防雷和电涌保护装置概述


计划安全

住宅和功能性建筑物中的技术安装和系统故障非常令人不快且昂贵。 因此,在正常操作和雷暴期间都必须确保设备的正常运行。 多年来,德国每年登记的雷电活动数量一直保持在较高水平。 保险公司的损失统计数据清楚地表明,私营部门和商业部门在雷电和电涌保护措施方面均存在缺陷(图1)。

专业的解决方案可以采取适当的保护措施。 例如,防雷区概念使建筑物和设施的设计人员,构造人员和操作人员可以考虑,实施和监视不同的防护措施。 因此,所有相关的设备,设施和系统都得到了可靠的保护,而费用却是合理的。

图1-从1999年到2012年在德国注册的闪电活动

干扰源

雷暴期间发生的浪涌是由直接/附近的雷击或远程雷击引起的(图2和图3)。 直接或附近的雷击是对建筑物,建筑物周围环境或进入建筑物的导电系统(例如低压电源,电信和数据线)的雷击。 所产生的脉冲电流和脉冲电压以及相关的电磁场(LEMP)对于要保护的设备而言,在涉及的振幅和能量含量方面特别危险。 如果发生直接雷击或附近雷击,则电涌是由常规接地阻抗R处的电压降引起的st 以及建筑物相对于偏远地球的潜在上升趋势(图3,情况2)。 这意味着建筑物中电气设备的最高负载。

图2雷击导致建筑物和安装的一般风险

图3雷电放电期间的电涌原因

可以通过10/350μs脉冲电流波形描述存在的脉冲电流的特征参数(峰值,电流上升速率,电荷,比能量)。 在国际,欧洲和国家标准中,它们已定义为防止直接雷击的组件和设备的测试电流(图4)。 除了常规接地阻抗下的电压降之外,由于电磁雷场的感应效应,电气建筑设备以及与其连接的系统和设备还会产生电涌(图3,情况3)。 这些感应浪涌的能量以及所产生的脉冲电流的能量远低于直接雷电脉冲电流的能量,因此用8/20μs的脉冲电流波形来描述(图4)。 因此,无需传导直接雷击电流的组件和设备就可以使用8/20μs的脉冲电流进行测试。

图4-雷电电流和电涌放电器的测试脉冲电流

保护方案

如果雷击发生在距离要保护的物体较远的位置,雷击中压架空线或其周围或以云间闪电放电的形式发生,则被称为远程雷击(图3,案例4、5、6)。 类似于感应浪涌,远程雷击对建筑物的电气安装的影响由已根据8/20μs脉冲电流波确定尺寸的设备和组件处理。 例如,由开关操作(SEMP)引起的电涌产生:

–断开感性负载(例如,变压器,电抗器,电动机)

–电弧着火和中断(例如,电弧焊接设备)

–保险丝跳闸

在测试条件下,还可以通过8/20μs波形的冲击电流来模拟建筑物电气设备中开关操作的效果。 为了即使在直接雷电干扰的情况下也能确保复杂的电源和信息技术系统的连续可用性,需要针对建筑物的基于雷电保护系统的电气和电子设备及设备采取进一步的电涌保护措施。 重要的是要考虑所有激增原因。 为此,应用了IEC 62305-4中所述的防雷区概念(图5)。

图5:防雷区概念的整体视图

防雷区概念

该建筑分为不同的危险区域。 这些区域有助于定义必要的保护措施,尤其是雷电和电涌保护装置及组件。 EMC兼容(EMC:电磁兼容性)防雷区概念的一部分是外部防雷系统(包括空气终端系统,引下线系统,接地系统),等电位联结,空间屏蔽和电涌保护电源和信息技术系统。 表1中的定义适用。根据电涌保护器的要求和负载,将其分为雷电流避雷器,电涌避雷器和组合式避雷器。 最高要求是在避雷区0过渡时使用的避雷器和组合避雷器的放电容量A 到1或0A 到2。这些避雷器必须能够多次传导10/350μs波形的局部雷电流而不会被破坏,以防止破坏性的局部雷电流进入建筑物的电气设备。 在从LPZ 0开始的过渡点B 在从LPZ 1到1或更高的过渡点上,如果避雷针位于2或避雷针的下游,则使用避雷器来防止电涌。 他们的任务是既要进一步减少上游保护级的剩余能量,又要限制在设备本身中引起或产生的电涌。

上述防雷区边界处的防雷和电涌保护措施同样适用于电源和信息技术系统。 EMC兼容的防雷区概念中描述的所有措施均有助于实现电气和电子设备及装置的连续可用性。 有关更多详细的技术信息,请访问 www.lsp-international.com。

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Figure-5.3-Transition-from-LPZ-1-to-LPZ-2-Figure-5.4-Transition-from-LPZ-2-to-LPZ-3

IEC 62305-4:2010

外区:

LPZ 0:由于未衰减的雷电电磁场而造成威胁的区域,并且内部系统可能会遭受全部或部分雷电浪涌电流的区域。

LPZ 0细分为:

零点零A:由于直射雷电和完整的雷电电磁场而造成威胁的区域。 内部系统可能会承受全部的雷电浪涌电流。

零点零B:防止直射雷电的区域,但是威胁是完整的雷电电磁场。 内部系统可能会受到部分雷电浪涌电流的影响。

内部区域(防止直接雷击):

LPZ 1:浪涌电流受边界共享电流和隔离接口和/或SPD限制的区域。 空间屏蔽可能会削弱雷电电磁场。

LPZ 2…n:浪涌电流可能会通过均流和隔离接口和/或边界处的附加SPD进一步限制的区域。 可以使用附加的空间屏蔽来进一步减弱雷电电磁场。

术语和定义

破坏能力,遵循目前的灭火能力Ifi

分断能力是电源跟随电流的有效(预期)均方根值,在连接U时,电涌保护装置可以自动将其消除C。 可以通过根据EN 61643-11:2012进行的运行测试来证明这一点。

符合IEC 61643-21:2009的类别

IEC 61643-21:2009中描述了许多脉冲电压和脉冲电流,用于测试脉冲干扰的载流能力和电压限制。 本标准的表3将这些分类列出,并提供了首选值。 在IEC 2-61643标准的表22中,根据去耦机制将瞬变源分配给不同的脉冲类别。 C2类包括电感耦合(电涌),D1类电耦合(雷电流)。 相关类别在技术数据中指定。 LSP电涌保护器的值超过了指定类别的值。 因此,脉冲电流承载能力的确切值由标称放电电流(8/20μs)和雷电脉冲电流(10/350μs)表示。

组合波

虚拟阻抗为1.2Ω的混合发电机(50 / 8μs,20/2μs)产生组合波。 该发电机的开路电压称为UOC。 üOC 是3型避雷器的首选指示器,因为只有这些避雷器可以用组合波进行测试(根据EN 61643-11)。

截止频率fG

截止频率定义了避雷器的频率相关行为。 截止频率等于引起插入损耗的频率(aE)在某些测试条件下为3 dB(请参阅EN 61643-21:2010)。 除非另有说明,否则该值是指50Ω系统。

防护等级

IP防护等级对应于防护类别

在IEC 60529中进行了描述。

断开时间ta

断开时间是指在要保护的电路或设备出现故障的情况下,自动断开电源所经过的时间。 断开时间是特定于应用的值,由故障电流的强度和保护装置的特性得出。

SPD的能量协调

能量协调是整个雷电和电涌保护概念的级联保护元素(= SPD)的选择性和协调交互。 这意味着雷电冲击电流的总负载将根据SPD的能量承载能力在SPD之间分配。 如果无法进行能量协调,则下游SPD不足

由于上游SPD运行太晚,运行不充分或根本没有运行,因此可以减轻上游SPD的负担。 因此,可能会破坏下游的SPD以及要保护的终端设备。 DIN CLC / TS 61643-12:2010描述了如何验证能量协调性。 基于火花隙的1型浪涌保护器由于其电压开关而具有明显的优势

特征(请参阅 WeTA B往来者 FUNCTION)。

频率范围

频率范围表示避雷器的传输范围或截止频率,具体取决于所描述的衰减特性。

插入损耗

在给定的频率下,电涌保护器的插入损耗由电涌保护器安装前后的安装位置电压值的关系来定义。 除非另有说明,否则该值是指50Ω系统。

集成备用保险丝

根据SPD的产品标准,必须使用过电流保护装置/备用保险丝。 但是,这需要在配电板上增加空间,增加电缆长度(根据IEC 60364-5-53的规定应尽可能短),额外的安装时间(和成本)以及保险丝的尺寸。 集成在避雷器中的保险丝非常适合所涉及的脉冲电流,消除了所有这些缺点。 此概念的明显优势是节省空间,减少接线工作,集成保险丝监控以及由于连接电缆较短而增加的保护效果。

雷电冲击电流IIMP

雷电冲击电流是具有10/350μs波形的标准冲击电流曲线。 它的参数(峰值,电荷,比能)模拟自然雷电流引起的负载。 雷电电流和组合的避雷器必须能够多次释放这种雷电冲击电流而不会被破坏。

电源侧过电流保护/避雷器备用保险丝

一旦超过电涌保护器的分断能力,位于馈电侧避雷器外部的过电流保护器(例如保险丝或断路器)将中断工频跟随电流。 由于备用保险丝已经集成在SPD中,因此不需要其他备用保险丝。

最大连续工作电压UC

最大连续工作电压(最大允许工作电压)是在工作期间可以连接到电涌保护装置相应端子的最大电压的均方根值。 这是避雷器中的最大电压

定义的不导通状态,在跳闸和放电后,将避雷器恢复到该状态。 U的值C 取决于要保护的系统的标称电压和安装程序的规格(IEC 60364-5-534)。

最大连续工作电压UCPV 用于光伏(PV)系统

可以永久施加到SPD端子上的最大直流电压值。 确保UCPV 在所有外部影响(例如环境温度,太阳辐射强度)的情况下,均高于光伏系统的最大开路电压,UCPV 必须比最大开路电压高1.2倍(根据CLC / TS 50539-12)。 1.2的系数可确保SPD的尺寸没有错误。

最大放电电流I最大

最大放电电流是设备可以安全放电的8/20μs脉冲电流的最大峰值。

最大传输能力

最大传输容量定义了可通过同轴电涌保护装置传输的最大高频功率,而不会干扰保护组件。

额定放电电流In

标称放电电流是8/20μs脉冲电流的峰值,在特定测试程序中会对该电涌保护器进行评级,并且该电涌保护器可以放电几次。

额定负载电流(标称电流)IL

额定负载电流是可能永久流过相应端子的最大允许工作电流。

标称电压UN

标称电压代表要保护的系统的标称电压。 标称电压的值通常用作信息技术系统的电涌保护器的类型标记。 表示为交流系统的均方根值。

N-PE避雷器

专为安装在N和PE导体之间而设计的电涌保护器。

工作温度范围TU

工作温度范围表示可以使用设备的范围。 对于非自热设备,它等于环境温度范围。 自热设备的温升不得超过指示的最大值。

保护电路

保护电路是多级,级联的保护设备。 各个保护阶段可能包括火花隙,压敏电阻,半导体元件和气体放电管(请参阅能量协调)。

保护导体电流IPE

保护导体电流是当电涌保护设备连接到最大连续工作电压U时流经PE连接的电流C,根据安装说明进行操作,并且不带负载侧消耗器。

远程信号联系

远程信号触点可轻松进行远程监控并指示设备的运行状态。 它具有浮动转换触点形式的三极端子。 该触点可以用作断开和/或接通触点,因此可以轻松集成到建筑物控制系统,开关柜的控制器等中。

响应时间tA

响应时间主要表征避雷器中使用的单个保护元件的响应性能。 根据脉冲电压du / dt或脉冲电流di / dt的上升速率,响应时间可能会在一定范围内变化。

回波损耗

在高频应用中,回波损耗是指“超前”波的多少部分在保护装置(浪涌点)处被反射。 这是保护设备与系统特性阻抗的协调程度的直接度量。

串联电阻

信号方向的电阻在避雷器的输入和输出之间流动。

屏蔽衰减

馈入同轴电缆的功率与电缆通过相线辐射的功率之间的关系。

电涌保护器(SPD)

电涌保护装置主要由与电压有关的电阻器(压敏电阻,抑制二极管)和/或火花隙(放电路径)组成。 电涌保护器用于保护其他电气设备和装置免受不允许的高电涌和/或建立等电位联结。 电涌保护器分为以下几类:

  1. a)根据其用途分为:
  • 电源装置和设备的电涌保护器

用于额定电压范围高达1000 V

–根据EN 61643-11:2012分为类型1/2/3 SPD

–根据IEC 61643-11:2011分为I / II / III级SPD

红色/线条的转换。 新标准EN 61643-11:2012和IEC 61643-11:2011的产品系列将于2014年内完成。

  • 信息技术装置和设备的电涌保护器

用于保护标称电压高达1000 V ac(有效值)和1500 V dc的电信和信号网络中的现代电子设备,免受雷电和其他瞬态的间接和直接影响。

–符合IEC 61643-21:2009和EN 61643-21:2010。

  • 隔离用于接地系统或等电位连接的火花隙
  • 用于光伏系统的电涌保护器

用于额定电压范围高达1500 V

–根据EN 50539-11:2013分为类型1/2 SPD

  1. b)根据其脉冲电流放电容量和保护作用分为:
  • 避雷器/协同避雷器

用于保护安装和设备免受直接或附近雷击的干扰(安装在LPZ 0之间的边界处)A 和1)。

  • 避雷器

用于保护设备,设备和终端设备免受雷电冲击,切换过电压以及静电放电(安装在LPZ 0下游的边界处)B).

  • 组合式避雷器

用于保护安装,设备和终端设备免受直接或附近的雷击(安装在LPZ 0之间的边界)的干扰A 和1以及0A 和2)。

电涌保护器技术数据

电涌保护器的技术数据包括根据以下条件使用的信息:

  • 应用(例如安装,电源条件,温度)
  • 发生干扰时的性能(例如,脉冲电流放电容量,跟随电流熄灭能力,电压保护级别,响应时间)
  • 运行期间的性能(例如,标称电流,衰减,绝缘电阻)
  • 发生故障时的性能(例如备用保险丝,隔离开关,故障保护,远程信号选项)

短路承受能力

短路耐受能力是当相关最大备用保险丝连接到上游时,电涌保护设备处理的预期工频短路电流的值。

短路额定值ISCPV 光伏(PV)系统中SPD的设置

SPD单独或与其断开设备一起能够承受的最大不受影响的短路电流。

临时过电压(TOV)

由于高压系统中的故障,电涌保护设备可能会在短时间内出现暂时的过电压。 这必须与由雷击或开关操作引起的瞬态现象明显区分开,持续时间不超过1 ms。 振幅UT 此暂时过电压的持续时间在EN 61643-11中进行了规定(200 ms,5 s或120 min。),并根据系统配置(TN,TT等)对相关的SPD进行了单独测试。 SPD可以a)可靠地失效(TOV安全)或b)耐TOV(耐TOV),这意味着它可以在操作期间和之后完全运行

暂时的过电压。

热断路器

用于配备压控电阻器(压敏电阻)的电源系统中的电涌保护器大多具有集成的热断路器,以在过载情况下将电涌保护器与主电源断开,并指示该工作状态。 隔离开关对压敏电阻过载产生的“当前热量”作出响应,如果超过一定温度,则将电涌保护装置与主电源断开。 隔离开关设计用于及时断开过载的电涌保护装置,以防止火灾。 并不旨在确保防止间接接触。 的功能

可以通过模拟的避雷器过载/老化来测试这些热断路器。

总放电电流I

在总放电电流测试期间,流经多极SPD的PE,PEN或接地的电流。 如果电流同时流过多极SPD的多个保护路径,则可以使用此测试确定总负载。 该参数对于总放电容量起决定性作用,总放电容量由单个变量的总和可靠地处理

SPD的路径。

电压保护等级Up

电涌保护器的电压保护级别是电涌保护器端子上的最大电压瞬时值,由标准化的单个测试确定:

–雷电脉冲击穿电压1.2 / 50μs(100%)

–跳火电压,上升速率为1kV /μs

–在额定放电电流I下测得的极限电压n

电压保护级别表征了电涌保护设备将电涌限制到残余电平的能力。 电压保护等级根据电源系统中的IEC 60664-1定义了有关过电压类别的安装位置。 对于要在信息技术系统中使用的电涌保护设备,电压保护等级必须与要保护的设备的抗扰等级相适应(IEC 61000-4-5:2001)。

内部防雷和电涌保护的计划

工业建筑的雷电和电涌保护

工业建筑的防雷和电涌保护

办公大楼的雷电和电涌保护

办公大楼的防雷和电涌保护

住宅建筑物的雷电和电涌保护

住宅建筑物的雷电浪涌保护

外部防雷组件的要求

用于安装外部避雷系统的组件应满足某些机械和电气要求,这些要求在EN 62561-x标准系列中已指定。 防雷组件根据其功能进行分类,例如连接组件(EN 62561-1),导体和接地电极(EN 62561-2)。

常规防雷组件的测试

经受风化的金属避雷部件(线夹,导体,空气终端棒,接地电极)必须在测试之前进行人工时效/老化,以验证其对预期应用的适用性。 根据EN 60068-2-52和EN ISO 6988,金属部件要经过人工时效并分两步进行测试。

自然风化和防雷组件的腐蚀

步骤1:盐雾处理

该测试适用于旨在承受盐溶液暴露的组件或设备。 测试设备由一个盐雾室组成,在其中用2级测试样品对样品进行三天以上的测试。 测试等级2包括三个喷涂阶段,每个阶段为2小时,使用5%氯化钠溶液(NaCl)在15°C和35°C之间的温度下进行,然后在93%的相对湿度和40°C的温度下进行湿度存储根据EN 2-20-22,在±60068°C的温度下保持2到52小时。

步骤2:湿式含硫气氛处理

该测试旨在根据EN ISO 6988评估含有二氧化硫的材料或物体在潮湿环境中的抵抗力。

测试设备(图2)由一个测试室组成,样品在这里

在七个测试周期中,用二氧化硫的体积分数为667 x 10-6(±24 x 10-6)处理。 持续时间为24小时的每个循环都由在潮湿,饱和的气氛中,温度为8±40°C的加热时间3小时和随后的休息时间16小时组成。 此后,替换潮湿的含硫气氛。

户外使用的组件和埋在地下的组件均会老化/老化。 对于埋在地下的组件,必须考虑其他要求和措施。 禁止将铝夹或导体埋在地下。 如果要将不锈钢埋在地下,则只能使用高合金不锈钢,例如StSt(V4A)。 根据德国DIN VDE 0151标准,不允许使用StSt(V2A)。 室内使用的组件,例如等电位连接条,不必经过老化/调节。 这同样适用于嵌入式组件

在具体。 因此,这些组件通常由非镀锌(黑)钢制成。

空气终端系统/空气终端棒

空气终止棒通常用作空气终止系统。 它们有许多不同的设计,例如长度为1 m,用于将混凝土基座安装在平屋顶上,最大长度为25 m的伸缩式防雷桅杆,用于沼气厂。 EN 62561-2规定了最小横截面和空气终止棒的允许的材料以及相应的电气和机械性能。 如果空气终止杆的高度较大,则必须通过静态计算来验证空气终止杆的抗弯强度和整个系统(三脚架中的空气终止杆)的稳定性。 必须根据需要选择所需的横截面和材料

在这个计算上。 计算时还必须考虑相关风载荷区的风速。

测试连接组件

连接组件(通常简称为夹具)用作防雷组件,以将导体(引下线,空气终端导体,接地线)相互连接或与设备连接。

根据夹具和夹具材料的类型,许多不同的夹具组合是可能的。 在这方面,导体的布线和可能的材料组合是决定性的。 导体布线的类型描述了夹具如何以交叉或并联方式连接导体。

在雷电流负载的情况下,夹具会受到电动和热力的作用,这在很大程度上取决于导体布线和夹具连接的类型。 表1显示了可以组合而不会引起接触腐蚀的材料。 当雷电流流过它们时,不同材料的相互结合以及它们不同的机械强度和热性能会对连接组件产生不同的影响。 对于不锈钢(StSt)连接组件而言,这尤其明显,一旦雷电流流过,它们就会由于导电率低而发生高温。 因此,必须对所有夹具执行符合EN 62561-1的雷电流测试。 为了测试最坏的情况,不仅必须测试不同的导体组合,还必须测试制造商指定的材料组合。

根据中压钳的示例进行测试

首先,必须确定测试组合的数量。 所用的MV钳由不锈钢(StSt)制成,因此可以与表1中所述的钢,铝,StSt和铜导体结合使用。此外,它可以交叉和并联方式连接,也必须进行测试。 这意味着使用的MV夹具有八种可能的测试组合(图3和4)。

根据EN 62561,这些测试组合中的每一个都必须在三个合适的样本/测试装置上进行测试。 这意味着必须测试该单个MV夹具的24个样本以覆盖整个范围。 每个单独的样本都安装有足够的

按照规范要求拧紧扭矩,并如上所述通过盐雾和潮湿的亚硫酸气氛进行人工老化。 对于随后的电气测试,必须将样品固定在绝缘板上(图5)。

对每个样本施加三个10/350μs波形的雷电流脉冲,分别为50 kA(正常负载)和100 kA(重负载)。 施加雷电流后,样品不得显示损坏迹象。

除了在雷电流负载下使样品承受电动势的电气测试之外,EN 62561-1标准还集成了静态机械负载。 对于并行连接器,纵向连接器等,特别需要进行此静态机械测试,并使用不同的导体材料和夹紧范围进行测试。 由不锈钢制成的连接组件仅在单根不锈钢导体(极其光滑的表面)的最坏情况下进行测试。 连接组件(例如,图6中所示的MV夹具)已准备好以规定的拧紧扭矩,然后在900分钟(±20 N)的机械拉力下加载一分钟。 在此测试期间,导体的移动不得超过一毫米,连接组件也不得显示损坏的迹象。 这种附加的静态机械测试是连接组件的另一项测试标准,除电气值外,还必须记录在制造商的测试报告中。

不锈钢夹具的接触电阻(在夹具上方测量)不得超过2.5mΩ或其他材料的情况下不得超过1mΩ。 必须确保所需的松动扭矩。

因此,防雷系统的安装人员必须为现场期望的负荷(H或N)选择连接组件。 例如,对于空气终端棒(全雷电流),必须使用占空比H(100 kA)的夹具,而在网孔或地面入口处必须使用占空比N(50 kA)的夹具。 (雷电流已经分配)。

导线

EN 62561-2还对导体(例如空气终端和引下线)或接地电极(例如环形接地电极)提出了特殊要求,例如:

  • 机械性能(最小拉伸强度,最小伸长率)
  • 电性能(最大电阻率)
  • 耐腐蚀性能(如上所述的人工时效)。

机械性能必须进行测试和观察。 图8显示了用于测试圆形导体(例如铝)的拉伸强度的测试装置。 涂层(光滑,连续)的质量以及最小厚度和对基材的附着力很重要,必须进行测试,特别是如果使用镀锌钢(St / tZn)等涂层材料。

在标准中以弯曲测试的形式对此进行了描述。 为此,将样品弯曲等于其直径5倍的半径到90°的角度。 这样做时,样品可能不会出现锋利的边缘,断裂或剥落。 此外,在安装防雷系统时,导体材料应易于加工。 线材或带材(线圈)应该很容易通过矫直机(导轮)或通过扭转来矫直。 此外,应易于在建筑物或土壤中安装/弯曲材料。 这些标准要求是相关的产品功能,必须记录在制造商的相应产品数据表中。

接地电极/接地棒

可分离的LSP接地棒由特殊钢制成,并完全热浸镀锌或由高合金不锈钢制成。 这些接地棒的一个特殊特征是,可以在不增大直径的情况下连接棒的联接接头。 每个杆都有一个孔和一个销端。

EN 62561-2规定了接地电极的要求,例如材料,几何形状,最小尺寸以及机械和电气性能。 连接各个杆的联接接头是薄弱点。 因此,EN 62561-2要求进行额外的机械和电气测试,以测试这些联接接头的质量。

对于该测试,将杆放入钢板作为冲击区域的导向器中。 样品由两个连接的杆组成,每个杆的长度为500 mm。 每种类型的接地电极应测试三个样品。 样品的顶端受到带有适当锤头插入的振动锤的冲击,持续时间为2000分钟。 锤的打击速率必须为1000±1 min-50,单冲程冲击能量必须为10±XNUMX [Nm]。

如果联轴器通过了该测试而没有明显的缺陷,则它们将通过盐雾和潮湿的亚硫气氛进行人工老化。 然后,向联轴器加载三个分别为10/350和50 kA的100/2.5μs波形的雷电冲击。 不锈钢接地棒的接触电阻(在联轴器上方测量)不得超过XNUMXmΩ。 为了测试联接接头在承受雷电流负载后是否仍然牢固连接,使用拉力试验机测试联接力。

要安装防雷系统,必须使用根据最新标准测试的组件和设备。 防雷系统的安装人员必须根据安装现场的要求选择并正确安装组件。 除机械要求外,还应考虑并遵守最新防雷状态的电气标准。

表1:可能的空气终端系统和下导体的材料组合以及与结构零件的连接

接地导体,等电位联结连接和连接组件的50 Hz载流量

不同电气系统的设备在电气装置中相互作用:

  • 高压技术(HV系统)
  • 中压技术(中压系统)
  • 低压技术(低压系统)
  • 信息技术(IT系统)

不同系统之间可靠交互的基础是通用的接地系统和通用的等电位连接系统。 必须为各种应用指定所有导体,夹具和连接器,这一点很重要。

对于带有集成变压器的建筑物,必须考虑以下标准:

  • EN 61936-1:超过1 kV交流电的电力设备
  • EN 50522:超过1 kV ac的电力设备的接地

用于HV,MV和LV系统的导体材料和连接组件必须承受50 Hz电流产生的热应力。 由于预期的短路电流(50 Hz),必须针对各种系统/建筑物专门确定接地电极材料的横截面。 线对地短路电流(规范要求的双重接地故障电流I” kEE)不得使组件发热。 除非网络运营商有特殊要求,否则以下内容为基础:

  • 故障电流持续时间(断开时间)为1 s
  • 所使用的接地导体和连接组件/夹具材料的最高允许温度为300°C

与故障电流持续时间相关的材料和电流密度G(以A / mm2为单位)对于选择接地导体的横截面至关重要。

图1-地球电极材料的载流量

线地短路电流的计算

系统配置和相关的接地电流中压系统可以作为具有隔离中性线的系统,具有低阻抗中性线接地的系统,牢固接地的中性线系统或感应接地的中性线系统(补偿系统)进行操作。 在接地故障的情况下,后者可以通过补偿线圈(电感L = 1 /3ωCE的抑制线圈)将在故障位置流动的电容电流限制为剩余的接地故障电流IRES,因此得到了广泛的应用。 在故障情况下,只有该剩余电流(通常最多达到未补偿的接地故障电流的最大10%)会对接地系统施加压力。 通过将本地接地系统连接到其他接地系统,可以进一步减少剩余电流(例如,借助中压电缆的电缆屏蔽层的连接效果)。 为此,定义了减少因子。 如果系统的预期电容性接地故障电流为150 A,则在采用补偿系统的情况下,假定最大残余接地故障电流约为15 A,这会给本地接地系统带来压力。 如果本地接地系统连接到其他接地系统,则该电流将进一步减小。

表格1-基于EN-50522

相对于载流量的接地终端系统的尺寸

为此,必须检查不同的最坏情况。 在中压系统中,双重接地故障将是最关键的情况。 第一次接地故障(例如在变压器处)可能在另一相中导致第二次接地故障(例如中压系统中的电缆密封端出现故障)。 根据EN 1标准的表50522(超过1 kV ac的电力设备的接地),在这种情况下,将通过接地导体流过双重接地故障电流I''kEE,其定义如下:

I“ kEE = 0,85•I” k

(I” k =三极初始对称短路电流)

在20 kV设备中,初始对称短路电流I''k为16 kA,断开时间为1秒,则双重接地故障电流将为13.6 kA。 必须根据该值对接地线和接地母线在站房或tansformer机房中的载流量进行额定。 在这种情况下,在环形布置的情况下可以考虑电流分裂(实际上使用的系数为0.65)。 规划必须始终基于实际的系统数据(系统配置,线对地短路电流,断开时间)。

EN 50522标准规定了不同材料的最大短路电流密度G(A / mm2)。 导体的横截面由材料和断开时间确定。

表短路电流密度G

现在,将计算出的电流除以相关材料的电流密度G以及相应的断开时间和最小横截面A分钟 确定导体的根数。

A分钟=我”kEE(分公司) / G [毫米2]

计算出的横截面允许选择导体。 该横截面总是四舍五入到下一个较大的标称横截面。 例如,在采用补偿系统的情况下,接地系统本身(与地面直接接触的部分)负载的电流要低得多,即仅带有剩余的接地故障电流IE = RX IRES 减少因子r。 如果使用常见的接地材料横截面,则该电流不会超过10 A,并且可以永久流动而不会出现问题。

接地电极的最小横截面

关于机械强度和腐蚀的最小横截面在德国DIN VDE 0151标准中定义(接地电极相对于腐蚀的材料和最小尺寸)。

符合欧洲规范1的隔离式空气终端系统的风荷载

由于全球变暖,全世界的极端天气条件都在上升。 高风速,暴风雨数量增加和大雨等后果不容忽视。 因此,设计人员和安装人员将面临新的挑战,特别是在风荷载方面。 这不仅会影响建筑物结构(结构的静电),而且还会影响空气终端系统。

迄今为止,在雷电防护领域,已使用DIN 1055-4:2005-03和DIN 4131标准作为尺寸基础。 2012年XNUMX月,这些标准被欧洲规范取代,后者提供了欧洲范围内标准化的结构设计规则(结构规划)。

DIN 1055-4:2005-03标准已集成在欧洲规范1(EN 1991-1-4:结构上的作用–第1-4部分:一般作用–风作用)和欧洲规范4131(DIN V 2008:09-3 EN 1993-3-1:第3-1部分:塔架,桅杆和烟囱–塔架和桅杆)。 因此,这两个标准构成了防雷系统的空气终端系统尺寸的基础,但是,欧洲法规1是最重要的。

以下参数用于计算预期的实际风荷载:

  • 风区(德国分为四个基本风速不同的风区)
  • 地形类别(地形类别定义结构的周围环境)
  • 物体在地面上方的高度
  • 位置的高度(高于海平面,通常高出海平面800 m)

其他影响因素,例如:

  • 刨冰
  • 放置在山脊或山顶上
  • 物体高度超过300 m
  • 地形高度超过800 m(海平面)

必须针对特定的安装环境进行考虑,并且必须单独进行计算。

不同参数的组合导致阵风风速,该阵风风速将用作确定空气终端系统和其他设备(如高架环形导线)尺寸的基础。 在我们的目录中,为我们的产品指定了最大阵风风速,以便能够根据阵风风速确定所需的混凝土基础数量,例如在隔离式空气终端系统的情况下。 这不仅可以确定静态稳定性,还可以减少必要的重量,从而减少屋顶载荷。

重要注意事项:

此目录中为各个组件指定的“最大阵风风速”是根据欧洲规范1(DIN EN 1991-1-4 / NA:2010-12)的德国特定计算要求确定的,该要求基于风区德国和相关国家/地区特定地形特征的地图。

在其他国家/地区使用此目录的产品时,必须遵守欧洲规范1(EN 1991-1-4)或其他适用于本地的计算法规(欧洲以外)中所述的特定于国家/地区的特殊性和其他适用于本地的计算方法。观察到的。 因此,本目录中提及的最大阵风风速仅适用于德国,而对于其他国家/地区来说只是粗略的定位。 必须根据国家/地区特定的计算方法重新计算阵风风速!

在混凝土基座中安装空气终端杆时,必须考虑表中的信息/阵风速度。 此信息适用于常规的空气终止棒材料(Al,St / tZn,Cu和StSt)。

如果空气终端杆通过垫片固定,则计算基于以下安装可能性。

为相关产品指定了最大允许阵风风速,在选择/安装时必须考虑最大风速。 更高的机械强度可以通过例如成角度的支撑件(两个以三角形排列的垫片)(根据要求)来实现。

符合欧洲规范1的隔离式空气终端系统的风荷载

根据欧洲规范1在隔离式空气终端系统中的风荷载

空气终端系统–引下线–住宅和工业建筑的隔离外部防雷保护

住宅和工业建筑物的空气终端系统下导体隔离式外部防雷保护

空气终端系统–引下线–天线系统的隔离外部防雷保护

天线系统的空气终端系统下导体隔离式外部防雷保护系统

具有金属屋顶,茅草屋顶,储气罐,发酵罐的工业建筑物的外部防雷保护

具有金属屋顶,茅草屋顶的气体容器发酵罐的工业建筑物的外部防雷保护