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摘 要：低压配电系统中的多级SPD配合问题是一个非常复杂的实际工程问题，涉及所选
SPD的特性曲线，线路参数，以及负荷特性等诸多因素，并非简单地以安装在设备处SPD保护水平Up越小越好，要想实现级间配合，按预想次序动作，那么级间的退藕电感或电缆的长度需要校核；实现SPD安装的经济性，最少应安装的台数的讨论。
关键词：SPD ；导通次序；级间配合；最大保护距离
Abstract: Multistage SPD in low voltage power distribution system with a practical engineering problem is a very complex problem, characteristic curve, relates to the selected SPD parameters of the transmission line, and the load characteristics and other factors, not simply to be installed in equipment level of SPD protection Up as small as possible, in order to realize the cooperation between stages, action according to the expected order, then the level of the decoupling inductor or the length of the cable need to check; the realization of economic SPD installation, should at least discuss the installation of the number.
Key words: SPD; conducting sequence; inter stage matching; maximum protective distance
中圖分类号：TM715
1.引言
供电系统中的多级电源SPD的防护，其主要目的是达到分级泄流，通过合理的多级泄流能量配合，保证SPD有较长的使用寿命和确保设备安全。由于各级SPD的标称导通电压和导通电流不同、安装方式及接线长短的差异，在设计和安装时如果能量配合不当，将会出现某级SPD不动作出现泄流的盲点。为了保证雷电瞬间高电压脉冲沿电源线路侵入时，各级SPD都能分级启动泄流，避免多级SPD间出现盲点，同时末级电源SPD的保护水平必须低于被保护设备对电涌电流的耐受能力。各级电源SPD能量配合的最终目的是，将总的威胁设备安全的电压电流电涌值减低到被保护设备耐受的安全范围内，而各级电涌SPD泄放的电涌电流不超过自身的标称放电电流。
目前关于多级SPD配合的设计工作应用中存在争论点和困扰，根据有关规范和标准，结合现有国内外产品参数，逐个讨论，以便提高实际工作中的可操作性，请同行指正和借鉴。
2.SPD的导通次序的分析
对于 MOV 型 SPD 间的配合，SPD1先导通是实现成功配合的必要条件。当线路参数不足以保证 SPD1先于 SPD2动作时，配合将是失败的。两级SPD配合的典型接线图如图1所示，Ig为冲击电流源，ZL为负荷阻抗。
图1两级SPD配合接线图
图2冲击电流波传播示意图
对于电流波刚到达B点时，根据UA是否大于SPD1的启动电压，分以下两种情况讨论。
（1）。即，SPD1在电流波传播到B点前就已经导通了。则SPD1先于SPD2，动作的通用判断公式为：
在线路长度或线路波阻抗Zc已知时，冲击电流的上升沿陡度满足:
（式1）
在外加冲击电流波形陡度已知时，线路长度应满足：
（式2）
由式1可见，在陡度大的冲击电流波作用下，SPD1很容易先于SPD2动作；由式2可见，增加传输线长度或增大线路电感，也可以促使SPD1先于SPD2动作。
由IEC62305-4，可知在0.5~1.0，取0.69kV，大的冲击电流波10/350,10kA时，由式2得=1.169m。
（2），当雷电波沿线路传播到负荷时，在线路与负荷的连接处要发生波的折反射现象。根据负荷和线路波阻抗值的大小，分以下两种情况讨论。
1)，即负荷与线路波阻抗相等的情况，雷电波在B点不发生反射，全部进入负荷。在电流波到达B点后，SPD2上电压要达到启动电压，需要的时间，要使SPD1先于SPD2动作，则必须有，
为冲击波从A点到B点的时间，即线路参数应满足：
（式3）
2），即负荷阻抗不等于线路波阻抗的情况，电流波在B点要发生反射。
要实现SPD1先于SPD2动作，则必须有
（式4）
为折射系数，
在工程实际中，一般情况下负荷阻抗不等于线路波阻抗。由式4可见，负荷阻抗越大（与ZC相比），折射系数越大，满足SPD1先于SPD2动作所需的线路长度和线路电感越大；此外，SPD1与SPD2的启动电压之差越大，要满足SPD1先于SPD2导通所需的线路长度和线路电感越大。
MOV型SPD启动电压取0.69kV，若取值范围0.85~1.9，为校验电缆退藕电感取最低电流冲击陡度0.1kA/，那么取值范围在1~6.9m。《建筑物防雷设计规范》第6.4.11条：在一般情况下，当在线路上多处安装SPD且无准确数据时，电压开关型SPD与限压型SPD之间的线路长度不宜小于10m,限压型SPD之间的线路长度不宜小于5m。即无退藕元件时，利用线缆的自然阻抗实现配合时的最短距离。对于规范要求的不小于5m，只是个经验值，如果达到两级SPD配合，应注意校验，尽量间距要大，否则就可能配合失效。
3. SPD最大保护距离
《建筑物防雷设计规范》第6.4.8 条要求安装的SPD 所得到的电压保护水平加上其两端引线的感应电压以及反射波效应不足以保护距其较远处的被保护设备的情况下，尚应在下级配电盘或被保护设备处装设 SPD；当线缆长度大于10m时，应考虑震荡保护距离lp0。
（式5）
取40m/kV
表1220/380V系统设备保护等级
某第一级到第四级SPD保护水平分别为2.4kV、1.8kV、1.5kV、0.5kV，则：
第一级SPD的保护震荡距离为：40x（4.0-2.4）=64m
第二级SPD的保护震荡距离为：40x（2.5-1.8）=28m
第三级SPD的保护震荡距离为：40x（2.5-1.5）=40m
末级SPD的保护震荡距离为：40x（1.5-0.5）=40m
也即从第一级SPD到第二级配电盘距离不超过64m，第二级配电盘不用增加第二级SPD，前提是UP1+2.5kV不能保护用电设备，而且在第三级配电盘增加SPD，也不能保证通流容量。所以必须按照IEC62305.4雷电防护区边界逐级安装电泳保护器，特别是要保证末级SPD至用电设备的距离不超过40m。
另外，至于感应保护距离，由于现代建筑有足够的屏蔽，可予不考虑。
结论
为保证限压型SPD极间的配合，在大陡度或大幅值的电流波冲击下实现配合较为容易，但在小陡度冲击波的作用下，实现SPD两级配合需要一定的退藕值或一定长度的电缆，电缆的长度不能简单地按规范要求的5m，应根据参数计算。
复杂的低压配电系统，最好按防雷防护区界面逐级安装SPD，实现逐级泄流，末级SPD到用电设备的保护距离必须保证。但SPD的电压保护水平足够低或没有特殊保护设备，即能保护被保护设备，并且其到末端用电设备的距离又在反射波允许范围内，允许只装设第一级SPD或只安装第一、第二级SPD，现实配合的经济性。
参考文献
1.《建筑物防雷设计规范》GB50057-94，2000年版.
2.《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB 50343-2012.
3. IEC62305-42008年版
4.《工业与民用配电设计手册》第三版
5. 电感计算手册[译]. 陈汤铭,刘保安 北京：机械工业出版社.1992
作者简介：赵燕平（1978－），河北邯郸人，工程师，毕业于河北建筑工程学院，现在中煤邯郸设计工程有限责任公司电气工程所从事电气设计工作。
SPD的特性曲线，线路参数，以及负荷特性等诸多因素，并非简单地以安装在设备处SPD保护水平Up越小越好，要想实现级间配合，按预想次序动作，那么级间的退藕电感或电缆的长度需要校核；实现SPD安装的经济性，最少应安装的台数的讨论。
关键词：SPD ；导通次序；级间配合；最大保护距离
Abstract: Multistage SPD in low voltage power distribution system with a practical engineering problem is a very complex problem, characteristic curve, relates to the selected SPD parameters of the transmission line, and the load characteristics and other factors, not simply to be installed in equipment level of SPD protection Up as small as possible, in order to realize the cooperation between stages, action according to the expected order, then the level of the decoupling inductor or the length of the cable need to check; the realization of economic SPD installation, should at least discuss the installation of the number.
Key words: SPD; conducting sequence; inter stage matching; maximum protective distance
中圖分类号：TM715
1.引言
供电系统中的多级电源SPD的防护，其主要目的是达到分级泄流，通过合理的多级泄流能量配合，保证SPD有较长的使用寿命和确保设备安全。由于各级SPD的标称导通电压和导通电流不同、安装方式及接线长短的差异，在设计和安装时如果能量配合不当，将会出现某级SPD不动作出现泄流的盲点。为了保证雷电瞬间高电压脉冲沿电源线路侵入时，各级SPD都能分级启动泄流，避免多级SPD间出现盲点，同时末级电源SPD的保护水平必须低于被保护设备对电涌电流的耐受能力。各级电源SPD能量配合的最终目的是，将总的威胁设备安全的电压电流电涌值减低到被保护设备耐受的安全范围内，而各级电涌SPD泄放的电涌电流不超过自身的标称放电电流。
目前关于多级SPD配合的设计工作应用中存在争论点和困扰，根据有关规范和标准，结合现有国内外产品参数，逐个讨论，以便提高实际工作中的可操作性，请同行指正和借鉴。
2.SPD的导通次序的分析
对于 MOV 型 SPD 间的配合，SPD1先导通是实现成功配合的必要条件。当线路参数不足以保证 SPD1先于 SPD2动作时，配合将是失败的。两级SPD配合的典型接线图如图1所示，Ig为冲击电流源，ZL为负荷阻抗。
图1两级SPD配合接线图
图2冲击电流波传播示意图
对于电流波刚到达B点时，根据UA是否大于SPD1的启动电压，分以下两种情况讨论。
（1）。即，SPD1在电流波传播到B点前就已经导通了。则SPD1先于SPD2，动作的通用判断公式为：
在线路长度或线路波阻抗Zc已知时，冲击电流的上升沿陡度满足:
（式1）
在外加冲击电流波形陡度已知时，线路长度应满足：
（式2）
由式1可见，在陡度大的冲击电流波作用下，SPD1很容易先于SPD2动作；由式2可见，增加传输线长度或增大线路电感，也可以促使SPD1先于SPD2动作。
由IEC62305-4，可知在0.5~1.0，取0.69kV，大的冲击电流波10/350,10kA时，由式2得=1.169m。
（2），当雷电波沿线路传播到负荷时，在线路与负荷的连接处要发生波的折反射现象。根据负荷和线路波阻抗值的大小，分以下两种情况讨论。
1)，即负荷与线路波阻抗相等的情况，雷电波在B点不发生反射，全部进入负荷。在电流波到达B点后，SPD2上电压要达到启动电压，需要的时间，要使SPD1先于SPD2动作，则必须有，
为冲击波从A点到B点的时间，即线路参数应满足：
（式3）
2），即负荷阻抗不等于线路波阻抗的情况，电流波在B点要发生反射。
要实现SPD1先于SPD2动作，则必须有
（式4）
为折射系数，
在工程实际中，一般情况下负荷阻抗不等于线路波阻抗。由式4可见，负荷阻抗越大（与ZC相比），折射系数越大，满足SPD1先于SPD2动作所需的线路长度和线路电感越大；此外，SPD1与SPD2的启动电压之差越大，要满足SPD1先于SPD2导通所需的线路长度和线路电感越大。
MOV型SPD启动电压取0.69kV，若取值范围0.85~1.9，为校验电缆退藕电感取最低电流冲击陡度0.1kA/，那么取值范围在1~6.9m。《建筑物防雷设计规范》第6.4.11条：在一般情况下，当在线路上多处安装SPD且无准确数据时，电压开关型SPD与限压型SPD之间的线路长度不宜小于10m,限压型SPD之间的线路长度不宜小于5m。即无退藕元件时，利用线缆的自然阻抗实现配合时的最短距离。对于规范要求的不小于5m，只是个经验值，如果达到两级SPD配合，应注意校验，尽量间距要大，否则就可能配合失效。
3. SPD最大保护距离
《建筑物防雷设计规范》第6.4.8 条要求安装的SPD 所得到的电压保护水平加上其两端引线的感应电压以及反射波效应不足以保护距其较远处的被保护设备的情况下，尚应在下级配电盘或被保护设备处装设 SPD；当线缆长度大于10m时，应考虑震荡保护距离lp0。
（式5）
取40m/kV
表1220/380V系统设备保护等级
某第一级到第四级SPD保护水平分别为2.4kV、1.8kV、1.5kV、0.5kV，则：
第一级SPD的保护震荡距离为：40x（4.0-2.4）=64m
第二级SPD的保护震荡距离为：40x（2.5-1.8）=28m
第三级SPD的保护震荡距离为：40x（2.5-1.5）=40m
末级SPD的保护震荡距离为：40x（1.5-0.5）=40m
也即从第一级SPD到第二级配电盘距离不超过64m，第二级配电盘不用增加第二级SPD，前提是UP1+
另外，至于感应保护距离，由于现代建筑有足够的屏蔽，可予不考虑。
结论
为保证限压型SPD极间的配合，在大陡度或大幅值的电流波冲击下实现配合较为容易，但在小陡度冲击波的作用下，实现SPD两级配合需要一定的退藕值或一定长度的电缆，电缆的长度不能简单地按规范要求的5m，应根据参数计算。
复杂的低压配电系统，最好按防雷防护区界面逐级安装SPD，实现逐级泄流，末级SPD到用电设备的保护距离必须保证。但SPD的电压保护水平足够低或没有特殊保护设备，即能保护被保护设备，并且其到末端用电设备的距离又在反射波允许范围内，允许只装设第一级SPD或只安装第一、第二级SPD，现实配合的经济性。
参考文献
1.《建筑物防雷设计规范》GB50057-94，2000年版.
2.《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB 50343-2012.
3. IEC62305-42008年版
4.《工业与民用配电设计手册》第三版
5. 电感计算手册[译]. 陈汤铭,刘保安 北京：机械工业出版社.1992
作者简介：赵燕平（1978－），河北邯郸人，工程师，毕业于河北建筑工程学院，现在中煤邯郸设计工程有限责任公司电气工程所从事电气设计工作。