(高清版)GBT 21697-2022 低壓配電線路和電子系統(tǒng)中雷電過電壓的絕緣配合

代替GB/T21697—2008低壓配電線路和電子系統(tǒng)中雷電過電壓的絕緣配合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)I前言 12規(guī)范性引用文件 l3術(shù)語和定義 4雷電流與雷電過電壓 34.1雷電流 34.2雷電過電壓 35絕緣配合與絕緣水平 35.1概述 35.2作用電壓 45.3雷電過電壓絕緣配合 45.4絕緣水平 56絕緣試驗(yàn)及其要求 66.1絕緣試驗(yàn) 66.2試驗(yàn)要求 66.3環(huán)境條件 67雷電防護(hù)措施的選擇和應(yīng)用 77.1電涌保護(hù)器 77.2隔離變壓器 77.3隔離放電間隙 7 77.5接地及接地裝置 77.6屏蔽 8附錄A(資料性)主要雷電參數(shù) 9附錄B(資料性)雷電過電壓 附錄C(資料性)低壓設(shè)備抗擾度判據(jù) 附錄D(規(guī)范性)SPD的絕緣配合和選用要求 參考文獻(xiàn) Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件代替GB/T21697—2008《低壓電力線路和電子設(shè)備系統(tǒng)的雷電過電壓絕緣配合》,與GB/T21697—2008相比，除結(jié)構(gòu)調(diào)整和編輯性改動(dòng)外，主要技術(shù)變化如下：a)標(biāo)準(zhǔn)名稱修改為“低壓配電線路和電子系統(tǒng)中雷電過電壓的絕緣配合”;b)修改了范圍(見第1章，2008年版的第1章);c)增加了“自恢復(fù)絕緣”等術(shù)語(見第3章),刪除了“電氣間隙”等術(shù)語(見2008年版的第3章),修改了“絕緣配合”等術(shù)語(見第3章，2008年版的第3章);d)刪除了“正常使用條件”(見2008年版的4.2);e)增加了“雷電流與雷電過電壓”(見第4章);f)增加了“絕緣的分類”(見5.1.1);g)修改了“絕緣配合方法”(見5.1.2,2008年版的5.4);h)修改了“有防護(hù)裝置的設(shè)備”(見5.3.1,2008年版的5.5.1);i)修改了“直接由配電網(wǎng)供電的設(shè)備”(見5.4.1,2008年版的6.1.1);j)修改了“雷電沖擊耐受電壓的優(yōu)選值”(見5.4.3,2008年版的6.2);k)修改了“絕緣試驗(yàn)”,將2008年版的8.1合并到了6.1(見6.1,2008年版的8.1);n)刪除了“避雷器或SPD保護(hù)水平”(見2008年版的第7章);o)增加了“雷電防護(hù)措施的選擇和應(yīng)用”(見第7章);“SPD的絕緣配合和選用要求”。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由全國(guó)雷電防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC258)提出并歸口。本文件起草單位：中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)、國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司、上海電力大學(xué)、中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司、中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心、清華大學(xué)、上海大學(xué)、中國(guó)電信股份有限公司廣東研究院、江蘇華云防雷檢測(cè)有限公司、天津市中力防雷技術(shù)有限公司、上海市巖土工程檢測(cè)中心有限公司、武漢大學(xué)、合肥航太電物理技術(shù)有限公司、南京市寬永電子系統(tǒng)有限公司、中山市新立防雷科技有限公司、廈門賽爾特電子有限公司、泰興市威特新材料科技有限公司、中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)、國(guó)網(wǎng)陜西省電力有限公司電力科學(xué)研究院。本文件及其所代替文件的歷次版本發(fā)布情況為：——2008年首次發(fā)布為GB/T21697—2008;——本次為第一次修訂。1低壓配電線路和電子系統(tǒng)中雷電過電壓的絕緣配合1范圍本文件規(guī)定了低壓配電線路和電子系統(tǒng)的雷電流與雷電過電壓、絕緣配合與絕緣水平、絕緣試驗(yàn)及其要求、雷電防護(hù)措施的選擇和應(yīng)用。本文件適用于交流額定電壓不大于1000V,直流額定電壓不大于1500V的低壓配電線路和電子系統(tǒng)。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T16927.1—2011高電壓試驗(yàn)技術(shù)第1部分：一般定義及試驗(yàn)要求GB/T21714.3雷電防護(hù)第3部分：建筑物的物理?yè)p壞和生命危險(xiǎn)GB/T33588.2雷電防護(hù)系統(tǒng)部件(LPSC)第2部分：接閃器、引下線和接地極的要求3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件?？紤]所采用的過電壓保護(hù)措施后，決定設(shè)備上可能的作用電壓，并根據(jù)設(shè)備的絕緣特性及可能影響絕緣特性的因素，從安全運(yùn)行和技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性兩方面確定設(shè)備的絕緣強(qiáng)度。注：設(shè)備的“絕緣強(qiáng)度”是指按3.14中定義的絕緣水平。[來源：GB/T311.1—2012,4.1,有修改]過電壓overvoltage大于在正常運(yùn)行條件下最大穩(wěn)態(tài)電壓的峰值的任何電壓。[來源：GB/T16935.1—2008,3.7,有修改]瞬態(tài)過電壓transientovervoltage振蕩的或非振蕩的、通常為高阻尼的持續(xù)時(shí)間只有幾毫秒或更短時(shí)間的過電壓。[來源：GB/T16935.1—2008,3.7.2,有修改]由于雷擊在低壓配電線路和電子系統(tǒng)中任何位置上出現(xiàn)的瞬態(tài)過電壓。2當(dāng)設(shè)備在額定電壓下工作時(shí)，在任一特定絕緣的兩端所產(chǎn)生的最高交流電壓(有效值)或直流電壓?？諝忾g隙及設(shè)備固體絕緣的外露表面，它承受電壓并受大氣環(huán)境的氣壓、溫度、污穢和潮濕等外界條件的影響。在破壞性放電之后，能完全恢復(fù)其絕緣特性的絕緣。在破壞性放電之后，喪失或不能完全恢復(fù)其絕緣特性的絕緣。絕緣配合因數(shù)insulationco-ordinationfactorK設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)耐受電壓和保護(hù)裝置相應(yīng)的保護(hù)水平之比。耐受電壓withstandvoltage絕緣本身耐受電壓的能力，即作用在絕緣上、不造成絕緣被擊穿或損壞的臨界電壓。在規(guī)定的條件下，不造成絕緣擊穿、具有一定波形和極性的沖擊電壓最高峰值。由一個(gè)或兩個(gè)絕緣耐受電壓值所表征的設(shè)備特性。殘壓residualvoltage在沖擊電流流過保護(hù)裝置時(shí)，在保護(hù)裝置兩端之間呈現(xiàn)的電壓峰值。用于限制瞬態(tài)過電壓和泄放電涌電流的電器。注1:電涌保護(hù)器至少包含一個(gè)非線性的元件。注2:SPD具有適當(dāng)?shù)倪B接裝置，是一個(gè)裝配完整的部件，又稱浪涌保護(hù)器。3優(yōu)選值preferredvalues供各項(xiàng)試驗(yàn)優(yōu)先選用的參考值。隔離放電間隙isolatingsparkgap;ISG用以隔離金屬裝置間導(dǎo)電性的具有一定放電間距的部件。4雷電流與雷電過電壓4.1雷電流雷暴日、地閃密度和雷電流強(qiáng)度是地區(qū)雷電活動(dòng)的重要參數(shù)，見附錄A。雷云對(duì)地或地面目標(biāo)物放電形成波形基本一致的雷電流，75%～90%的雷電流是負(fù)極性的。一次雷電放電過程一般由多次回?fù)艚M成，每次回?fù)舻睦纂娏鞫际菃螛O性的脈沖波。雷電防護(hù)與絕緣配合一般根據(jù)負(fù)極性雷電沖擊波參數(shù)進(jìn)行。通過低壓配電線路或電子系統(tǒng)的雷電流，其數(shù)值受接地阻抗、并聯(lián)線路數(shù)及是否通過電纜埋地、相線間和中性線的阻抗差異、進(jìn)戶前的最后一根桿塔的絕緣水平的影響；感應(yīng)雷電流受到雷擊點(diǎn)距離以及環(huán)路敷設(shè)方式和包圍面積等因素的影響。雷電流參數(shù)見GB/T21714.1—2015的附錄A,不同安裝點(diǎn)的雷電流參數(shù)見GB/T21714.1—2015的附錄E。4.2雷電過電壓雷電過電壓是雷電活動(dòng)的重要參數(shù)之一。根據(jù)形成的物理過程不同，雷電過電壓可分為兩種：a)直擊雷電過電壓：雷電直接擊中目標(biāo)物[如：建(構(gòu))筑物、電力桿塔、導(dǎo)線等]引起的過電壓；b)感應(yīng)雷電過電壓：雷電擊中目標(biāo)物附近，由雷電感應(yīng)在目標(biāo)物上產(chǎn)生的過電壓。雷電過電壓作用于低壓配電線路和電子系統(tǒng)中的固體、液體絕緣和空氣間隙等組成的絕緣上，當(dāng)雷電過電壓超過絕緣耐受水平時(shí)，絕緣會(huì)擊穿。因此，絕緣是將正常工作電壓及各類預(yù)期過電壓進(jìn)行隔離，絕緣水平也是雷電過電壓的限值。在絕緣配合中需考慮其對(duì)雷電過電壓的限制。根據(jù)雷電過電壓對(duì)設(shè)備和系統(tǒng)的作用位置，雷電過電壓分為作用于設(shè)備或系統(tǒng)的輸入端子之間和作用于設(shè)備或系統(tǒng)的對(duì)地絕緣兩類。有關(guān)雷電過電壓的詳細(xì)描述見附錄B。5絕緣配合與絕緣水平絕緣分為自恢復(fù)絕緣和非自恢復(fù)絕緣。間隙、與空氣接觸的瓷和玻璃絕緣子的外絕緣屬于自恢復(fù)絕緣。在雷電過電壓作用下，電場(chǎng)的均勻性是影響自恢復(fù)絕緣強(qiáng)度的主要因素，非均勻電場(chǎng)條件下間隙的雷電沖擊耐受電壓明顯低于均勻電場(chǎng)條件下間隙的雷電沖擊耐受電壓。環(huán)境氣壓、溫度和濕度也影響雷電沖擊耐受電壓。一般來說，氣壓和4濕度降低、溫度升高使外絕緣的雷電沖擊耐受電壓下降。固體絕緣和液體絕緣一般屬于非自恢復(fù)絕緣，固體絕緣外表閃絡(luò)時(shí)可能有灼傷，內(nèi)部擊穿時(shí)往往留有放電痕跡或通道，液體絕緣擊穿時(shí)留有放電遺留物會(huì)降低其絕緣強(qiáng)度。正常的固體絕緣和液體絕緣的電氣強(qiáng)度一般遠(yuǎn)大于空氣間隙的電氣強(qiáng)度。從絕緣的角度講，只考慮設(shè)備或系統(tǒng)的擊穿、永久性損壞或破壞，不考慮功能的暫時(shí)喪失和退化，后者是電磁兼容的抗擾度的范疇，相關(guān)信息見附錄C。5.1.2絕緣配合方法絕緣配合方法有確定性法(慣用法)、統(tǒng)計(jì)法及簡(jiǎn)化統(tǒng)計(jì)法，具體如下。a)確定性法：按作用在設(shè)備絕緣上的“最大過電壓”和設(shè)備的“最低絕緣強(qiáng)度”的概念進(jìn)行絕緣配合的習(xí)慣方法。確定性法簡(jiǎn)單明了，但無法估計(jì)絕緣故障的概率以及此概率與絕緣配合因數(shù)之間的關(guān)系，故這種方法對(duì)絕緣要求的嚴(yán)格程度取決于絕緣配合因數(shù)的取值。本文件采用絕緣配合確定性法。確定性法的程序如下：1)確定設(shè)備上可能出現(xiàn)的、最危險(xiǎn)的過電壓和設(shè)備絕緣最低的耐受電壓；2)根據(jù)設(shè)備制造(包括經(jīng)濟(jì)性)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)選擇一個(gè)絕緣配合因數(shù)(兩電壓的比值),以補(bǔ)償在估計(jì)最大過電壓和絕緣最低耐受強(qiáng)度時(shí)的誤差及增加一定的安全裕度；3)最后確定設(shè)備絕緣應(yīng)能耐受的電壓水平。b)統(tǒng)計(jì)法：采用此方法的前提是充分掌握了作為隨機(jī)變量的過電壓和絕緣電氣強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)特性(概率密度、分布函數(shù)等),這需要對(duì)不同設(shè)備絕緣進(jìn)行大量的沖擊電壓試驗(yàn)和對(duì)系統(tǒng)的過電壓進(jìn)行廣泛深入的研究。因此，統(tǒng)計(jì)法在實(shí)際應(yīng)用中受到某些限制，至今統(tǒng)計(jì)法僅用于操作過電壓和自恢復(fù)型絕緣的配合。c)簡(jiǎn)化統(tǒng)計(jì)法：假定過電壓及絕緣放電概率的統(tǒng)計(jì)分布均服從正態(tài)分布，采用概率為2%的過電壓作為統(tǒng)計(jì)過電壓，閃絡(luò)概率為10%的電壓作為絕緣的統(tǒng)計(jì)耐受電壓，并通過選取統(tǒng)計(jì)配合系數(shù)，即統(tǒng)計(jì)耐受電壓與統(tǒng)計(jì)過電壓之比，使所確定的絕緣故障率從運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性兩方面來看均是可以接受的。5.2作用電壓本文件所考慮的低壓配電線路和電子系統(tǒng)中設(shè)備上的作用電壓為雷電過電壓。5.3雷電過電壓絕緣配合5.3.1有防護(hù)裝置的設(shè)備采用SPD防護(hù)的設(shè)備，其雷電沖擊耐受電壓由SPD在預(yù)期雷電流下的雷電沖擊防護(hù)水平乘以絕緣配合因數(shù)(K)計(jì)算選定。采用其他防護(hù)裝置的設(shè)備進(jìn)行防護(hù)時(shí)，其雷電沖擊耐受電壓根據(jù)其防護(hù)效果確定其過電壓值乘以絕緣配合因數(shù)(K)計(jì)算選定。5.3.2無防護(hù)裝置的設(shè)備對(duì)未安裝SPD或其他防護(hù)裝置進(jìn)行保護(hù)的設(shè)備，其雷電沖擊耐受電壓由預(yù)期雷電過電壓水平乘以絕緣配合因數(shù)(K)計(jì)算選定。5.3.3絕緣配合因數(shù)(K)的選取采用確定性法進(jìn)行絕緣配合時(shí)，絕緣配合因數(shù)(K)需考慮下列因素：a)絕緣類型及特性；5b)被保護(hù)設(shè)備的重要性；c)被保護(hù)設(shè)備的進(jìn)線方式；d)保護(hù)設(shè)備和被保護(hù)設(shè)備之間的電氣距離；e)SPD的雷電沖擊保護(hù)特性、幅值及分散性；f)過電壓幅值及分布特性；g)大氣條件、設(shè)備生產(chǎn)、裝配中的分散性及安裝質(zhì)量；h)絕緣在預(yù)期壽命期間的老化；i)試驗(yàn)方法及其他因素。5.4絕緣水平5.4.1直接由配電網(wǎng)供電的設(shè)備設(shè)備在配電網(wǎng)中所處位置不同，其承受的雷電過電壓也會(huì)有差異。根據(jù)雷電過電壓的不同，一般可將設(shè)備分為三類：a)I類：使用在配電裝置及電源端的設(shè)備；b)Ⅱ類：一般的耗能設(shè)備(包括器具、可移動(dòng)式工具、家用和類似用途的負(fù)載);c)Ⅲ類：連接至具有很好的瞬態(tài)過電壓限制措施的電路(如具有過電壓保護(hù)的電子電路)上的設(shè)備。三類設(shè)備的額定雷電沖擊耐受電壓應(yīng)按表1選擇。表1三類設(shè)備的額定雷電沖擊耐受電壓電源的標(biāo)稱電壓(AC)V額定雷電沖擊耐受電壓I類Ⅲ類6400/69084645.4.2非直接由配電網(wǎng)供電的設(shè)備和系統(tǒng)非直接由配電網(wǎng)供電的設(shè)備和系統(tǒng)可以是通信、工業(yè)控制系統(tǒng)或載運(yùn)裝置中的獨(dú)立設(shè)備和系統(tǒng)。其雷電沖擊耐受電壓可采用5.4.3中推薦的優(yōu)選值。具體選擇原則如下。a)保護(hù)良好的電氣環(huán)境。所有引入的電纜都有過電壓保護(hù)，各電子設(shè)備單元由設(shè)計(jì)良好的接地系統(tǒng)連接，且該接地系統(tǒng)受到電力設(shè)備和雷電的影響較小，電子設(shè)備有專用電源，一般情況下，電子設(shè)備的雷電沖擊耐受電壓不低于額定工作電壓的2.5倍，外部對(duì)稱信號(hào)線端口1.5kV,內(nèi)部屏蔽和非屏蔽信號(hào)線端口1.0kV。b)有部分保護(hù)的電氣環(huán)境。所有引入的電纜都有過電壓保護(hù)，各電子設(shè)備單元由設(shè)計(jì)良好的接地系統(tǒng)連接，且沒有直接與高壓設(shè)備相連接的電纜、長(zhǎng)度相對(duì)較短(例如幾十米以下的電纜),在同一建筑物內(nèi)與通信有關(guān)的電纜，雷電沖擊耐受電壓不低于500V。c)電源電纜與信號(hào)電纜平行敷設(shè)的電氣環(huán)境。設(shè)備和系統(tǒng)通過電力設(shè)備的公共接地系統(tǒng)接地，與電信網(wǎng)或遠(yuǎn)方設(shè)備相連接，可以達(dá)到接地網(wǎng)邊緣的通信電纜，雷電沖擊耐受電壓不低于2kV?；ミB線作為戶外電纜，沿電源電纜敷設(shè)，設(shè)備和系統(tǒng)連接到電力設(shè)備的接地系統(tǒng)，該接6GB/T21697—2022地系統(tǒng)容易遭受雷電產(chǎn)生的過電壓。雷電沖擊耐受電壓不低于4kV。d)無良好保護(hù)的電氣環(huán)境。外部對(duì)稱信號(hào)線端口不低于6kV,內(nèi)部屏蔽和非屏蔽信號(hào)線端口不低于1.5kV。e)特殊環(huán)境則在電子設(shè)備的產(chǎn)品技術(shù)要求中規(guī)定。5.4.3雷電沖擊耐受電壓的優(yōu)選值絕緣配合采用的額定雷電沖擊耐受電壓的優(yōu)選值如下：6絕緣試驗(yàn)及其要求6.1絕緣試驗(yàn)本文件考慮的絕緣試驗(yàn)為雷電沖擊耐受電壓試驗(yàn)。雷電沖擊耐受電壓試驗(yàn)是為了證明在合適的置信度下設(shè)備絕緣的實(shí)際耐受電壓不低于規(guī)定的雷電沖擊耐受電壓。保護(hù)裝置的保護(hù)水平及分散性是決定保護(hù)裝置質(zhì)量的重要指標(biāo)，必要時(shí)需進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。6.2試驗(yàn)要求對(duì)于導(dǎo)電部件和布置的間隙，施加正負(fù)極性、波形為1.2/50μs的沖擊電壓各三次，絕緣無擊穿或無閃絡(luò)視為耐受。放電，內(nèi)絕緣試驗(yàn)結(jié)果不必進(jìn)行海拔修正。在做間隙試驗(yàn)時(shí)，涉及固體絕緣，需考慮其電壓的提高對(duì)固體絕緣的影響。6.3環(huán)境條件6.3.1絕緣試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件絕緣試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件如下：——溫度：20℃;——?dú)鈮海?01.3kPa;——絕對(duì)濕度：11g/m3。6.3.2大氣條件修正大氣條件修正因數(shù)應(yīng)符合GB/T16927.1—2011中4.3.2～4.3.4的要求。6.3.3海拔修正本文件中給出的絕緣水平是海拔高度為2000m的值，若試驗(yàn)在其他海拔地區(qū)進(jìn)行時(shí)，空氣間隙的雷電沖擊耐受電壓值應(yīng)除以海拔修正系數(shù)K,K。按式(1)計(jì)算：……………7GB/T21697—2022式中：K?！０涡拚禂?shù)；H——海拔高度，單位為千米(km)。7雷電防護(hù)措施的選擇和應(yīng)用7.1電涌保護(hù)器電涌保護(hù)器(SPD)的功能在于限制瞬態(tài)過電壓和泄放電涌電流，避免雷電過電壓和電涌電流對(duì)其所保護(hù)設(shè)備的損害。按關(guān)鍵元器件劃分，SPD可以分成電壓開關(guān)型、電壓限制型和復(fù)合型。電壓開關(guān)型SPD,在沒有電涌時(shí)具有高阻抗，一旦響應(yīng)電壓電涌時(shí)瞬間跌落為短路狀態(tài)。常見的關(guān)鍵元器件有氣體放電管、放電間隙等。電壓限制型SPD,在沒有電涌時(shí)為高阻抗，但隨著電涌電流和電壓的增加，其阻抗將持續(xù)減小。常見關(guān)鍵元器件有壓敏電阻和抑制二極管。復(fù)合型SPD由電壓開關(guān)型元件和電壓限制型元件組成，其特性隨所加電壓的特性可以表現(xiàn)為電壓開關(guān)型、電壓限制型或兩者皆有。按使用場(chǎng)合劃分，SPD可以分成電源類和信號(hào)類。電源類SPD主要用在低壓配電線路中，類型為直流型或者交流工頻型；信號(hào)類SPD主要用在電信、控制、信號(hào)、測(cè)量、有線電視系統(tǒng)、通信和天饋系統(tǒng)，工作頻率從幾十kHz到幾十GHz。SPD的絕緣配合和選用要求應(yīng)符合附錄D的規(guī)定。在SPD內(nèi)部以及一些電子設(shè)備的集成電路板上，采用了電涌保護(hù)元件，例如壓敏電阻(MOV)、氣體放電管(GDT)、瞬態(tài)抑制二極管(TVS)、電涌抑制晶閘管(TSS)、雪崩擊穿二極管(ABD)等的電涌保護(hù)元件。這些元件可以單獨(dú)使用，也可以組合使用起到更好的配合保護(hù)效果。例如氣體放電管(GDT)和瞬態(tài)抑制二極管(TVS)通常配合使用，壓敏電阻(MOV)和氣體放電管(GDT)也可配合使用。7.2隔離變壓器隔離變壓器是一種輸入繞組與輸出繞組帶電氣隔離的變壓器，其次級(jí)輸出繞組不與大地相連，變壓器鐵芯飽和高頻損耗大，可隔離和抑制雷電過電壓傳入被保護(hù)設(shè)備。7.3隔離放電間隙隔離放電間隙(ISG)的功能在于限制瞬態(tài)過電壓和泄放電涌電流，避免過電壓和電涌電流對(duì)其他設(shè)備的損害。滿足絕緣隔離要求的電壓開關(guān)型SPD可用作隔離放電間隙。放電間隙并聯(lián)在被保護(hù)設(shè)備的前端，高于間隙放電電壓的雷電過電壓會(huì)被限制，因此需考慮放電間隙和相并聯(lián)設(shè)備的絕緣配合。7.4光纖光纖是一種由高純度玻璃(SiO?)或特種塑料制成的纖維，實(shí)際使用時(shí)，多根光纖絞合并包覆若干層保護(hù)結(jié)構(gòu)制造成為光纜。光纖本身不導(dǎo)電，可以用于電隔離。通信局站或電子設(shè)備的通信連接金屬線纜換成光纜后，隔離了金屬線纜傳導(dǎo)的雷電壓和雷電流，也隔離了通信局站地電位升通過金屬通信線纜傳導(dǎo)到設(shè)備。設(shè)備之間或設(shè)備內(nèi)部之間連接采用光纖，能起到很好的電隔離作用。具有金屬加強(qiáng)芯和鎧裝層的光纜，應(yīng)做好這兩部分導(dǎo)體的隔離和接地。7.5接地及接地裝置接地是降低雷電過電壓的措施，雷電流入地時(shí)產(chǎn)生的過電壓隨接地電阻減小而降低。應(yīng)選擇合適8的接地體材料、尺寸和布置，設(shè)置接地裝置。采用混凝土地基中的鋼筋或地下管道作接地體時(shí)，應(yīng)校核其承受雷電流的能力和接地電阻值。接地裝置的材料及尺寸選擇應(yīng)符合GB/T21714.3的規(guī)定，對(duì)其校驗(yàn)的方法和程序應(yīng)符合GB/T33588.2的規(guī)定。7.6屏蔽屏蔽是降低、隔離電磁場(chǎng)的措施，一般采用接地良好的金屬棒、線(或線組成的網(wǎng))、板和它們的組合；特殊用途時(shí)可不接地而形成懸浮的等電位體。雷電發(fā)生時(shí)，雷擊地面或目標(biāo)物時(shí)，電弧通道或雷電流引下通道會(huì)因電流及其電位的快速變化而產(chǎn)生瞬態(tài)的電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁場(chǎng)。屏蔽能減小被屏蔽區(qū)域的因雷電引起的電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁場(chǎng)，以及由此引起的雷電過電壓的幅值，如避雷針、線的屏蔽作用大大減小了保護(hù)范圍內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度。屏蔽效能與屏蔽材料、布置和電磁場(chǎng)的頻率特性有關(guān)。雷電電磁脈沖的電磁波只有在設(shè)備及其所連電纜尺寸足夠長(zhǎng)時(shí)，才能形成有效耦合。所以作為防雷的措施，屏蔽的重點(diǎn)在于連接電纜(線)。9(資料性)主要雷電參數(shù)A.1雷暴日雷暴日，也稱為雷電日。一日內(nèi)聽到了雷聲，不論次數(shù)，為一個(gè)雷暴日。按年平均雷暴日數(shù)，地區(qū)雷暴等級(jí)宜劃分為少雷區(qū)、中雷區(qū)、多雷區(qū)、強(qiáng)雷區(qū)，劃分標(biāo)準(zhǔn)如下：a)少雷區(qū)：年平均雷暴日在25d及以下的地區(qū)；b)中雷區(qū)：年平均雷暴日大于25d且不超過40d的地區(qū)；c)多雷區(qū)：年平均雷暴日大于40d且不超過90d的地區(qū)；d)強(qiáng)雷區(qū)：年平均雷暴日超過90d的地區(qū)。A.2地閃密度和雷電流幅值累積概率分布地閃指云內(nèi)荷電中心與大地和地物之間的放電過程。地閃密度是指單位面積、單位時(shí)間的平均地閃次數(shù)，計(jì)算公式見式(A.1):式中：Ng——地閃密度值，單位為次每平方千米年[次/(km2·a)];N——雷電地閃次數(shù)，單位為次；S——區(qū)域面積，單位為平方千米(km2);T——時(shí)間范圍，單位為年(a)。雷電流幅值服從一定的概率分布，推薦的累積概率曲線擬合表達(dá)式見式(A.2):式中：I——電流幅值，單位為千安(kA);P——雷電地閃中，雷電流幅值超過I的概率；a——中值電流，單位為千安(kA);b——表征雷電流幅值分布集中程度的參數(shù)。通過遙測(cè)電磁信號(hào)的方式，由多個(gè)雷電探測(cè)站聯(lián)合定位解算得到雷電地閃發(fā)生時(shí)間、位置、電流幅值等參數(shù)。由雷電地閃記錄，可統(tǒng)計(jì)指定時(shí)間、地域范圍內(nèi)的地閃密度值和雷電流超過某一幅值的概率，再進(jìn)一步擬合計(jì)算得出式(A.2)中的參數(shù)a和b。我國(guó)各省級(jí)行政區(qū)2011年～2020年雷電地閃密度平均值見表A.1,雷電流幅值累積概率曲線擬合表達(dá)式a和b的值見表A.2。表A.1我國(guó)各省級(jí)行政區(qū)2011年～2020年雷電地閃密度平均值省級(jí)行政區(qū)地閃密度次/(km2·a)省級(jí)行政區(qū)地閃密度次/(km2·a)北京市河北省2.77天津市4.00山西省2.02表A.1我國(guó)各省級(jí)行政區(qū)2011年～2020年雷電地閃密度平均值(續(xù))省級(jí)行政區(qū)地閃密度次/(km2·a)省級(jí)行政區(qū)地閃密度次/(km2·a)山東省2.08黑龍江省0.61上海市4.84陜西省0.94浙江省甘肅省0.25江蘇省寧夏回族自治區(qū)0.29安徽省2.86青海省0.31福建省4.58新疆維吾爾自治區(qū)0.04湖北省西藏自治區(qū)0.18江西省4.40廣東省8.81四川省廣西壯族自治區(qū)河南省云南省2.13重慶市2.42貴州省4.34湖南省海南省內(nèi)蒙古自治區(qū)0.57香港特別行政區(qū)遼寧省澳門特別行政區(qū)6.09吉林省臺(tái)灣表A.2我國(guó)各省級(jí)行政區(qū)2011年～2020年雷電流幅值累積概率曲線擬合表達(dá)式的a、b值省級(jí)行政區(qū)ab省級(jí)行政區(qū)ab北京市遼寧省23.52.39天津市吉林省24.62.36河北省黑龍江省2.55山西省28.12.64陜西省2.69山東省21.02.08甘肅省27.72.39上海市寧夏回族自治區(qū)28.02.34浙江省23.82.35青海省26.82.37江蘇省新疆維吾爾自治區(qū)2.45安徽省23.72.15西藏自治區(qū)29.82.20福建省23.12.43廣東省20.92.43湖北省28.82.54廣西壯族自治區(qū)2.18江西省29.52.65云南省27.42.46四川省2.45貴州省27.52.91河南省25.52.21海南省23.42.30重慶市2.54香港特別行政區(qū)23.82.13湖南省25.52.35澳門特別行政區(qū)25.02.14內(nèi)蒙古自治區(qū)29.32.57臺(tái)灣——(資料性)雷電過電壓B.1概述雷電是不可避免的自然事件，它會(huì)通過幾種機(jī)理影響低壓系統(tǒng)(包括電力系統(tǒng)和信號(hào)/通信系統(tǒng))。最明顯的影響是系統(tǒng)受到直接雷擊。但其他耦合機(jī)理也會(huì)引起系統(tǒng)電壓升高，本附錄討論引起低壓系統(tǒng)過電壓的三種耦合方式。在討論過電壓時(shí)，也考慮與過電壓相關(guān)的過電流情況，由過電壓引起的初始電流也是本附錄的一個(gè)重要方面，三種類型如下。a)直擊于電力系統(tǒng)，發(fā)生于中壓(MV)/低壓(LV)配電變壓器的原邊側(cè)、LV配電系統(tǒng)(架空的或隱埋的),同時(shí)也侵入到個(gè)別建筑物中。b)非直接閃絡(luò)：雷擊附近物體，通過感應(yīng)耦合或公用路徑耦合在LV配電系統(tǒng)中產(chǎn)生過電壓。雖然非直接閃絡(luò)產(chǎn)生的過電壓和電流低于直接閃絡(luò)所產(chǎn)生的過電壓和電流，但其出現(xiàn)的頻率更大。c)直擊到防雷系統(tǒng)或最終用戶建筑物的外部(建筑物的鋼件及水管、暖氣管、升降梯等非電氣部分),這會(huì)產(chǎn)生兩種影響：一是雷電流通過建筑物外部產(chǎn)生感應(yīng)耦合；二是雷電流從建筑物注入LV系統(tǒng)，從而不可避免地在LV系統(tǒng)中導(dǎo)體和地或裝置等電位連接排之間產(chǎn)生過電壓。對(duì)一個(gè)閃絡(luò)，在最終用戶使用電器上出現(xiàn)的過電壓將反映耦合路徑的性能，例如閃絡(luò)點(diǎn)和終端用戶之間的距離及接地情況、接地電阻、SPD的數(shù)量及配電系統(tǒng)的分支。B.2由中壓傳輸?shù)降蛪合到y(tǒng)的電涌在MV系統(tǒng)中，由于雷擊發(fā)生的過電壓注入LV配電系統(tǒng)有兩種不同的方式：——通過MV/LV變壓器的電容和電感耦合；——通過接地耦合。傳遞的電涌幅值依賴于很多參數(shù)：——LV接地方式(TT,TN,IT);——LV線路和負(fù)載的特性；——LV過電壓保護(hù)裝置；——MV和LV接地間的耦合狀況；——變壓器的結(jié)構(gòu)。為了防止雷電直擊MV線路，SPD動(dòng)作或火花間隙擊穿使電涌電流轉(zhuǎn)移到接地系統(tǒng)，并且在MV和LV系統(tǒng)之間產(chǎn)生阻性的耦合，從而導(dǎo)致過電壓進(jìn)入LV系統(tǒng)中。根據(jù)接地阻抗的不同，通過變壓器的過電壓幅值可能遠(yuǎn)高于容性耦合的情況。在TN系統(tǒng)中，如果用戶裝置內(nèi)的中性點(diǎn)接地，將會(huì)產(chǎn)生輕度的過電壓。這種類型的電阻耦合可以通過在變壓器的LV側(cè)安裝一個(gè)獨(dú)立的接地系統(tǒng)來避免。通過容性耦合和感性耦合輸入到MV/LV側(cè)的過電壓其典型的取值是相和地間電壓的8%。這些值對(duì)于負(fù)載LV電路是相對(duì)典型的。當(dāng)變壓器的LV側(cè)開路或者輕載時(shí)，這個(gè)值會(huì)顯著升高，升高程度取決于LV系統(tǒng)。雷電感應(yīng)在MV系統(tǒng)中產(chǎn)生的電涌(通常小于1kA)比直擊雷要小得多，并且實(shí)際中過電壓輸入到LV系統(tǒng)僅僅是通過容性耦合，其值不會(huì)超過幾千伏。在這種情況下，LV系統(tǒng)(至少是在距離雷擊不遠(yuǎn)的部分)所直接感應(yīng)的過電壓一般要比從MV側(cè)輸入的要高。如果有一個(gè)SPD動(dòng)作或者放電發(fā)生，電GB/T21697—2022流將會(huì)較小，相應(yīng)的阻性耦合的情況也被忽略。B.3直擊于低壓配電系統(tǒng)引起的過電壓由于雷電流通道的有效阻抗較高，因此實(shí)際上可認(rèn)為雷電流為一理想的電流源。因此，產(chǎn)生的過電壓由雷電流的瞬態(tài)有效阻抗的大小決定。導(dǎo)線遭受雷擊，第一時(shí)刻的電壓取決于導(dǎo)線的特征阻抗(電涌阻抗),電流(I)最初分為兩部分，且電涌電壓(U)按式(B.1)進(jìn)行確定：U=Z×I/2……………(B.1)式中：U——電涌電壓，單位為千伏(kV);Z——線路的電涌阻抗，單位為歐姆(Ω);J電涌電流，單位為千安(kA)。假設(shè)電流為10kA,電涌路徑阻抗為400Ω時(shí)，很顯然，預(yù)期的電涌電壓為2000kV。因此，大多數(shù)情況下閃絡(luò)通常會(huì)在導(dǎo)線和地之間發(fā)生。發(fā)生閃絡(luò)后，有效阻抗以一定數(shù)量下降，其下降程度取決于接地電阻。假設(shè)雷電流為10kA,阻抗低至10Ω時(shí)，導(dǎo)線上電壓為100kV。在架空線與電纜聯(lián)合系統(tǒng)中，由于電纜電涌路徑阻抗比架空線低，從而其產(chǎn)生過電壓略有降低，其降低程度依電流持續(xù)時(shí)間和系統(tǒng)的對(duì)地電容量而定。然而降低的程度不能完全避免低壓系統(tǒng)中超過標(biāo)稱絕緣水平的過電壓。因此，直擊雷將會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成損壞。B.4低壓配電系統(tǒng)中的感應(yīng)過電壓由于閃絡(luò)會(huì)使電磁場(chǎng)發(fā)生改變，電涌被引入到離閃絡(luò)點(diǎn)相當(dāng)大距離的范圍內(nèi)的架空線上。可通過式(B.2)粗略估計(jì)導(dǎo)線上產(chǎn)生的過電壓(U):U=30×k×(h/d)×I………(B.2)式中：U——感應(yīng)過電壓，單位為千伏(kV);k——系數(shù)，參數(shù)k的變化很小(1.0～1.3),取決于雷電流反擊的速率；h——導(dǎo)線離地高度，單位為米(m);d——發(fā)生閃絡(luò)點(diǎn)到導(dǎo)線距離，單位為米(m);I——雷電流，單位為千安(kA)。對(duì)于電流為30kA的中等程度的雷電流，當(dāng)架空線距地面高度為5m,1km范圍內(nèi)的瞬態(tài)過電壓將超過5kV。在這種情況下，即使距離為10km時(shí)，100kA的電流產(chǎn)生的電壓為1.8kV。B.5雷擊防雷系統(tǒng)或一個(gè)鄰近的區(qū)域引起的過電壓當(dāng)采用LV配電系統(tǒng)并聯(lián)供電方式的建筑物遭受雷擊時(shí)，雷電流通過可利用的不同路徑流入大地。路徑為本地接地點(diǎn)(建筑物接地),也包含通過金屬相連接的遠(yuǎn)距離接地，主要是電纜饋線。來自雷電保護(hù)系統(tǒng)接閃端的雷電流通過引下線輸入接地系統(tǒng)。雷電流至少被分成了兩部分，一部分流入建筑物的接地系統(tǒng)，另一部分通過電纜線路流向遠(yuǎn)方接地(電流通常也可能沿著其他路徑，例如金屬管道和其他傳導(dǎo)裝置)。電流的分配與阻抗成反比，沖擊電流起始階段，電流的分配取決于電感的分配，隨后電流變化率低時(shí)，電流的分配取決于電阻的分配。當(dāng)幾個(gè)建筑物電氣上有連接時(shí)，有效電阻值降低，雷電流從建筑物輸入到LV系統(tǒng)的電流將隨著連接到一起的建筑物的數(shù)量增加而增加。中性點(diǎn)的連接方式不同，雷電流的傳播方式也不盡相同。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)需考慮這些不同。在可以利用的路徑中，電流的傳播將會(huì)引起過電壓，特別是在導(dǎo)線和地之間。這些過電壓的大小取決于LV裝置的設(shè)置以及SPD的使用與否。試驗(yàn)結(jié)果顯示出了入端中性點(diǎn)接地的優(yōu)越性，以及考慮阻抗，電感及其相互之間耦合的重要性。直擊雷落在建筑物或某部分上導(dǎo)致接地點(diǎn)電位上升，當(dāng)?shù)蛪貉b置上的作用電壓超過絕緣耐受水平時(shí)，會(huì)引起閃絡(luò)。過電壓將會(huì)傳播到與其連接在同一個(gè)低電壓配電網(wǎng)的相鄰建筑物(設(shè)備),除非該建筑物(設(shè)備)安裝有等電位的SPD裝置。建筑物沒有直接遭受雷擊也可能產(chǎn)生過電壓，這是配電網(wǎng)絡(luò)傳播所導(dǎo)致。除此之外，如果已經(jīng)給出了一個(gè)地域的雷電密度，現(xiàn)有的高大建筑物雖然降低了雷擊直擊附近低矮建筑物的概率，但卻不可避免地增加了傳導(dǎo)過電壓的概率。接地體和導(dǎo)線之間的過電壓作用在與其連接設(shè)備的絕緣上，這些設(shè)備通常都會(huì)根據(jù)GB/T16935.1—2008選擇耐受水平。電力設(shè)備的工作元器件會(huì)承受到導(dǎo)線之間出現(xiàn)的過電壓。表面上看，最壞的情況可能是過電壓施加到電力設(shè)備的工作元器件，這可能也是正常的情況。然而，對(duì)地過電壓會(huì)帶來一些問題，它不僅作用于電力設(shè)備絕緣，而且會(huì)改變電力系統(tǒng)和可能連接到設(shè)備的通信系統(tǒng)之間的參考電位。(資料性)低壓設(shè)備抗擾度判據(jù)C.1抗擾度判據(jù)低壓設(shè)備抗擾度性能(即抗擾度)是根據(jù)以下判據(jù)確定的。這些判據(jù)與出現(xiàn)的電磁現(xiàn)象的類型和出現(xiàn)率，以及低壓設(shè)備的代表性功能是密切相關(guān)的。低壓設(shè)備的運(yùn)行條件和功能規(guī)范分為以下四級(jí)抗擾度：——A級(jí)：在相關(guān)技術(shù)文件給定的條件下功能正常；——B級(jí)：功能暫時(shí)降低或喪失，但能自行恢復(fù)；——C級(jí)：功能暫時(shí)降低或喪失，但需操作者干預(yù)或系統(tǒng)復(fù)位；——D級(jí)：因設(shè)備(元件)或軟件損壞，或數(shù)據(jù)丟失而造成不能恢復(fù)至正常狀態(tài)的功能降低或喪失。如果一個(gè)設(shè)備(系統(tǒng))執(zhí)行若干項(xiàng)功能，那么需采用與各項(xiàng)功能相關(guān)的性能判據(jù)。在某些功能并行的情況下，則根據(jù)C.2中降序排列的性能判據(jù)的順序選擇與最關(guān)鍵的功能相關(guān)的性能判據(jù)。C.2按功能重要性的降序排列判據(jù)按功能重要性的降序排列判據(jù)見表C.1。表C.1按功能重要性的降序排列判據(jù)功能“經(jīng)常出現(xiàn)的暫態(tài)現(xiàn)象偶爾發(fā)生的暫態(tài)現(xiàn)象評(píng)估級(jí)別保護(hù)和遠(yuǎn)距離保護(hù)'在限值范圍性能正常在限值范圍性能正常A在線處理和調(diào)節(jié)計(jì)量監(jiān)控暫時(shí)喪失，自恢復(fù)B人-機(jī)界面停止和復(fù)位?C報(bào)警短的延遲“,短時(shí)間內(nèi)指示錯(cuò)誤B數(shù)據(jù)傳輸和通信不丟失，位錯(cuò)率可能降低短時(shí)丟失B數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)暫時(shí)降低[;hB測(cè)量暫時(shí)降低，自行恢復(fù)B離線處理暫時(shí)減低暫時(shí)喪失和復(fù)位”C監(jiān)視暫時(shí)降低暫時(shí)喪失B自診斷暫時(shí)降低，自行恢復(fù)iB對(duì)具有多功能以及并行功能(例如監(jiān)視和監(jiān)控)的設(shè)備，需采用與最重要的功能相關(guān)的性能判據(jù)。對(duì)使用電力線載波的遠(yuǎn)距離保護(hù)，在用高壓隔離開關(guān)操作時(shí)的“正常性能”可能需要有合適的驗(yàn)證程序。暫時(shí)失去數(shù)據(jù)采集和偏離預(yù)定的記錄時(shí)間的時(shí)間是可以被接受的，但是需保持正確的事件記錄順序。允許由操作人員進(jìn)行手動(dòng)恢復(fù)。與緊急程度有關(guān)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中用來作為對(duì)另一控制系統(tǒng)的輔助功能，例如實(shí)現(xiàn)相互配合。短時(shí)的位錯(cuò)率下降可能對(duì)通信效率有影響，要強(qiáng)行自動(dòng)恢復(fù)任何閉塞的通信。對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)和處理進(jìn)度沒有影響。對(duì)模擬式和數(shù)字式指示儀表的測(cè)量精度沒有影響。在系統(tǒng)的診斷周期內(nèi)。(規(guī)范性)SPD的絕緣配合和選用要求D.1電源類SPD的絕緣配合和選用要求電涌保護(hù)器的最大持續(xù)工作電壓Uc指可以持續(xù)施加于電涌保護(hù)器的最大交流電壓有效值或最大直流電壓。具體要求見表D.1。表D