低压系统中雷电流的分布-第一部分

    目前的DIN EN 62305-4（VDE 0185-305-4）标准采用防雷分区概念描述了建筑物内电气和电子系统的基本保护原则。与2006年以前的标准相比，增加了一些重要的补充和细化描述，但无根本性的改变。作为通用的保护措施，除了接地和等电位连接外，还需在各孤立的边界处进行电磁屏蔽、布线以及安装能量协调型的SPD加以保护。

针对不同损害源的防雷保护概念

能量协调型电涌保护器的一个重要的选择原则是其对冲击电流的泄放能力。因此，在防雷标准 DIN EN 62305 的资料性附录D中新近收录了与此有关的内容。此附录中还提供了依据泄放能力进行SPD选择的原则，以及通过评估威胁等级对SPD进行统计。在这里也应满足常规要求，即：保护装置的泄放能力应与安装位置处的冲击电流相符合。

依据DIN EN 62305-1 (VDE 0185-305-1) 和 DIN EN 62305-4 (VDE 0185-305-4) 将损害源分为不同的四种 （图1）。对于某一特定建筑物，哪些损害源在选择保护措施时应予以考虑，可按照DIN EN 62305-2 （VDE 0185-305-2）中的风险分析给出。在 DIN VDE 0100-443 （VDE 0100-443）中对于电气设备是否采取防止电涌的保护措施，以及采取何种保护措施也有相关规范的描述。

对于电涌保护器防雷保护标准和安装规定DIN VDE 0100-534 （VDE 0100-534）包含了关于损害源S2、S3、S4 以及直接雷击电流下S1的明确说明，这使用户能够针对泄放电流轻松地选择正确的电涌保护装置（表1）。

图1 – 依据 DIN EN 62305-4 （VDE0185-305-4）四种损害源 S1至S4

附录：雷电流分布影响因素

在一个设备中测定雷电流的分布，并由此得出在直接雷击下（S1）I 级SPD的泄放能力，往往是很复杂的。若不经精确地计算，通常认为建筑物的接地系统及通过防雷-等电位连接的电涌保护器泄放的雷电流分别为总雷电流的50%。由此在DIN VDE 0100-534 (VDE 0100-534) 给出III 类防雷保护等级下I 级电涌保护器最低要求的泄放能力是12.5kA。这些简化的方法 （图2）成立的前提条件是：所涉及的建筑物的接地电阻与低压系统的接地电阻大致相同。

然而，现实中，在受到直接雷击的设备内有许多因素影响雷电流的分布，并由此而影响I 级电涌保护器的雷电流承载能力。有些影响因素已在 DIN EN 62305-1 （VDE 0185-305-1）的附录E中列出。在 DIN V VDE V 0185-4 （VDE V0185-4）中 （该标准为 DIN EN 62305-4 （VDE0185-305-4）标准的前身，现已撤销）还包括这些影响因素作用效果的内容，在IEC国际标准制定过程中，这些内容未被现行标准所采纳。

因此，在2012年的 DIN EN 62305-4 （VDE 0185-305-4）第二版中首次发表了有关雷电流分布的附录1。在该附录中描述了在复杂的电气系统中用计算机模拟的方法来辅助分析雷电流的分布。此外，附录中还包含在特殊装置，如光伏设备或高层建筑中雷电流的分布。其中展示了不同的安装条件下在低压设备中雷电流的分布以及电涌保护器的雷电流承载能力。DIN EN 62305-4 （VED 0185-305-4）的附录1也是德国预备的IEC标准的基础。其实，负责定期修订防雷标准的TC81组已经着手制定第三版防雷保护标准。

表1 – 根据雷电流泄放能力，电涌保护器的选择

图2 –雷电流均匀分布模型， 与 DIN EN 62305-4 （VDE 0185-305-4）即将发布的附录1相一致

不含计算机模拟仿真说明的内容

在附录1的前言中关于此规范的应用范围做了以下的阐述：“根据一些基本实例，本附录给出了不同安装条件下低压设备中雷电流的分布，并由此得出安装的电涌保护器雷电流承载能力的影响因素。通过应用并结合这些基本实例，此附录使防雷保护系统的设计人员为复杂设备准确地给出实际的雷电流分布。”

然而，在扩充的安装设备内利用计算机仿真模拟评估雷电流的分布，对此进行指导说明，这并不是本附录的目的。这种计算要求相应的计算机模型及防雷保护概念的评估经验。因此，在附录中省略了与关仿真模型相关的详细描述。对此感兴趣的用户，可通过提供的参考书目录查看相应的出版物。

新附录的内容

DIN EN 62305-4 (VDE 0185-305-4) 的新附录1中包含了在S1（直接雷击建筑物）和S3（直接雷击入户电源线）情况下，对建筑物及其入户电源线中雷电流分布评估的进一步信息。特别是关于低压系统中建筑物入口处流过I级电涌保护器雷电流有多大的问题，令人探究。此外，附录中还回答了以下一些基本问题 （图3）：

在防雷保护标准第一部分中定义的雷电参数，对于低压系统电涌保护器选择，那些应予以考虑？

雷电流分布取决于哪些因素，从而决定了低压系统所需防雷器的泄放能力？

在特殊安装设备中如何使用计算机对雷电流分布进行精确地评估？

图3 – DIN EN 62305-4 （VDE 0185-305-4）附录1 的主要内容

总结

有效的电涌保护的前提是在每个安装地点针对相应的泄放能力选择正确的电涌保护器。在低压系统中什么因素影响雷电流的分布，并由此决定防雷器的负载能力，以及在特殊装置中如何使用计算机精确计算雷电流的分布等，以上是此新附录的主要内容。

在2012/10 ETZ出版物中展示这些专业技术内容。它提供了通过计算机仿真模拟评估雷电流分布的解决方案，并考察了在设备内不同雷击事件下雷电流的分布以及不同参数对雷电流分布的影响。在DIN EN 62305-4 (VDE 0185-305-4)附录去的第三部分和最后部分给出了在特殊设施中雷电流分布的信息，诸如，楼高、穿插钢筋连接等。