浪涌保护器的设计选型

浪涌保护器设计目录1 总则 (1)3建筑物防雷分类 (1)4 建筑物的防雷措施 (2)5 防雷装置（略） (6)6 防雷击电磁脉冲 (7)6.1基本规定 (7)6.2 防雷区和防雷击电磁脉冲 (7)6.3 屏蔽、接地和等电位连接的要求 (9)6.4 安装和选择电涌保护器的要求 (21)电涌保护器的有效电压保护水平值的选取 (22)选用S P D举例 (23)OBO的SPD典型配置 (24)【SPD的安装接线】 (26)1 总则（1）为使建（构）筑物防雷设计因地制宜地采取防雷措施，防止或减少雷击建筑物所发生的人身伤亡和文物、财产损失，以及雷击电磁脉冲引发的电气和电子系统损坏或错误运行，做到安全可靠、技术先进、经济合理，制定本规范。

（2）本规范适用于新建、扩建、改建建筑物的防雷设计。

（3）建（构）筑物防雷设计，应在认真调查地理、地质、土壤、气象、环境等条件和雷电活动规律，以及被保护物的特点等的基础上，详细研究并确定防雷装置的形式及其布置。

（4）建（构）筑物防雷设计，除应符合本规范外，尚应符合国家现行有关标准的规定。

3建筑物防雷分类表3-1 防雷分类对比4 建筑物的防雷措施4.1 基本规定表中k c—分流系数，单根引下线时为1，2根引下线及接闪器不成闭合环的多根引下线时为0.66，接闪器成闭合环或网状的多根引下线应为0.44。

l x—引下线上需考虑隔距的计算点到最近的等电位联结点（即金属物或电气/电子线路与防雷装置之间直接或通过SPD相连接之点）的长度，m。

R i—接地装置的冲击接地电阻，Ω；h x—被保护物或计算点的高度，m。

h —接闪线或接闪网的支柱高度，m；l—接闪线的水平长度，m。

l1—从接闪网中间最低点沿导体至最近支柱的距离，m；n —从接闪网中间最低点沿导体至最近不同支柱并有同一距离l1的个数，但至少应取2。

表4-2 防闪电感应的措施表4-3 防反击和闪电电涌侵入的措施5 防雷装置（略）6 防雷击电磁脉冲6.1基本规定（1）在工程的设计阶段不明确电子系统规模和具体位置的情况下，若预计将来会有需要防雷击电磁脉冲的电气和电子系统，应在设计时应将建筑物的金属支撑物、金属框架或钢筋混凝土的钢筋等自然构件、金属管道、配电的保护接地系统等与防雷装置组成一个共用接地系统，并应在需要之处预埋等电位连接板。

（2）当电源采用TN系统时，从建筑物总配电箱起供电给本建筑物内的配电线路和分支线路必须采用TN-S系统。

6.2 防雷区和防雷击电磁脉冲6.2.1防雷区（LPZ）的划分防雷区（Lightning Protection Zone）是指雷击时，在建筑物或装置的内、外空间形成的闪电电磁环境需要限定和控制的那些区域。

将被保护的空间划分为不同的防雷区是为了限定各部分空间不同的闪电电磁脉冲强度以界定各不同空间内被保护设备相应的防雷击电磁干扰水平，并界定等电位联结点及保护器件（SPD）的安装位置。

因此，防雷区的划分是以在各区交界处的雷电电磁环境有明显变化作为特征来确定的，其区域边界不一定具有物理边界（如墙、地板和天花板）。

各防雷区的定义及划分原则参见下表。

表6-1 防雷区（LPZ）的定义及划分原则注：LPZ 0A与LPZ 0B区之间无实物界面。

防雷区划分的一般原则示意于图6-1。

将建筑物划分为若干防雷区的例子示于图6-2。

图6-1 划分不同防雷区（LPZ）的一般原则示意图6.2.2 安装磁场屏蔽（后续防雷区）、安装协调配合还的多组电涌保护器（1）为防沿建筑物内部系统侵入的传导和感应雷电浪涌或操作浪涌对电气和电子系统的损害，宜按需要保护的设备的数量、类型和耐压水平及其所要求的磁场环境设置建筑物磁场屏蔽后续防雷区并安装协调配合的多组电涌保护器SPD；如6-2所示。

（a）采用大空间屏蔽和协调配合好的电涌保护器保护注：设备得到良好的防导入的电涌(U2＜＜U0和I2＜＜I0)和防辐射磁场(H2＜＜H0)的保护(b) 采用LPZ 1的大空间屏蔽和进户处安装电涌保护器的保护注：设备得到防导入的电涌(U1＜U0和I1＜I0)和防辐射磁场(H1＜H0)的保护(c) 采用内部线路屏蔽和在进入LPZ 1处安装电涌保护器的保护注：设备得到防线路导入的电涌(U2＜U0和I2＜I0)和防辐射磁场(H2＜H0)的保护(图中LPZ1实为LPZ0B，LPZ2实为LPZ1)(d) 仅采用协调配合好的电涌保护器保护注：设备得到防线路导入的电涌(U2＜＜U0和I2＜＜I0)，但不需防辐射磁场(H0)的保护图6-2 采用防闪电电磁脉冲措施的典型方案MB—总配电箱；SB—分配电箱；SA—插座（2）由于工艺要求或其他原因，被保护设备的安装位置不会正好设在界面处而是设在其附近，在这种情况下，当线路能承受所发生的电涌电压时，电涌保护器可安装在被保护设备处，而线路的金属保护层或屏蔽层宜首先于界面处做一次等电位联结。

6.3 屏蔽、接地和等电位连接的要求6.3.1屏蔽措施LEMP屏蔽主要是针对雷电磁场的屏蔽，因通常电场的耦合作用比磁场耦合作用小很多，一般可不于考虑。

磁场的屏蔽主要为空间磁场屏蔽（建筑物或设备机箱）和电气线路的屏蔽（包括合理布线）。

6.3.1.1建筑物空间屏蔽（1）建筑物屏蔽可以是对整栋建筑、部分建筑或房间所做的空间屏蔽；一般利用钢筋混凝土构件内钢筋、金属框架、金属支撑物以及金属屋面板、外墙板及其安装的龙骨支架等建筑物金属体形成的笼式格栅形屏蔽体或板式大空间屏蔽体。

利用建筑物钢筋和金属门窗框架构成的笼式格栅形屏蔽体的原理示意见下图。

图6-4 建筑物钢筋和金属框架构成的笼形大空间屏蔽体原理示意（2）为改善电磁环境，所有与建筑物组合在一起的大尺寸金属物如屋顶金属表面，立面金属表面，混凝土内钢筋，门窗金属框架等都应相互等电位联结在一起并与防雷装置相连，但第一类防雷建筑物的独立避雷针及其接地装置除外。

（3）电子设备一般不宜布置在建筑物的顶层，并宜尽量布置于建筑物中心部位等内部电磁环境相对较好的位置。

（4）当为了进一步满足室内LPZ2区及以上局部区域的电磁环境要求，例如装有特殊电子设备的房间的屏蔽效能要求时，还可在该房间墙体内埋入网格状金属材料进行屏蔽，并在门窗孔及通风管孔等孔洞处设置金属屏蔽网；甚至采用由专门工厂制造的金属板装配式屏蔽室以满足特殊电子设备的电磁兼容性（EMC）要求。

（5）屏蔽材料的选择应满足屏蔽效能所要求的电磁特性（相对电导率和相对导磁率）及屏蔽厚度的要求。

在LPZ0A与LPZ1的边界处的屏蔽材料应与接闪器和引下线的要求一致，而在LPZ1/2或后续防雷区的边界，因不直接承载雷电流，仅需满足屏蔽效能的要求；同时，还应考虑电磁脉冲干扰源频率的影响。

【格栅形大空间屏蔽体内磁场强度、环路感应电压和感应电流的计算】（1）雷直击于建筑物时雷电流将流过LPS的格栅形屏蔽体，在其内部空间产生与雷电流波形相同的磁场，其磁场强度与屏蔽网格的大小和计算点的空间位置有关。

而当在建筑物附近落雷时，进入建筑物LPZ1屏蔽空间周围的入射磁场可以近似的当作平面波，格栅形屏蔽对入射平面波磁场亦具有一定的屏蔽效能。

空间磁场强度将在内部系统环路中产生感应电压和感应电流。

当对屏蔽效率未做试验和理论研究时，格栅形大空间屏蔽体内的磁场强度及感应电压和感应电流按表6-2所列公式作近似地计算。

表6-2 格栅形大空间屏蔽体内磁场强度及感应电压/电流计算公式注： ① 计算公式中H 0为无屏蔽时所产生的无衰减磁场强度（相当于处于LPZ0A 区或LPZ0B 区），在屏蔽空间（LPZ1区）内磁场强度由H 0衰减为H 1。

② 式中：i 0—雷电流（A ），按附录F 选取；s a —雷击点与屏蔽空间之间的平均距离（m ），参见图6-5；k H —形状系数（1/），取k H =0.01（1/）；W —LPZ1区格栅形屏蔽的网格宽（m ）；d r —所考虑的点距LPZ1区屏蔽顶的最短距离（m ）；d w —所考虑的点距LPZ1区屏蔽壁的最短距离（m ）；SF —屏蔽系数，按表6-3中公式计算。

表6-3 格栅形大空间屏蔽的屏蔽系数m m③ 计算值仅对在各LPZ 区内距屏蔽层有一安全距离d s/1的安全空间V s 内才有效（见图13.11－8）；当SF ≥10时，d s/1=W SF/10（m ）；当SF ＜10时，d s/1=W （m ）。

信息设备应安装在V s 空间内。

④ 计算值仅对在LPZ1区距屏蔽格栅有一安全距离d s/2的空间V s 内才有效，（见图13.11－9）；当SF ≥10时，d s/2=W ·SF/10（m ）；当SF ＜10时，d s/2=W (m)。

信息设备应仅安装在V s 空间内，其干扰源不应取紧靠格栅的特强磁场强度。

⑤ 公式中：μ0—真空导磁系数，其值等于4π·10-7[V ·s/（A ·m ）]；b —环路的宽（m ）；l —环路的长（m ）； H 1/max —LPZ1区内最大的磁场强度（A/m ），可按本表内H 1的计算式确定；T 1—雷电流的波头时间（s ），按附录F 选取；d 1/w —环路至屏蔽墙的距离（m ），这里d 1/w ≥d s/2；d 1/r —环路至屏蔽顶的平均距离（m ）；i 0/max —LPZ0A 区内的雷电流最大值（A ）；其余符号同前。

⑥ 公式中：L —环路的自电感（H ）；矩形环路的自电感可按下式计算：L=｛0.8-0.8（l +b ）+0.4·l ·ln[(2b/r) /(1+)])/(12l b ++0.4·b ·ln[(2l /r)/(1+)]｝·10-6（H ）上式中r 为环路导线的半径（m ）；其余符号同前。

⑦ 流过包围LPZ2区及以上区的格栅形屏蔽的分雷电流将不会有实质性的影响作用，式中SF 为LPZn+1区屏蔽的屏蔽系数。

当闪电击于建筑物LPZ1区附近时，在LPZn 区内的磁场强度为LPZ1区内的磁场强度时，计算值亦仅适用于距LPZ1区屏蔽层有一安全距离d s/1的空间V s 内；且该空间内的磁场强度看作是均匀的，公式中各符号及其计算值均同前。

当闪电直击于建筑物LPZ1区大空间屏蔽体上时，所考虑的点的磁场强度应按H 1式计算，且其距屏蔽顶和屏蔽壁的最短距离应为LPZ2区的屏蔽体与LPZ1区的屋顶和墙壁之间的距离，参见图6-8。

22b l +2)/(1b l +图6-5附近雷击时的环境情况S a—雷击点至屏蔽空间的平均距离图6-6 环路中的感应电压和电流注：1.当环路不是矩形时，应转换为相同环路面积的矩形环路；2.图中的电力线路或信息线路也可以是邻近的两端做了等电位联结的金属物。

图6-7 在LPZ1或LPZn区内放电子设备的安全空间V s图6-8 闪电直击于屋顶接闪器时LPZ1区内的磁场强度图6-9 闪电直击于屋顶时LPZ2区内的磁场强度（2）当按表13.11-7计算闪电击于建筑物附近磁场强度最大的最坏情况下，其雷击点与屏蔽空间之间的平均距离的最小值S a与建筑物的防雷类别所对应的最大雷电流时的滚球半径及建筑物的尺寸有关（该最小值可能是屏蔽空间LPZ1的中心与雷击目标，例如天线塔之间的给定距离，或雷击附近大地时的最小距离；当距离小于该最小值时，雷电将直击于建筑物上）。