雷电流的雷击建筑物时雷电流的分配与SPD的使用

为了认真分析雷击建筑物时防雷装置与低电压供电系统中雷电过电压和雷电流的分配问题，国内防雷学术界进行了热烈的讨论。这种讨论对我们学习IEC防雷规范和制订我国建筑物防雷规范是非常重要的。由于大家从事的工作和专业不同以及由此产生的一些不同观点，这是很自然的事。我们要本着实事求是的原则，建设性地讨论这些问题。历史上，我国防雷学者曾经进行过大量防雷试验研究，提出过诸如DBSGP(分流、搭接、屏蔽、接地、保护)系统防雷理论，建筑物防雷6项设计要素和3道防雷的防线(或称3个防雷子系统)的整体防雷和综合防雷的设计思想。其中许多内容已经写入GB50057-94《建筑物防雷设计规范》之中，如第3．3．9条第二款第一项和第三款第一项，即关于进出线用铁管做屏蔽段的规定。这些防雷规定是有充分试验根据和长期运行经验所肯定的。IEC防雷规范是世界上先进的防雷规范之一，我们要虚心学习，好好消化。拿来主义也要取其所长补其所短，不能生吞活剥地“等同采用”。IEC61312-3；2000，IDT《雷电电磁脉冲的防护，第三部分：对浪涌保护器的要求》文本中图趴、图B2、图B7、图B9、图B10都是讲的雷电流向外部其他建筑物和变压器扩散的情况。在雷电反击情况下，用架空线连接的建筑物和供电线路容易产生扩大的雷击事故，这些分析都是对的。这些我国防雷学者早有分析并提出过解决问题的办法，即进出线用铁管做屏蔽段的规定。但上述IEC防雷规范并没有给出雷击建筑物时其内部电路中的过电压和过电流的分析与计算方法。防雷装置中的雷电流的分配按电流源来计算，雷电流作用于接地装置产生过电压，它成为新的电压源。此后反击雷电流的分配和计算都要从反击过电压算出来，而不是从接地和线路各50%的估算出来。该IEC防雷规范中提出的假设是雷电流波形在反击过程中保持10/350μs不变，“在冲击电流的开头阶段，电流的分配由系统的电感L(电源)/L(接地装置)确定；在冲击电流尾部，电涌电流的分配按[I(接地装置)/I(电源)]∞[R(电源)/R(接地装置)]来计算”。这样的假设不符合正规的电工原理，它忽略了雷电流在接地网中的反射过程和建筑物中电气线路的电磁耦合过程。雷击时接地体上的电晕现象使其接地电阻值呈现非线性特性，再加上接地体的电感作用，建筑物结构中的电磁振荡过程，所以接地网上的反击电压不可能维持10/350μs不变。有电磁闭锁效应的铁管屏蔽段足以使建筑物内的电气线路耦合系数达到0．0001-0．01，那种毛估的计算方法是不对的。在反击情况下，各级SPD都处于等电位和并联状态下，它们共同处于高电位。在此情况下它们动作的先后决定于哪一个的起动快和起动电压低。开关型的SPDl的起动时延长、起动电压高，所以它不能率先启动。在SPD1后接有脱耦电感线圈，反击时它的电压降使SPDl所承受的电压更低，它更不能起动。用电子触发型的SPDl可能解决其不能先期起动的问题，但是有可能发生截波问题，即电压的突然跌落问题。电子仪器特别惧怕电压突变，变压器的绕组也惧十白截波电压。这些问题防雷设计人员不可不小心。采用氧化锌MOV做SPD就是为了利用它的非线性电阻的特性，它具有防止电磁振荡和限压的能力。从各种过电压保护方案的比较中可以看出，适当增加限压型SPD的通流容量，做大它的乙是比较好的。用开关型的SPDl还将在系统电路设计中遇到许多麻烦，在防范反击雷电流的措施中它不是优选方案。以上几个方面的讨论欢迎大家批评指正。