防雷和電湧保護裝置概述


計劃安全

住宅和功能性建築物中的技術安裝和系統故障非常令人不快且昂貴。 因此,在正常操作和雷暴期間都必須確保設備的正常運行。 多年來,德國每年登記的雷電活動數量一直保持在較高水平。 保險公司的損失統計數據清楚地表明,私營部門和商業部門在雷電和電湧保護措施方面均存在缺陷(圖1)。

專業的解決方案可以採取適當的保護措施。 例如,防雷區概念使建築物和設施的設計人員,構造人員和操作人員可以考慮,實施和監視不同的防護措施。 因此,所有相關的設備,設施和系統都得到了可靠的保護,而費用卻是合理的。

圖1-從1999年到2012年在德國註冊的閃電活動

干擾源

雷暴期間發生的浪湧是由直接/附近的雷擊或遠程雷擊引起的(圖2和圖3)。 直接或附近的雷擊是對建築物,建築物周圍環境或進入建築物的導電系統(例如低壓電源,電信和數據線)的雷擊。 所產生的脈衝電流和脈衝電壓以及相關的電磁場(LEMP)對於要保護的設備而言,在涉及的振幅和能量含量方面特別危險。 如果發生直接雷擊或附近雷擊,則電湧是由常規接地阻抗R處的電壓降引起的st 以及建築物相對於偏遠地球的潛在上升趨勢(圖3,情況2)。 這意味著建築物中電氣設備的最高負載。

圖2雷擊導致建築物和安裝的一般風險

圖3雷電放電期間的電湧原因

可以通過10/350μs脈衝電流波形描述存在的脈衝電流的特徵參數(峰值,電流上升速率,電荷,比能量)。 它們已在國際,歐洲和國家標準中定義為用於防止直接雷擊的組件和設備的測試電流(圖4)。 除了常規接地阻抗下的電壓降之外,由於電磁雷場的感應效應,電氣建築設備以及與其連接的系統和設備還會產生電湧(圖3,情況3)。 這些感應浪湧的能量以及所產生的脈衝電流的能量遠低於直接雷電脈衝電流的能量,因此用8/20μs的脈衝電流波形來描述(圖4)。 因此,無需傳導直接雷擊電流的組件和設備就可以使用8/20μs的脈衝電流進行測試。

圖4-雷電電流和電湧放電器的測試脈衝電流

保護方案

如果雷擊發生在距離要保護的物體較遠的位置,雷擊中壓架空線或其周圍或以雲間閃電放電的形式發生,則被稱為遠程雷擊(圖3,案例4、5、6)。 類似於感應浪湧,遠程雷擊對建築物的電氣安裝的影響由已根據8/20μs脈衝電流波確定尺寸的設備和組件處理。 例如,由開關操作(SEMP)引起的電湧產生:

–斷開感性負載(例如,變壓器,電抗器,電動機)

–電弧著火和中斷(例如,電弧焊接設備)

–保險絲跳閘

在測試條件下,還可以通過8/20μs波形的衝擊電流來模擬建築物電氣設備中開關操作的效果。 為了即使在雷電直接干擾的情況下,也能確保複雜的電源和信息技術系統的連續可用性,需要針對建築物的雷電保護系統的電氣和電子設備及設備採取進一步的電湧保護措施。 重要的是要考慮所有激增原因。 為此,應用了IEC 62305-4中所述的防雷區概念(圖5)。

圖5:防雷區概念的整體視圖

防雷區概念

該建築分為不同的瀕危區域。 這些區域有助於定義必要的保護措施,尤其是雷電和電湧保護裝置及組件。 EMC兼容(EMC:電磁兼容性)防雷區概念的一部分是外部防雷系統(包括空氣終端系統,引下線系統,接地終端系統),等電位聯結,空間屏蔽和電湧保護電源和信息技術系統。 表1中的定義適用。根據電湧保護裝置的要求和負載,將其分為雷電流避雷器,電湧避雷器和組合式避雷器。 最高要求是在避雷區0過渡時使用的避雷器和組合避雷器的放電容量A 到1或0A 到2。這些避雷器必須能夠多次傳導10/350μs波形的局部雷電流而不會被破壞,以防止破壞性的局部雷電流進入建築物的電氣設備。 在從LPZ 0開始的過渡點B 在從LPZ 1到1或更高的過渡點上,如果避雷針位於2或避雷針的下游,則使用避雷器來防止電湧。 他們的任務是既要進一步減少上游保護級的剩餘能量,又要限制設備本身引起或產生的電湧。

上述防雷區邊界處的防雷和電湧保護措施同樣適用於電源和信息技術系統。 EMC兼容的防雷區概念中描述的所有措施均有助於實現電氣和電子設備及裝置的連續可用性。 有關更多詳細的技術信息,請訪問 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

外區:

LPZ 0:由於未衰減的雷電電磁場而造成威脅的區域,並且內部系統可能會遭受全部或部分雷電浪湧電流的區域。

LPZ 0細分為:

零點零A:由於直射雷電和完整的雷電電磁場而造成威脅的區域。 內部系統可能會承受全部的雷電浪湧電流。

零點零B:防止直射雷電的區域,但是威脅是完整的雷電電磁場。 內部系統可能會受到部分雷電浪湧電流的影響。

內部區域(防止直接雷擊):

LPZ 1:浪湧電流受邊界共享電流和隔離接口和/或SPD限制的區域。 空間屏蔽可能會削弱雷電電磁場。

LPZ 2…n:浪湧電流可能會受到均流和隔離接口和/或邊界處額外SPD進一步限制的區域。 可以使用附加的空間屏蔽來進一步減弱雷電電磁場。

術語和定義

破壞能力,遵循目前的滅火能力Ifi

分斷能力是市電跟隨電流的有效(預期)均方根值,當連接U時,電湧保護裝置可以自動將其消除C。 可以通過根據EN 61643-11:2012進行的運行測試來證明這一點。

符合IEC 61643-21:2009的類別

IEC 61643-21:2009中描述了許多脈衝電壓和脈衝電流,用於測試脈衝干擾的載流能力和電壓限制。 該標準的表3將這些分類列出,並提供了首選值。 在IEC 2-61643標準的表22中,根據去耦機制將瞬變源分配給不同的脈衝類別。 C2類包括電感耦合(電湧),D1類電耦合(雷電流)。 相關類別在技術數據中指定。 LSP電湧保護器的值超過了指定類別的值。 因此,脈衝電流承載能力的確切值由標稱放電電流(8/20μs)和雷電脈衝電流(10/350μs)表示。

組合波

虛擬阻抗為1.2Ω的混合發電機(50 / 8μs,20/2μs)產生組合波。 該發電機的開路電壓稱為UOC。 üOC 是3型避雷器的首選指示器,因為只有這些避雷器可以用組合波進行測試(根據EN 61643-11)。

截止頻率fG

截止頻率定義了避雷器的頻率相關行為。 截止頻率等於引起插入損耗的頻率(aE)在某些測試條件下為3 dB(請參閱EN 61643-21:2010)。 除非另有說明,否則該值是指50Ω系統。

防護等級

IP防護等級對應於防護類別

在IEC 60529中進行了描述。

斷開時間ta

斷開時間是指在要保護的電路或設備出現故障的情況下,自動斷開電源所經過的時間。 斷開時間是特定於應用的值,由故障電流的強度和保護裝置的特性得出。

SPD的能量協調

能量協調是整個雷電和電湧保護概念的級聯保護元素(= SPD)的選擇性和協調交互。 這意味著雷電衝擊電流的總負載將根據SPD的能量承載能力在SPD之間分配。 如果無法進行能量協調,則下游SPD不足

由於上游SPD運行太晚,運行不充分或根本沒有運行,因此被上游SPD緩解了。 因此,可能會破壞下游的SPD以及要保護的終端設備。 DIN CLC / TS 61643-12:2010描述瞭如何驗證能量協調性。 基於火花隙的1型浪湧保護器由於其電壓開關而具有明顯的優勢

特徵(請參見 WAVE B往來者 FUNCTION)。

頻率範圍

頻率範圍取決於所描述的衰減特性,表示避雷器的傳輸範圍或截止頻率。

插入損耗

在給定的頻率下,電湧保護器的插入損耗由電湧保護器安裝前後的安裝位置電壓值的關係來定義。 除非另有說明,否則該值是指50Ω系統。

集成備用保險絲

根據SPD的產品標準,必須使用過電流保護裝置/備用保險絲。 但是,這需要在配電板上留出更多空間,增加電纜長度(根據IEC 60364-5-53的規定應盡可能短),額外的安裝時間(和成本)以及保險絲的尺寸。 集成在避雷器中的保險絲非常適合所涉及的脈衝電流,消除了所有這些缺點。 此概念的明顯優勢是節省空間,減少接線工作,集成保險絲監控以及因連接電纜較短而增加的保護效果。

雷電衝擊電流IIMP

雷電衝擊電流是具有10/350μs波形的標準衝擊電流曲線。 它的參數(峰值,電荷,比能)模擬自然雷電流引起的負載。 雷電電流和組合的避雷器必須能夠多次釋放這種雷電衝擊電流而不會被破壞。

電源側過電流保護/避雷器備用保險絲

一旦超過電湧保護器的分斷能力,位於饋電側避雷器外部的過電流保護器(例如保險絲或斷路器)將中斷工頻跟隨電流。 由於備用保險絲已經集成在SPD中,因此不需要其他備用保險絲。

最大連續工作電壓UC

最大連續工作電壓(最大允許工作電壓)是在工作期間可以連接到電湧保護裝置相應端子的最大電壓的均方根值。 這是避雷器中的最大電壓

定義的不導通狀態,在跳閘和放電後,將避雷器恢復到該狀態。 U的值C 取決於要保護的系統的標稱電壓和安裝程序的規格(IEC 60364-5-534)。

最大連續工作電壓UCPV 用於光伏(PV)系統

可以永久施加到SPD端子上的最大直流電壓值。 確保UCPV 在所有外部影響(例如環境溫度,太陽輻射強度)的情況下,均高於光伏系統的最大開路電壓,UCPV 必須比最大開路電壓高1.2倍(根據CLC / TS 50539-12)。 1.2的係數可確保SPD的尺寸沒有錯誤。

最大放電電流I最大

最大放電電流是設備可以安全放電的8/20μs脈衝電流的最大峰值。

最大傳輸能力

最大傳輸容量定義了可通過同軸電湧保護裝置傳輸的最大高頻功率,而不會干擾保護組件。

額定放電電流In

標稱放電電流是8/20μs脈衝電流的峰值,在特定測試程序中會對該電湧保護器進行評級,並且該電湧保護器可以放電幾次。

額定負載電流(標稱電流)IL

額定負載電流是可能永久流過相應端子的最大允許工作電流。

標稱電壓UN

標稱電壓代表要保護的系統的標稱電壓。 標稱電壓的值通常用作信息技術系統的電湧保護器的類型標記。 表示為交流系統的均方根值。

N-PE避雷器

專為安裝在N和PE導體之間而設計的電湧保護器。

工作溫度範圍TU

工作溫度範圍表示可以使用設備的範圍。 對於非自熱設備,它等於環境溫度範圍。 自熱設備的溫升不得超過指示的最大值。

保護電路

保護電路是多級,級聯的保護設備。 各個保護階段可能包括火花隙,壓敏電阻,半導體元件和氣體放電管(請參閱能量協調)。

保護導體電流IPE

保護導體電流是當電湧保護設備連接到最大連續工作電壓U時流經PE連接的電流C,根據安裝說明進行操作,並且不帶負載側消耗器。

遠程信號聯繫

遠程信號觸點可輕鬆進行遠程監控並指示設備的運行狀態。 它具有浮動轉換觸點形式的三極端子。 此觸點可以用作斷開和/或接通觸點,因此可以輕鬆集成到建築物控制系統,開關櫃的控制器等中。

響應時間tA

響應時間主要表徵避雷器中使用的單個保護元件的響應性能。 取決於脈衝電壓du / dt或脈衝電流di / dt的上升速率,響應時間可能會在一定範圍內變化。

回波損耗

在高頻應用中,回波損耗是指“超前”波的多少部分在保護裝置(浪湧點)處被反射。 這是保護設備與系統特性阻抗的協調程度的直接度量。

串聯電阻

信號方向的電阻在避雷器的輸入和輸出之間流動。

屏蔽衰減

饋入同軸電纜的功率與電纜通過相線輻射的功率之間的關係。

電湧保護器(SPD)

電湧保護裝置主要由電壓相關電阻器(壓敏電阻,抑制二極管)和/或火花隙(放電路徑)組成。 電湧保護器用於保護其他電氣設備和裝置免受不允許的高電湧和/或建立等電位聯結。 電湧保護器分為以下幾類:

  1. a)根據其用途分為:
  • 電源裝置和設備的電湧保護器

用於額定電壓範圍高達1000 V

–根據EN 61643-11:2012分為類型1/2/3 SPD

–根據IEC 61643-11:2011分為I / II / III級SPD

紅色/線條的轉換。 新標準EN 61643-11:2012和IEC 61643-11:2011的產品系列將於2014年內完成。

  • 信息技術裝置和設備的電湧保護器

用於保護標稱電壓高達1000 V ac(有效值)和1500 V dc的電信和信號網絡中的現代電子設備,免受雷擊和其他瞬態的間接和直接影響。

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

  • 隔離用於接地系統或等電位連接的火花隙
  • 用於光伏系統的電湧保護器

用於額定電壓範圍高達1500 V

–根據EN 50539-11:2013分為類型1/2 SPD

  1. b)根據其脈衝電流放電容量和保護作用分為:
  • 避雷器/協同避雷器

用於保護安裝和設備免受直接或附近雷擊的干擾(安裝在LPZ 0之間的邊界處)A 和1)。

  • 避雷器

用於保護裝置,設備和終端設備免受雷擊,切換過壓以及靜電放電(安裝在LPZ 0下游的邊界)B).

  • 組合式避雷器

用於保護安裝,設備和終端設備免受直接或附近的雷擊(安裝在LPZ 0之間的邊界)的干擾A 和1以及0A 和2)。

電湧保護器技術數據

電湧保護器的技術數據包括根據以下條件使用的信息:

  • 應用(例如安裝,電源條件,溫度)
  • 發生干擾時的性能(例如,脈衝電流放電能力,跟隨電流消除能力,電壓保護水平,響應時間)
  • 運行期間的性能(例如,標稱電流,衰減,絕緣電阻)
  • 發生故障時的性能(例如備用保險絲,隔離開關,故障保護,遠程信號選項)

短路承受能力

短路耐受能力是當相關最大備用保險絲連接到上游時,電湧保護設備處理的預期工頻短路電流的值。

短路額定值ISCPV 光伏(PV)系統中SPD的設置

SPD單獨或與其斷開設備一起能夠承受的最大不受影響的短路電流。

臨時過電壓(TOV)

由於高壓系統中的故障,電湧保護設備可能會在短時間內出現暫時的過電壓。 這必須與雷擊或開關操作引起的瞬態現象區別明顯,持續時間不超過約1 ms。 振幅UT 此暫時過電壓的持續時間在EN 61643-11中進行了規定(200 ms,5 s或120 min。),並根據系統配置(TN,TT等)對相關的SPD進行了單獨測試。 SPD可以a)可靠地失效(TOV安全)或b)耐TOV(承受TOV),這意味著它可以在操作期間和之後完全運行

暫時的過電壓。

熱斷路器

用於配備壓控電阻器(壓敏電阻)的電源系統中的電湧保護器大多具有集成的熱斷路器,以在過載時將電湧保護器與主電源斷開,並指示該工作狀態。 隔離開關對壓敏電阻過載產生的“當前熱量”作出響應,如果超過一定溫度,則將電湧保護裝置與主電源斷開。 隔離開關設計用於及時斷開過載的電湧保護裝置,以防止火災。 並不旨在確保防止間接接觸。 的功能

可以通過模擬的避雷器過載/老化來測試這些熱斷路器。

總放電電流I

在總放電電流測試期間,流經多極SPD的PE,PEN或接地的電流。 如果電流同時流過多極SPD的多個保護路徑,則可以使用此測試確定總負載。 該參數對於總放電容量起決定性作用,總放電容量由單個變量的總和可靠地處理

SPD的路徑。

電壓保護等級Up

電湧保護器的電壓保護級別是電湧保護器端子上的最大電壓瞬時值,由標準化的單個測試確定:

–雷電脈衝擊穿電壓1.2 / 50μs(100%)

–跳火電壓,上升速率為1kV /μs

–在額定放電電流I下測得的極限電壓n

電壓保護級別表徵了電湧保護設備將電湧限製到殘餘電平的能力。 電壓保護等級根據IEC 60664-1在電源系統中定義了有關過電壓類別的安裝位置。 對於要在信息技術系統中使用的電湧保護設備,電壓保護等級必須與要保護的設備的抗擾等級相適應(IEC 61000-4-5:2001)。

內部防雷和電湧保護的計劃

工業建築的雷電和電湧保護

工業建築的防雷和電湧保護

辦公大樓的雷電和電湧保護

辦公大樓的防雷和電湧保護

住宅建築物的雷電和電湧保護

住宅建築物的雷電浪湧保護

外部防雷組件的要求

用於安裝外部避雷系統的組件應滿足某些機械和電氣要求,這些要求在EN 62561-x標準系列中已指定。 防雷組件根據其功能進行分類,例如連接組件(EN 62561-1),導體和接地電極(EN 62561-2)。

常規防雷組件的測試

經受風化的金屬避雷部件(線夾,導體,空氣終端棒,接地電極)必須在測試之前經過人工時效/調理,以驗證其對預期應用的適用性。 根據EN 60068-2-52和EN ISO 6988,金屬部件要經過人工時效並分兩步進行測試。

自然風化和防雷組件的腐蝕

步驟1:鹽霧處理

該測試適用於旨在承受鹽溶液暴露的組件或設備。 測試設備由一個鹽霧室組成,在其中用2級測試樣品對樣品進行三天以上的測試。 測試等級2包括三個噴塗階段,每個階段為2小時,使用5%氯化鈉溶液(NaCl)在15°C和35°C之間的溫度下進行,然後在93%的相對濕度和40°C的溫度下進行濕度存儲根據EN 2-20-22,在±60068°C的溫度下保持2到52小時。

步驟2:濕式含硫氣氛處理

該測試旨在根據EN ISO 6988評估含有二氧化硫的材料或物體在潮濕環境中的抵抗力。

測試設備(圖2)由一個測試室組成,樣品在這裡

在七個測試週期中,用二氧化硫的體積分數為667 x 10-6(±24 x 10-6)處理。 持續時間為24 h的每個循環由在潮濕,飽和的氣氛中,溫度為8±40°C的3 h加熱時間段以及隨後的16 h休息時間段組成。 之後,更換潮濕的亞硫氣氛。

戶外使用的組件和埋在地下的組件均會老化/老化。 對於埋在地下的組件,必須考慮其他要求和措施。 禁止將鋁夾或導體埋在地下。 如果要將不銹鋼埋在地下,則只能使用高合金不銹鋼,例如StSt(V4A)。 根據德國DIN VDE 0151標準,不允許使用StSt(V2A)。 室內使用的組件,例如等電位連接條,不必經過老化/調節。 這同樣適用於嵌入式組件

在具體。 因此,這些組件通常由非鍍鋅(黑)鋼製成。

空氣終端系統/空氣終端棒

空氣終止棒通常用作空氣終止系統。 它們具有許多不同的設計,例如長度為1 m,用於在平坦屋頂上安裝混凝土基座,最大長度為25 m的伸縮式防雷桅杆,用於沼氣廠。 EN 62561-2規定了最小橫截面和空氣終止棒的允許的材料以及相應的電氣和機械性能。 如果空氣終止桿的高度較大,則必須通過靜態計算來驗證空氣終止桿的抗彎強度和整個系統(三腳架中的空氣終止桿)的穩定性。 必鬚根據需要選擇所需的橫截面和材料

在這個計算上。 計算時還必須考慮相關風載荷區的風速。

測試連接組件

連接組件(通常簡稱為夾具)用作防雷組件,以將導體(引下線,空氣終端導體,接地線)相互連接或與設備連接。

根據夾具和夾具材料的類型,許多不同的夾具組合是可能的。 在這方面,導體的佈線和可能的材料組合是決定性的。 導體佈線的類型描述了夾具如何以交叉或併聯方式連接導體。

在雷電流負載的情況下,夾具會受到電動和熱力的作用,這在很大程度上取決於導體佈線和夾具連接的類型。 表1顯示了可以組合而不會引起接觸腐蝕的材料。 當雷電流流過它們時,不同材料的相互結合以及它們不同的機械強度和熱性能會對連接組件產生不同的影響。 對於不銹鋼(StSt)連接組件而言,這尤其明顯,一旦雷電流流過,它們就會由於導電率低而發生高溫。 因此,必須對所有夾具執行符合EN 62561-1的雷電流測試。 為了測試最壞的情況,不僅必須測試不同的導體組合,還必須測試製造商指定的材料組合。

根據中壓鉗的示例進行測試

首先,必須確定測試組合的數量。 所用的MV鉗由不銹鋼(StSt)製成,因此可以與鋼,鋁,StSt和銅導體結合使用,如表1所述。此外,它可以交叉和並聯方式連接,也必須進行測試。 這意味著使用的MV夾具有八種可能的測試組合(圖3和4)。

根據EN 62561,這些測試組合中的每一個都必須在三個合適的樣本/測試裝置上進行測試。 這意味著必須測試該單個MV夾具的24個樣本以覆蓋整個範圍。 每個標本都安裝有足夠的

按照規範要求擰緊扭矩,並如上所述通過鹽霧和潮濕的亞硫酸氣氛進行人工老化。 對於隨後的電氣測試,必須將樣品固定在絕緣板上(圖5)。

對每個樣本施加三個10/350μs波形的雷電流脈衝,分別為50 kA(正常負載)和100 kA(重負載)。 施加雷電流後,樣品不得顯示損壞跡象。

除了在雷電流負載下使樣品承受電動勢的電氣測試之外,EN 62561-1標準還集成了靜態機械負載。 對於並行連接器,縱向連接器等,特別需要進行此靜態機械測試,並使用不同的導體材料和夾緊範圍進行測試。 由不銹鋼製成的連接組件僅在單根不銹鋼導體(極其光滑的表面)的最壞條件下進行測試。 連接組件(例如,圖6中所示的MV夾具)已準備好以規定的擰緊扭矩,然後在900分鐘(±20 N)的機械拉力下加載一分鐘。 在此測試期間,導體的移動不得超過一毫米,連接組件也不得顯示損壞的跡象。 這種附加的靜態機械測試是連接組件的另一項測試標準,除電氣值外,還必須記錄在製造商的測試報告中。

不銹鋼夾具的接觸電阻(在夾具上方測量)不得超過2.5mΩ或其他材料的情況下不得超過1mΩ。 必須確保所需的鬆動扭矩。

因此,防雷系統的安裝人員必須為現場期望的負荷(H或N)選擇連接組件。 例如,對於空氣終端棒(全雷電流),必須使用佔空比H(100 kA)的夾具,而在網孔或地面入口處必須使用佔空比N(50 kA)的夾具。 (雷電流已經分配)。

導體

EN 62561-2還對導體(例如空氣終端和引下線)或接地電極(例如環形接地電極)提出了特殊要求,例如:

  • 機械性能(最小拉伸強度,最小伸長率)
  • 電性能(最大電阻率)
  • 耐腐蝕性能(如上所述的人工時效)。

機械性能必須進行測試和觀察。 圖8顯示了用於測試圓形導體(例如鋁)的拉伸強度的測試裝置。 塗層(光滑,連續)的質量以及最小厚度和對基材的附著力很重要,必須進行測試,特別是如果使用鍍鋅鋼(St / tZn)等塗層材料。

在標準中以彎曲測試的形式對此進行了描述。 為此,將樣品彎曲成等於其直徑5倍的半徑到90°的角度。 這樣做時,樣品可能不會出現鋒利的邊緣,斷裂或剝落。 此外,在安裝防雷系統時,導體材料應易於加工。 線材或帶材(線圈)應該很容易通過矯直機(導輪)或通過扭轉來矯直。 此外,應易於在建築物或土壤中安裝/彎曲材料。 這些標準要求是相關的產品功能,必須記錄在製造商的相應產品數據表中。

接地電極/接地棒

可分離的LSP接地棒由特殊鋼製成,並完全熱浸鍍鋅或由高合金不銹鋼製成。 這些接地棒的一個特殊之處是,允許在不增大直徑的情況下連接棒的聯接接頭。 每個桿都有一個孔和一個銷端。

EN 62561-2規定了接地電極的要求,例如材料,幾何形狀,最小尺寸以及機械和電氣性能。 連接各個桿的聯接接頭是薄弱點。 因此,EN 62561-2要求進行額外的機械和電氣測試,以測試這些聯接接頭的質量。

對於該測試,將桿放入鋼板作為衝擊區域的導向器中。 樣品由兩個連接的桿組成,每個桿的長度為500 mm。 每種類型的接地電極應測試三個樣品。 樣品的頂端受到帶有適當鎚頭插入的振動錘的衝擊,持續時間為2000分鐘。 錘的打擊速率必須為1000±1 min-50,單衝程衝擊能量必須為10±XNUMX [Nm]。

如果聯軸器通過了該測試而沒有明顯的缺陷,則它們將通過鹽霧和潮濕的亞硫氣氛進行人工老化。 然後,向聯軸器加載三個雷電電流脈衝,每個雷電電流脈衝的波形分別為10kA和350​​kA,波形為50/100μs。 不銹鋼接地棒的接觸電阻(在聯軸器上方測量)不得超過2.5mΩ。 為了測試聯接接頭在承受雷電流負載後是否仍然牢固連接,使用拉力試驗機測試聯接力。

要安裝防雷系統,需要使用根據最新標準測試的組件和設備。 防雷系統的安裝人員必鬚根據安裝現場的要求選擇並正確安裝組件。 除機械要求外,還應考慮並遵守最新防雷狀態的電氣標準。

表1:可能的空氣終端系統和下導體的材料組合以及與結構零件的連接

接地導體,等電位聯結連接和連接組件的50 Hz載流量

不同電氣系統的設備在電氣裝置中相互作用:

  • 高壓技術(HV系統)
  • 中壓技術(中壓系統)
  • 低壓技術(低壓系統)
  • 信息技術(IT系統)

不同系統之間可靠交互的基礎是通用的接地系統和通用的等電位連接系統。 必須為各種應用指定所有導體,夾具和連接器,這一點很重要。

對於帶有集成變壓器的建築物,必須考慮以下標準:

  • EN 61936-1:超過1 kV交流電的電力設備
  • EN 50522:超過1 kV ac的電力設備的接地

用於HV,MV和LV系統的導體材料和連接組件必須承受50 Hz電流產生的熱應力。 由於預期的短路電流(50 Hz),必須針對各種系統/建築物專門確定接地電極材料的橫截面。 線對地短路電流(規範要求的雙重接地故障電流I” kEE)不得使組件發熱。 除非網絡運營商有特殊要求,否則以下內容為基礎:

  • 故障電流持續時間(斷開時間)為1 s
  • 所使用的接地導體和連接組件/夾具材料的最高允許溫度為300°C

與故障電流持續時間相關的材料和電流密度G(以A / mm2為單位)對於選擇接地導體的橫截面至關重要。

圖1-地球電極材料的載流量

線地短路電流的計算

系統配置和相關的接地電流中壓系統可以作為具有隔離中性線的系統,具有低阻抗中性線接地的系統,牢固接地的中性線系統或感應接地的中性線系統(補償系統)進行操作。 在接地故障的情況下,後者可以通過補償線圈(電感L = 1 /3ωCE的抑制線圈)將在故障位置流動的電容電流限制為剩餘的接地故障電流IRES,因此得到了廣泛的應用。 在發生故障時,只有該剩餘電流(通常最多達到未補償的接地故障電流的最大10%)會對接地系統施加壓力。 通過將本地接地系統連接到其他接地系統,可以進一步減少剩餘電流(例如,借助中壓電纜的電纜屏蔽層的連接效果)。 為此,定義了減少因子。 如果系統的預期電容性接地故障電流為150 A,則在採用補償系統的情況下,假定最大殘餘接地故障電流約為15 A,這會給本地接地系統帶來壓力。 如果本地接地系統連接到其他接地系統,則該電流將進一步減小。

表格1-基於EN-50522

相對於載流量的接地終端系統的尺寸

為此,必須檢查不同的最壞情況。 在中壓系統中,雙重接地故障將是最關鍵的情況。 第一次接地故障(例如在變壓器處)可能在另一相中導致第二次接地故障(例如中壓系統中的電纜密封端出現故障)。 根據EN 1標準的表50522(超過1 kV ac的電力設備的接地),在這種情況下,將通過接地導體流過雙重接地故障電流I''kEE,其定義如下:

I“ kEE = 0,85•I” k

(I” k =三極初始對稱短路電流)

在20 kV的設備中,初始對稱短路電流I''k為16 kA,斷開時間為1秒,雙重接地故障電流將為13.6 kA。 必鬚根據該值對接地線和接地母線在站房或tansformer機房中的載流量進行額定。 在這種情況下,可以考慮在環形佈置的情況下進行電流分流(實際上使用的係數為0.65)。 規劃必須始終基於實際的系統數據(系統配置,線對地短路電流,斷開時間)。

EN 50522標準規定了不同材料的最大短路電流密度G(A / mm2)。 導體的橫截面由材料和斷開時間確定。

表短路電流密度G

現在,將計算出的電流除以相關材料的電流密度G以及相應的斷開時間和最小橫截面A分鐘 確定導體的根數。

A分鐘=我”kEE(分公司) / G [毫米2]

計算出的橫截面允許選擇導體。 該橫截面總是四捨五入到下一個較大的標稱橫截面。 例如,在採用補償系統的情況下,接地系統本身(與地面直接接觸的部分)負載的電流要低得多,即僅帶有剩餘的接地故障電流IE = RX IRES 減少因子r。 如果使用普通的接地材料橫截面,則該電流不會超過10 A,並且可以永久流動而不會出現問題。

接地電極的最小橫截面

關於機械強度和腐蝕的最小橫截面在德國DIN VDE 0151標準中定義(接地電極相對於腐蝕的材料和最小尺寸)。

符合歐洲規範1的隔離式空氣終端系統的風荷載

由於全球變暖,全世界的極端天氣條件都在上升。 高風速,暴風雨數量增加和大雨等後果不容忽視。 因此,設計人員和安裝人員將面臨新的挑戰,特別是在風荷載方面。 這不僅會影響建築物結構(結構的靜電),而且還會影響空氣終端系統。

迄今為止,在雷電防護領域,已使用DIN 1055-4:2005-03和DIN 4131標準作為尺寸基礎。 2012年XNUMX月,這些標準被歐洲規範取代,後者提供了歐洲範圍內標準化的結構設計規則(結構規劃)。

DIN 1055-4:2005-03標準已集成在歐洲規範1(EN 1991-1-4:結構上的作用–第1-4部分:一般作用–風作用)和歐洲規範4131(DIN V 2008:09-3)中( EN 1993-3-1:第3-1部分:塔架,桅杆和煙囪–塔架和桅杆)。 因此,這兩個標準構成了防雷系統的空氣終端系統尺寸的基礎,但是,歐洲法規1是最重要的。

以下參數用於計算預期的實際風荷載:

  • 風區(德國分為四個基本風速不同的風區)
  • 地形類別(地形類別定義結構的周圍環境)
  • 物體在地面上方的高度
  • 位置的高度(高於海平面,通常高出海平面800 m)

其他影響因素,例如:

  • 蜜糖粉
  • 放置在山脊或山頂上
  • 物體高度超過300 m
  • 地形高度超過800 m(海平面)

必須針對特定的安裝環境進行考慮,並且必須單獨進行計算。

不同參數的組合導致陣風風速,該陣風風速將用作確定空氣終端系統和其他設備(如高架環形導線)尺寸的基礎。 在我們的目錄中,為我們的產品指定了最大陣風風速,以便能夠根據陣風風速確定所需的混凝土基礎數量,例如在隔離式空氣終端系統的情況下。 這不僅可以確定靜態穩定性,還可以減少必要的重量,從而減少屋頂載荷。

重要注意事項:

此目錄中為單個組件指定的“最大陣風風速”是根據歐洲規範1(DIN EN 1991-1-4 / NA:2010-12)的德國特定計算要求確定的,該要求基於風區德國和相關國家/地區特定地形特徵的地圖。

在其他國家/地區使用此目錄的產品時,必須遵守歐洲規範1(EN 1991-1-4)或其他適用於本地的計算法規(歐洲以外)中所述的特定於國家/地區的特殊性和其他適用於本地的計算方法。觀察到的。 因此,本目錄中提及的最大陣風風速僅適用於德國,而對於其他國家/地區來說只是粗略的定位。 必鬚根據國家/地區的特定計算方法重新計算陣風風速!

在混凝土基座中安裝空氣終端桿時,必須考慮表中的信息/陣風速度。 此信息適用於常規的空氣終止棒材料(Al,St / tZn,Cu和StSt)。

如果空氣終端桿通過墊片固定,則計算基於以下安裝可能性。

為相關產品指定了最大允許陣風風速,在選擇/安裝時必須考慮最大風速。 更高的機械強度可通過(例如)有角度的支撐(兩個以三角形排列的墊片)來實現。

符合歐洲規範1的隔離式空氣終端系統的風荷載

根據歐洲規範1在隔離式空氣終端系統中的風荷載

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天線系統的空氣終端系統下導體隔離式外部防雷保護系統

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具有金屬屋頂,茅草屋頂的氣體容器發酵罐的工業建築物的外部防雷保護