限压型SPD的基本组合与能量配合14图6以10/350及0.1kA/阳进行能量配合时，确定去榈电感的原则图7方案1(限压型SPD)的配合原则16图8方案n(限压型SPD)的配合原则图9方案囚(电压开关型/限压型SPD)的配合原则图10方案目的配合原则17图11用标准脉冲参数进行的LTE配合方法四图A.1两个限压型SPD间配合的电路图图A.2两个限压型SPD

4、的伏安特性图A.3两个限压型SPD组合的电流和电压波形20图A.4电压开关型SPD1与限压型SPD2间配合的电路图20图A.5电压开关型与限压型SPD组合的电流和电压波形SPDl不放电20图A.6电压开关型与限压型SPD组合的电流和电压波形一SPD1放电21图A.7对于10/350冲击电流，电压开关型SPDl与限压型SPD2间能量配合的例子21GBjT 19271.3-2005jIEC TS 61312-3:2000 图A.8对于0.1kA/f.!s冲击电流，电压开关型SPD1与限压型SPD2间能量配合的例子22图B.1雷电流分布的基本模型25图B.2雷电流分布基本模型的电路图.26 图B.3

5、连接电缆长度不同时，系统中雷电流的分布(见图B.2) 26 图B.4电缆长度为500m时的电流分布(见图B.2) . 27 图B.5电缆长度为50m时的电流分布(见图B.2) 27 图B.6电缆长度为100m时，变压器接地阻抗不同时的电流分布(见图B.2) . 28 图B.7多个用户情况下雷电流分布的模型28图B.8多个用户情况下的电流分布(见图B.7) m 图B.9流入配电系统的局部雷电流的简化计算.30 图B.10 雷电流分布模型(另见图B.11) n 图B.l1简化后的等效电路图(另见图B.10) 31 图C.1模拟以不同长度电缆连接SPD及各种不同负载时的试验电路.32 图C.2SPD

6、及负载上的电压(1m连接电缆，见图C.l)图C.3SPD及负载上的电压(10m连接电缆，见图C.l)34图C.4SPD及负载上的电压(100m连接电缆，见图C.l)表1首次雷击雷电流参数.E GB/T 1927 1.3-2005/IEC TS 61312-3:2000 前GB/T 19271(雷电电磁脉冲的防护分为4个部分:一一第1部分t通则;一一第2部分z建筑物的屏蔽、内部等电位连接及接地;一一第3部分z对浪涌保护器的要求;一一第4部分:现有建筑物内设备的防护。本部分为GB/T19271的第3部分，等同采用IECTS 61312-3: 2000(雷电电磁脉冲的防护第3部分:对浪涌保护器的要求

7、(英文版)。本部分等同翻译IECTS 61312-3: 2000。本部分的附录A、附录B和附录C均为资料性附录。为便于使用，本部分作了一些编辑性修改:一一将一些适用于国际标准的表述改为适用于我国标准的表述。如将本国际标准.改为本标准;IEC61312的本部分改为本部分。一一按照汉语习惯对一些编写格式作了修改。如:注后的连宇符一改为冒号宇符一改为空格;表编号、图编号与标题之间的连字符一改为空格。一一按IEC规定国际标准编号一律改为1997年后的编号。如IEC1024改为IEC61024 一一规范性引用文件的引导语按GB/T1. 12000的规定编写。-一一术语和定义按GB/T1. 1一2000的

8、规定编写。本部分由全国雷电防护标准化技术委员会(SAC/TC258)提出并归口。本部分由广东省防雷中心负责起草。参加起草的单位还有:清华大学电机工程与应用电子技术系、总装备部工程设计院、中国电信集团湖南省电信公司、中国气象局监测网络司等。本部分主要起草人:杨少杰、黄智慧、张伟安、余乃椒、金良、何金良、陈水明、潘正林。阳山GB/T 1927 1. 3-2005/IEC 18 61312-3:2000 51 按照GB/T1927 1. 1防雷区的概念，每当一条电气线路穿过防雷区界面时，需安装浪涌保护器。这些SPD应充分配合好，使各个SPD能按照它们各自的耐受能力承担可接受的浪涌，并有效地将原始雷电

9、威胁减小至被保护设备的抗损能力范围内。本部分提供了实现能量配合的方法和规则。N GB/T 19271.3-2005/IEC TS 61312-3: 2000 雷电电磁脉冲的防护第3部分:对浪涌保护器的要求1 范围本部分对已由GB18802.1作了标准化的浪涌保护器提出技术要求。这些SPD是按照GB/T1927 1. 1 阐述的防雷区概念进行安装的。首先，从相关的初始威胁值出发，本部分给出了如何确定各个SPD所承载浪涌的指南。对于安装有SPD的复杂系统，遵循本部分所描述的方法，可将系统划分成若干个简单的基本结构。知道了系统中各处局部雷电流的大小及方向，就可选择合适的SPD。本部分还涉及SPD相互

10、之间以及SPD与被保护设备之间能量配合的一些基本问题。为了实现有效配合，需要考虑各个SPD的特性以及相应安装地点的浪涌状况。本部分还简要说明验证系统中安装的SPD是否配合的方法。2 规范性引用文件下列文件中的条款通过GB/T19271的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不住日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。GB/T 16935. 1-1997 低压系统内设备的绝缘配合第一部分:原理、要求和试验CidtIEC 60664-1:1992)

11、 GB/T 17626.5-1999 电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验CidtlEC 61000-4-5: 1995) GB/T 19271. 1-2003 雷电电磁脉冲的防护第1部分:通则(1EC61312-1 :1 995. IDT) GB/T 19271. 2-2005 雷电电磁脉冲的防护第2部分:建筑物的屏蔽、内部等电位连接及接地(1EC TS 61312-2:1999.IDT) GB/T 19271. 4-2005 雷电电磁脉冲的防护第4部分:现有建筑物内设备的防护(IECTS 61312-4: 1999. IDT) GB 18802.1 2002 低压配电系统的电涌保护

12、器(SPD)第1部分:性能要求和试验方法Ix若所取LOE小于LOE-0.1kA/川则实现配合的电流I，Ix注:10/350问以及O.1 kA/ f1S两种情况下，MOV的Ix可能不同。10/350s 或0.1kAI阳己国哥15 以10/350阳及O.1 kA/阳进行能量配合时，确定去藕电感的原则圄6GB/T 19271.3-2005/IEC TS 61312-3: 2000 16 LOE= (UOV-dyn-U,) x击LOE-I0/350 = (UOV-dyn -U,) X 10孚lX 电流I12 1, t, 电压UUOV- UOV-2 tl 8 U1 = fC X) LOE一0.1W.,=

13、 (UOV-dyn-Ul) X 10旦旦町.yn.kA LOE = LOE-I0/350问及LOE-0.1kA/.，两者中的较大者圄6(续)12 t2 ，-一-一-一一-，-r-白白-句L_一-一-一-一-一-一-U, (SPD1) =U,. (SPD2) =U,. (SPD3) =U, (SPD4) 圄7方案1(限压型SPD)的配合原则时间t时间t输入端GB/T 1927 1.3-2005/IEC TS 61312-3: 2000 ，-一-一-一-一-一-一-，被保护设备一一一一一-一一一-一一一一一一厂-5-: L_一-一-一-一一-一白一-_ju, (SPDl) Ure (SPD2) U

14、, (SPD3) Ure, (SPD4) 圄8方囊nc限庄型SPD)的配合原则广-一-一-一年一-一-一-一-，被保护设备Ure (SPD2) =u,. (SPD3) =Ure (SPD4) 固9方案mc电压开关型/限压型SPD)的配合原则1-一-一-一-一-一-一-一-一-一-一-一-，| 去糯元件| L 圄10方案N的配合原则输出端17 GB/T 19271.3一2005/IECTS 61312-3: 2000 18 SPD1 U 1.骨将UOCWUT)和ISC转换为与之等效的组合波标准脉冲1. 2/505.8/205.Z! =20 圈11用标准脉冲参数进行的LTE配合方法SPD2 组合波

15、发生器GIi/T 19271.3-2005/IEC TS 61312-3:2000 附录(资料性附录)两个SPD间配合的若干例子A 通常，对于配合来说，考虑SPD参数的分散性是很重要的。去稿元件限压型SPD间配合的例子 己国西A. 1 Z. OX 10 10 -6 105 103 100 10 -3 19 电流I/A注:由本例可看出，仅了解MOV的参考电压Uref对配合来说是不够的。图A.2两个限压型SPD的伏安特性800 nv FO U国Hf700 GB/T 19271.3-2005/IEC TS 61312-3: 2000 飞YIu(mm头f刁阳盯O川 ./ 、1. 0 0.9 0.8 A

16、bM属HtMOV2电压MOV1电压o. 7 500 400 300 200 MOV2电流0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.0 1. 0 时间tlms0.8 0.6 o. S 时间tlms两个限压型SPD组合的电流和电压波形0.4 0.2 100 0 0.0 1. 0 0.6 0.4 0.2 圄A.3去铜元件电压开关型与限压型SPD间的配合实例 A.2 L/R SPD2CMOV) U,ef Wmax 限压型SPDl(SG) UOV-dyn. 电压开关型电庄开关型SPD1与限压型SPD2闰配合的电路固圄A.4川口。n怪.SG电压国IV任P斗豆1. 0 -t MOV电压非=

17、.=.=.=.=.=巾、I叩门0/350)、火,. MOV电流吨、/句:电哥哥哥哥吧.叫. 有1. 0 ，且、h叫馁。.8哥0.6 0.4 0.5-0.0 0.0 / 0.8 1. 0 时间tlms0.6 0.4 0.2 0.8 1. 0 时间tlms0.6 0.4 0.2 电压开关型与限压型SPD组合的电流和电压波形一一-SPD1不放电圄A.520 GB/T 1927 1. 3-2005/IEC TS 61312-3: 2000 3.0 -1 1-SGI压。oJ此工士一一一一一3.5 Ah】因而古飞.I.u咽，(10/350); 大.!i-、I cr、.、r叫-._. 1. 50 .!I 问

18、1.25 娓召P1. 00 0.75 0.50 0.25 500 400 300 200 100 0.00 0 时间t/p.s 时间t/p.s电压开关型与限压型SPD组合的电流和电压波形一-SPD1煎电固A.6去铜元件LDE=8H/I0H SPD2(MOV) Uf(1 mA)=510 V Wmax=l 000 J SPD1 (SG) 冲击放电电压(1kV/p.s) , 4 kV 直流放电电压，2kV 能量W/kJ1. 25 1. 00 0.75 0.25 0.50 电路阁a) 电压U/kV4.5 4.0 1. 0 0.5 2.5 2.0 3.5 3.0 1. 5 电流I/kA3.。1. 5 1

19、. 0 0.5 2.5 2.0 21 0.00 2.0 时间t/msLOE=8H时的电流/电压/能量特性一一能量不配合(10/350s)对于10/350冲击电流，电压开关型SPD1与限压型SPD2间能量配合的例子1. 5 1. 0 0.5 0.0 0.0 b) 0.0 圈A.7GB/T 1927 1. 3-2005/IEC TS 61312-3 : 2000 电流I!kA电压U/kV能量W/k3. 0 4.5 1. 25 斗也一一-?主fi电更FJJELf131土kV2.5 I W m. = 1 000 J 3. 5 -ty-一一一一-一一-一-一-:二二F户卢一-一一-2. 0 3.0.，二

20、i.vP1点的电压-1. 5 2. 5 V 、.1. 0 ;511 6Y通过叫电流-|;f 0.5 0.0 0. 1 kA/s 25 20 15 10 。0. 0 。50 100 150 200 250 时间t/Sb) LoE=10H时的电流/电压/能量特性一一一能量不配合(0.1kA/ lls) 圄A.8对于O.1 kA/阳冲击电流，电压开关型SPD1与限压型SPD2闽能量配合的例子22 电流I/kA电压U/kV25一-，3. 0 20 15 10 5 口c) 飞SG放电电压 GB/T 19271.3-2005/IEC TS 61312-3:2000 能量W/kJ-,- 3. 5 / . /

21、 ./.J.3.。 / 正-/-/ 2. 5 ,/ I / 2.0 . / ,/ / 1. 5 . W m.=l 000 J 1. 0 0. 5 23 GB/T 19271.3-2005/IEC TS 61312-3: 2000 附录B(资料性附景)影晌被保护系统中雷电流分布的若干因素B.1 影晌低压系统中雷电流分布的因素从GB/T19271. 1中规定的初始相关雷电威胁值出发，以下各节说明影响被保护系统中雷电流分布的各种不同因素之间的基本关系。为此目的，定义了一个普遍有效的例子(图B.1)。对于这样一个总体布局，基本上能说明各种影响因素的作用。图B.2给出用于计算的等效电路图。注:这些分析所

22、需的计算可借助于网络分析程序(如PSPICE或EMTP)来进行。所用的电缆、接地体、变压器等的局部模型符合该领域的工程状况。以此处所关注的避雷器的配合问题具有必要精度为取向来选择模型。在这些模拟中，所有元件的阻抗值都假定为典型值。作为示范，电源电缆采用50m、500m、1000 m的不同长度。在一些特殊情况下，模拟中或许会采用其他的不同值。这些模拟给出了一个复杂系统内过电压保护的例子。在这些例子的计算中，忽略了所有的电容。如果考虑了所含的电容，将在示波器上见到某些振荡。然而，对于本研究，这些振荡的实际意义很小，研究中的主要问题是各条导线中的电流分配。B. 1. 1 电源电缆的影晌B. 1. 1

23、. 1 电源电缆长度对流过电缆线的局部雷电流波形的影晌图B.3给出了长输电线对电摞系统内雷电流分布以及电源线中雷电流上升速率的影响。在所有这些研究事例中，假定雷电流为200kA、10/350阳的外加浪涌电流。注1:加大R盯和RES(二三20.m，会使接地系统和配电系统中的电流分布更均衡。在这一简化了的试验电路中，忽略了水管及电话线的接地电阻。由于采用长电缆，电源线上雷电流的波前时间(T1/Power，川m)增加了，其变化取决于系统中的L/R比例关系:式中:L 回时rt巾t由h，咽n咱g-s阿s町阳yR时h，旧11n巾1 L_no / R_.;no 1 l/POWER-SYSTEM T / n

24、( B. 1 ) Learthing- system / 、earthing-system注2:在本文中，分清T丑l，与上升速率是非常重要的。T，只随L/R变化，上升速率除随L/R变化外，还随浪涌电流峰值的大小而变化。在冲击电流的起始段，电流的分配是由系统的电感比Lma阳臼/厅L阳町thm中E由于电流变化速率低，浪涌电流将按系统的电阻比Rmains/R町hmg-system进行分配:业旦旦一旦旦1 mains Rearthing-sy目em( B.2 ) B. 1. 1.2 电缆长度对导线间电流分布的影响随着变压器与用电系统之间供电电缆长度的增加，变压器阻抗的影响将逐步减小。因此，各导线的局部

25、电流将出现一个均衡分布(见图B.的。只有在采用短电缆或中性线具有非常低的阻抗(例如由于重复接地)时，才可能出现三条相线L1、L2、L3及中性线间的非均衡电流分布。图B.5说明了电流在这种系统中的分布情况。B. 1.2 变压器的影晌如B.1.1.2中所述的，变压器阻抗对电流分布的影响取决于电缆长度。24 GB/T 1927 1.3-2005/IEC TS 61312幽3:2000此外，还必须考虑到，由于变压器流过浪涌电流，将在变压器的绕组上产生过电压。为了避免变压器受损，可在变压器上安装SPD以限制这些过电压。当这些SPD动作后，变压器阻抗的影响可忽略。B. 1.3 接地系统的影晌变压器接地系统

26、电阻与用户接地系统电阻的相互关系是雷电流分布的决定性因素。减小变压器的接地电阻，导致流过低压系统中电流的增加(见图B.6)。B. 1.4 多个用户的影晌在安装实践中，绝大多数情况是配电系统接有多个用户。图B.7给出了其基本电路图。由于相互并联而使用户配电系统的等效阻抗降低，导致了低压系统中局部雷电流的增加。在只有一幢建筑物的情况下，流入低压系统的雷电流约占总雷电流的50%。而在配电系统有两个或多个用户情况下，如图B.8所示，此值可升至70%或更高。在配电网密布的地区，大部分雷电流将因此而流入低压配电系统。B. 1.5 简化的计算方法在装有外部防雷系统的建筑物遭到直接雷击的情况下，为了确定流经各

27、个SPD的电流分布，通常采用各个接地系统(例如，建筑物的接地、水管的接地、配电系统的接地等)的欧姆电阻进行计算就足够精确了。图B.9给出了确定各个局部雷电流的简化计算方法。随后给出简化计算方法的一个应用实例(图B.11)，图B.10给出了其电路模型。多防雷系统用户变压器接地系统用户接地系统注:图中所选的所有参数仅作示范用。所得结果只是一个例子，用以说明一个复杂系统中过电压保护的基本原理。圄B.1雷电流分布的基本模型25 GB/T 1927 1. 3-2005/IEC TS 61312-3:2000 电压保护的基本原理。?Jt:压器用户物流筑电建雷击的雷统遭系过电问啤jm mum nunUA R

28、JUFOA 度度度长长长缆缆缆电电电150 125 25 100 75 50 图例:LTI-T 3 =50 MA运时古600 700 时间t/问连接电缆长度不同时，系统中雷电流的分布(见固B.2)500 400 300 200 100 图B.326 GB/T 1927 1. 3-2005/IEC TS 61312-3: 2000 e g r u g -.气200 100 25 175 150 125 75 50 50 同运Ht700 600 500 400 300 200 100 27 时间tls电缆长度为50m时的电流分布(见图B.2) 图B.5GB/T 1927 1.3-2005/IEC

29、TS 61312-3: 2000 200 175 100 50 25 150 125 75 MA国幅画700 600 时间t/LS500 400 300 200 100 图例:a,()RET=3.0 (l;RES=3.0 (l b , (-.-)RET=O. 3 (l;RES=3. 0 (l 电缆长度为100m时，变压器接地阻抗不罔时的电流分布(见固B.2)固B.6乡用户低压系统用户统系=蜘.的户用低压系统高压系统变压器接地系统用户2的接地系统注:图中所选的所有参数仅作示范用。所得结果只是一个例子，用以说明复杂系统中过电压保护的基本原理。多个用户情况下雷电流分布的模型圈B.728 GB/T 1

30、9271.3-2005/IEC TS 61312-3:2000 200 175 MA同国RS句句句句句甸甸-h h h 、ru、j/、, . I阳萨150 125 100 I/气、75 50 25 700 600 500 400 300 200 100 。29 时间t/阳多个用户情况下的电流分布(见圈B.7)固B.8GB/T 19271.3-2005/IEC TS 61312-3:2000 ? 丁1111-.l. RE1 R e8Tth/ g R ea rth/ lI Rearth/ g 本计算中，所有相邻建筑物的接地系统和变压器接地系统的并联电阻值Rco盯r怕川m川，rn们n什，等于或小于遭

31、雷击建筑物接地系统的电阻值R凡e臼a川r图B.9流入配电系统的局部雷电流的简化计算30 变电站B. 1. 6 流过SPD电初始雷电参数:计算:见注1变电站接外加50Imains三60kA 建筑物GB/T 19271.3一2005/IECTS 61312-3 : 2000 多I，=100kA(川电信分局Z Lcc LES LEC 注1:图中所选的所有参数仅作示范用。所得结果只是一个例子，用以说明复杂系统内过电压保护的基本原理。注2:用接地系统及电缆的欧姆电阻进行计算，对近似计算来说，通常己有足够的精确度。图B.11简化后的等效电路圄(另见图B.10)31 GB/T 1927 1.3-2005/I

32、EC TS 61312-3: 2000 附录C(资料性附录)SPD的安装位置C. 1 安装位置如果SPD安装位置不恰当，尽管有正确的能量配合，被保护的设备仍可能遭到损坏。其原因是在SPD与被保护设备之间的电缆上存在反射现象。在临界导体长度条件下，SPD特性及被保护设备的输入阻抗是很重要的。图C.l给出了一个简化电路的例子，以说明不同安装位置、不同电缆长度以及不同负载的影响。图C.2至图C.4表明在连接电缆末端可能存在高的振荡电压，这取决于上述安装条件。32 注:为了用网络分析程序模拟这些影响，需要有一个复杂的连接电缆模型(例如，具有足够多的集中参数线段的R-L传播模型)。而在考虑这些因素时，不

33、必模拟与频率相关的一些效应，如集肤效应或介质损耗效应。浪漏组合被发生椿不同的负载注:图中所t选的所有参数仅作示范用。所得结果只是一个例子，用以说明复杂系统内过电压保护的基本原理。圈C.l模拟以不同长度电缆连接SPD及各种不同鱼载时的试验电路GB/T 19271.3一2005/IECTS 61312-3: 2000 SPD上的电压0.5 。-0.5 MA己国哥50 时间t/阳40 30 20 10 一1.00 0.5 负载上的电压。0.5 MA气时国副50 40 30 20 10 1. 0 0 33 时间t/!，-5SPD及负载上的电压(1m连接电缆，见圄C.1)圄C.2G/T 19271.3-

34、2005/IEC TS 61312-3: 2000 SPD上的电压0. 5 MA己国副MA口出面50 40 30 20 10 一2.00 时间tlp.s注:最强的振荡是由具有最大阻抗的负载引起的。SPD及负载上的电压(10m连接电缆，见图c.1)圄C.334 GB/T 1927 1. 3-2005/IEC TS 61312-3: 2000 50 时间t/阳SPD上的电压0. 5 MA气国西50 40 30 20 10 2.0 0 35 时间t/sSPD及负载上的电压(100m连接电缆，见图C.1)图C.4GB/T 19271.3-2005/IEC TS 61312-3: 2000 参考文献口J

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36、MC)-Part 5: Ins创talla凶a旧ttion guidelines-section 6:肌1itigationof external influences. 4J IEC 61643-12 ,-Surge protective devices connected to low-voltage power distribution system Part 12: Selection and application principles!) . 5J IEC 62066，一Generalbasic information regarding surge overvoltages an

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