建筑电气设计中浪涌保护器SPD后备保护熔断器(断路器)的选用

产生的工频续流。”但由于 SPD 的老化问题及检修方便，作为 SPD 故障短路的后备保护，SPD 支路过 流保护是必要的。规范中只明确 SPD 后备保护器采用熔丝、断路器或剩余电流保护器，但没有明确多 大通流容量的 SPD，设置多大整定值的 SPD 支路过流后备保护。各个 SPD 生产厂商的推荐标准也不一 样，有的厂商甚至推荐不设置。电气设计中究竟采用何种后备保护器以及整定值设为多少，也只能凭设 计人员的经验值或厂商的推荐值来选取。笔者查阅大量资料和结合工程实践提出以下几点不成熟的意 见。 二 SPD 为什么要设置后备保护
随着我国经济、社会的快速发展，各种电子信息技术产品越来越多地渗入到社会和家庭生活的各
个领域，雷电过电压产生的危害和损失也越来越大，人们对雷电过电压的防治也空前的重视。因此在民
用和工业建筑中 SPD（浪涌保护器）被大量的使用。国标《建筑物电子信息系统防雷设计规范》（GB500343
－2004）中根据建筑物电子信息系统所处的环境、重要性和使用性质以及遭受雷击的风险，把民用建筑
熔断器在瞬时大电流的作用下，其弧前熔断过程没有，因此在瞬时大电流作用下，熔体的熔化过程
可以看成一个绝热过程，熔体的额定电流选择应根据 I 2 t 值来选择，因此我门只要算出在不同雷电波形
和雷电流幅值的 I 2 t 就能确定`： 建筑中常用的短十雷击波形如下图所示：（建筑物防雷设计规范 P64 页附图 6.2）
现在市场上可以购买的 SPD 主要可分为三种型式：电压开关型、电压限制型和复合型。电压开关 型 SPD 没有电浪涌时具有高阻抗，有电浪涌时能立即转化成低阻抗，其常用的元件有放电间隙、气体 放电管、可控硅整流器等；电压限制型 SPD 没有电浪涌时具备高阻抗，随着电涌电流、电压的上升， 其阻抗持续的减小，常用非线性元件：氧化锌压敏电阻和抑制二极管；复合型 SPD 常采用电压开关型 和电压限制型 SPD 串联或并联以满足限制电压或通流量的要求。所有这些双端口装置在遭受瞬态电浪 涌时，通过钳制跨接在浪涌保护器两端之间的瞬态电压工作。限制电压的幅值大小取决与瞬态浪涌电流 幅值的大小及波形，并且保护器的动作电压一定要达到一定的幅值，避免干扰被保护线路的正常运行。 但是由于老化及使用条件的恶劣等原因，电子固态保护器件在暂态抑制过程结束后，并不能有效的切断 泄放电流。在被保护线路的工频电压的作用下原先处于导通状态下的电子固态保护器件有可能不会灭 弧，出现续流。此时相当于 SPD 和系统电源出现短路，SPD 中将流过数千安培的短路电流，如此大的 短路电流产生的热效将使 SPD 的电子固态保护器件发生爆裂或爆炸，影响其他设备的安全、正常运行。 也可能使上极主开关出现跳闸，扩大了事故面，使系统的可靠性降低。 三 如何设置 SPD 的后备保护
从上述分析和实验表明：用断路器作后备保护时，线路上的限制电压要高于用熔断器作后备保护的 线路上的限制电压，故大多数专业 SPD 供应厂家都采用熔断器作后备保护的原由，另一方面由于断路 器电感的存在，其响应时间长，这也是系统不希望的。我们来讨论使用熔断器的情况。
SPD 支路上熔断器的主要作用是在 SPD 设备内部短路情况下能有效的切断短路电流，同时能保证 在额定的雷电过电流的情况下 SPD 起到正常的泄流作用。这就要求熔断器的熔断电流躲过额定波形下 额定幅值的雷电流作用，同时小于上级主开关的整定电流，并保证一定的级差，以实现其选择性。
80 A
35
50
35714
80A
35
40
22857
63A
25
30
12857
50 A
10
20
5714.3
32A
6
15
3214
25A
6
10
1428
20 A
4
6.0
514
16A
4
四 建筑电气设计中 SPD 后备保护的选用
经过以上分析可以得出两个结论；SPD 后备保护宜采用熔断器而不宜采用断路器；当采用熔断器
最大放电电 标称放电电 称 放 电 电 称 放 电 电 称 放 电 电
流（KA） 流（KA） 流（KA） 流（KA） 流（KA）
8/20µs
10/350µs
8/20µs
8/20µs
8/20µs
8/20µs
A级
≥20
≥80
≥40
≥20
≥10
≥10
B级
≥15
C级
≥12.5
≥60 ≥50
≥40 ≥20
D级
8/20µs
8/20µs
菲尼克斯 FLT 35(35KA)
125A GL
易雷斯 LS4-100（KA） LS2-30（KA）/420 LS1-40（KA）
LS1-10（KA）
63~125A GL
250A GL
/320
/2
32A GL
16A GL
MoELLer VFB-1 (60KA) VFB-1(25KA)
5SD7078(40KA) 5SD7053(15KA)
160A GL
125A GL
125A GL
安世杰
CLASS-I(40kA)
CLASS-II
CLASS-III(10k
浪涌保护器 SPD 的后备保护选用
樀要： 通过对建筑物的电子信息系统各级防雷的电源线路浪涌保护器标称放电电流的 I2t 及电压
保护水平的分析，说明浪涌保护器 SPD 的后备保护宜采用熔断器，并提出于建筑物的电子信息系统各级
防雷相对应的电源线路浪涌保护器后备保护熔体额定电流推荐值
关键词 浪涌保护器 SPD 后备保护选用 Байду номын сангаас保护器后备保护熔体额定电流推荐值
熔断器作后备保护是一种常用的方案，其特点是熔断体为易熔金属，呈电阻性，电阻为 R。电感 量很小，可以忽略。当雷电流(10/350µs 或 8/20us)冲击时，在线路两端的限制电压为：U 熔=Ri+L(di/dt) L 为连接导线电感，限制电压主要由 L(di/dt)决定，R 上压降较小。断路器作后备保护时，因断路器线 路中有双金属热敏元件和串联的电磁脱扣器，呈感性阻抗，电感为 LAB。当雷电流(10/350µs 或 8/20us) 冲击时在线路两端电压为 ： U 断=Ri+L(di/dt)+LAB(di/dt) ，其中 L 为连接导线电感，LAB 为断路器 电感，一般情况 LAB>L,附加电压要大于连接导线上的压降。因为 Ri<<LAB(di/dt)，所以 U 熔<U 断。 熔 断器的附加限制电压要小于断路器的附加限制电压，用熔断器作为 SPD 的后备保护要比用断路器作为 SPD 后备保护时 SPD 线路的电压保护水平要低，更好的发挥 SPD 的保护效果。
最大允许推荐值以供设计中参考。
市面上常用ＳＰＤ厂商后备保护(最大允许保险丝)推荐值：
第一级最大放电 第一级标称放电 第二级标称放 第三级标称放 第四级标称放
厂商
电流Ｉpeak（KA） 10/350µs
电流 In（KA） 电流 In（KA） 电流 In（KA） 电流 In（KA）
8/20µs
8/20µs
最大放电电流幅值 Ipeak
I2（A2s）
后备保护熔体最小
（KA）（10/350）
额定电流（A）GL
60
900000
250A
50
625000
200
35
306250
160A
导线截面（mm2）
120
70
50
20
100000
100A
35
15
56250
100A
35
12.5
39062.5
80
35
10
25000
物的电子信息系统防雷分为 A、B、C、D 四级，其中对 SPD 的通流容量也进行了规定。详见下表：
电源线路浪涌保护器标称放电电流参数值
保 护 LPZ0 区与 LPZ1 区交界处 LPZ1 与 LPZ2、LPZ2 与 LPZ3 区交界 直流电源标称放电电
分级
处
流（KA）
第一级
第二级标 第三级标 第四级标
∞
∫ I2t= i 2 ×ｄｔ
0
其简化公式为： I2t=（1/2）×（1/0.7）×I2 ×T2 （建筑物防雷设计规范 P64 页附 6.2）
I－雷电流幅值（A） T2－半值时间（Ｓ） 由此查图 可知不同电流波形和不同电流幅值下所须配最小熔体额定电流和最小导线
截面，各计算结果见下表：
最大放电电流（10/350μs）下后备保护熔体选择表：
建筑电气低压配电系统中通常在 SPD 支路中接入一个限流元件作为 SPD 故障短路的后备保护。 此限流元件可以是熔断器、延时型空气开关、剩余电流短路器。采用熔断器来切断续流的接线如图所示：
其中熔断器的额定电流应高于被保护系统的正常运行电流，它的熔断电流应小于 SPD 电子固态保 护器件在电弧区的续流。现有市面上的大部分 SPD 产品其内部均带有一个熔断器（或热断路器），该熔 断器（或热断路器）主要起保护 SPD 的电子固态保护器件作用，由于 SPD 使用场所条件恶劣，其内部
160A GL
80A GL
80A GL
40A GL
25A GL
ISKRA PR0TEC(25KA) PR0TEC(70KA) PR0TEC B2
PR0TECC
PR0TECD
≥100A GL
≥100A GL
(60KA) ≥100A GL
(10KA) ≥100A GL
(3KA) ≥100A GL
SIEMENS 5SD7056(50KA)
分级
额定电流（A）GL
第一级
第二级
第三级
第四级
后备保护熔 后 备 保 护 后 备 保 护 熔 后 备 保 护 后 备 保 护
体最小额定 熔 体 最 小 体 最 小 额 定 熔 体 最 小 熔 体 最 小
8/20µs
电流（A） 额 定 电 流 电流（A）GL 额 定 电 流 额 定 电 流
GL
（A）GL
≥12.5
≥50
≥10
注：SPD 的外封装材料应为阻燃型材料。
≥20
直流配电系统中根据 线路长度和工作电压 选用标称放电电流≥ 10KA 适配的 SPD
一问题的提出 《建筑物防雷设计规范》（GB-50057-94 2000 年版）第 6.4.4 条规定“电浪涌保护器必须能承受预
期通过它的雷电流，并应符合以下两个附加要求：通过电涌时的最大钳压，有能力熄灭在雷电流通过后
浪涌保护器spd的后备保护选用及电压保护水平的分析说明浪涌保护器spd的后备保护宜采用熔断器并提出于建筑物的电子信息系统各级防雷相对应的电源线路浪涌保护器后备保护熔体额定电流推荐值关键词浪涌保护器spd后备保护选用涌保护器后备保护熔体额定电流推荐值随着我国经济社会的快速发展各种电子信息技术产品越来越多地渗入到社会和家庭生活的各个领域雷电过电压产生的危害和损失也越来越大人们对雷电过电压的防治也空前的重视
63
25
标称放电电流（8/20μs）下保护熔体选择表：
标称放电电流幅值 In
I2（A2s）
后 备 保 护 熔 体 最 小 导线截面（mm2）
（KA）（8/20）
额定电流（A）GL
160
365714
160A
50
100
142857
125A
35
80
91428
100 A
35
70
70000
100A
35
60
51428
上海电器科学研究所测得：对同一型号 SPD 进行测试： In=20KA Imax=40KA 时，
串联 RTl4—63 熔断器，在 19．8KA 大电流冲击时(8／20us)，熔断器断开。测得限制电压 U 熔为 2674V。 串联 DZ47—63 断路器，在 18．29KA 大电流冲击时，断路器脱扣断开。测得限制电压为 u 断为 5014V， 其中断路器附加电压为 3KV。
（A）GL （A）GL
10/350µs
8/20µs
8/20µs
8/20µs
8/20µs
A级
≥100A
≥100A
≥63A
≥32A
≥10A
≥10A
B级
≥100A
≥80A
≥63A
≥32A
C级
≥80A
≥80A
≥32A
D级
≥80A
≥80A
≥20A
在实际建筑电气设计中 SPD 后备保护熔断器熔体额定电流值宜小于主开关的额定电流值，并满足级 差配合的要求，以免 SPD 短路故障时扩大事故面。以下是笔者统计的市面上常用ＳＰＤ厂商后备保护
也可能出现短路，因此在现有的工程实际应用中都要求在 SPD 线路上加装一组熔断器或断路器、剩余 电流保护器（剩余电流保护器，价昂贵实际工程中较少采用），以保护 SPD。(Surge protective devices) 笔 者现将对用于不同保护等级的三相电涌保护器后备保护用的熔断器、断路器的选用做一个定量的分析。
VR7 (20KA)
VD7(2.5KA)
250A GL
125A GL
125A GL
63A GL
雷威
DR3 40KA
DR3 20KA
DR3 5KA
DR3 3KA
250A GL
125A GL
63A GL
63A GL
易普康
HL60 (60KA) XX-100(100KA) XX-65(65KA) XX-40(40KA) XX-15 (15KA)
作为 SPD 的后备保护时，SPD 后备保护熔断器额定电流值不应低于下表中的推荐值，否则在雷电浪涌
的冲击下熔断器的溶体会先与 SPD 熔断，SPD 将没法发挥作用。
电源线路浪涌保护器后备保护熔体额定电流推荐值
保 护 LPZ0 区与 LPZ1 区交界处 LPZ1 与 LPZ2、LPZ2 与 LPZ3 区交界处 后 备 保 护 熔 体 最 小