低压系统中雷电流的分布-第三部分

在附录1中关于DIN EN 62305（VDE 0185-305）第四部分对简单建筑设施描述的概念也可用于复杂电气设备中评估雷电流的分布。因此，在DIN EN 62305-4附录1接下来的章节以屋顶光伏设备、露天光伏设备或大型发电站的建筑物为例进行了探讨。

特殊设施中雷电流的分布

图1所示建筑物无外部防雷，而通过架空电力线供电。对于这种建筑设施，在规划安装电涌保护器时，损害源S1，直接雷击建筑设施可不考虑。然而，在建筑物入口处的电涌保护器必须能够将直接雷击 （损害源S3）时流入电源线内的雷电流完全泄放。

在DIN EN 62305-1 附录 E.3中假定损害源为S3，直接雷击发生在最近的架空电缆杆上，或直接雷击在用电设备附近的架空电缆上。对于这种情形，雷电流的分布可借助等效电路图（图2）进行评估。

当雷电造成的过电压超过绝缘材料的介电强度，例如：架空电缆杆上的绝缘体，在直接雷击时，低压电缆杆将对电力线缆产生电位反击。在等效电路图中，这种作用原理将电弧作为额外的阻抗看待。图3所示，在建筑物低压用电设备入口处的I级电涌保护器，必须在靠近雷击点处泄放。然而，因为在雷击点处的总雷电流被分成了三个部分，与具有外部防雷保护的建筑物的直接雷击相比，通常这些雷电流的最大值和冲击电荷都很小。

雷电流通过接地线进入相关电线杆的接地装置

低压设备中的雷电流，以及

雷电流通过电涌保护器进入邻近建筑物的接地装置

                  图1 – 无外部防雷保护的建筑物，由架空电力线供电

附录1的计算证实了DIN EN 62305-1（VDE0185-305-1）所给出的I级电涌保护器在雷击进入相关建筑设施的电源线时的雷电流承载能力。其中，在所规定的 III 类防雷保护等级（LPL）情形下，对于S3损害源，其每条保护路径中的雷电流泄放能力应为 5 kA 10/350。

在附录1中明确说明，模型中假设低压系统中的中性线多次重复接地。相反，若在低压系统中中性线未做多次重复接地，则建筑设施中的电涌保护器在雷击地点处的雷电流预计会更高。

图2 – 根据即将出版的DIN EN 62305-4 （VDE 0185-305-4）附录1，直接雷击下在低压架空电缆中雷电流分布的等效电路图

高层建筑的天然引下线

对于采用钢筋相互连接的高层建筑，依据 DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3) 附录 E.4.3，建筑物的导电部分可作为天然引下线使用。在防雷保护标准第3部分中，不仅钢筋，还有低压装置的电源线，以及数据线、通信线在防雷保护-等电位的范畴内也被引入电势平衡中。当建筑物的高度超过30米时，建议每隔20米重复安装等电位连接装置。在这些等电位面内，外部引下线、内部引下线以及连接的金属部件均引入等电位面内。通过相应雷电泄放能力的电涌保护器，将电流流经的导线连接至防雷保护-等电位连接装置上。

在附录1中明确说明：通过屋顶上具有外部防雷保护的电气和电子系统的连接，部分雷电流也可能进入建筑物内部。由此在邻近的电缆和系统中同样可能有瞬态干扰，直接和/或通过感性耦合进入其中。但是，连续实现的防雷保护-等电位连接在屋顶范围内减低了其它可能存在的、不可控的各种风险。

图3 –依据即将出版的DIN EN 62305-4 （VDE 185-305-4）附录1，直接雷击低压架空电缆时，雷电流的分布

计算机仿真模型

上述穿钢筋连接的高层建筑，其雷电流分布通过计算机模拟，以等效电路的方式进行评估。在此计算实例中假设的引下线的数量及低压电缆的布线，在附录1中都有相关的描述。在此附录中，对于两种不同的雷击情形下雷电流的分布进行了说明。

直击雷击中外部防雷保护系统

直击雷击中引入的电源电缆

计算机模拟显示，当直击雷击中屋顶上外部防雷系统的接闪棒时，部分雷电流的最大值出现在最高层（图4）。在那里，根据确切的雷击点，雷电流的分布是非均匀的。因此，为了实现防雷保护-等电位连接，对于高层建筑，按照防雷保护等级应用，应直接在接闪装置后，安装每线Iimp 25kA至50kA的I级电涌保护器（图5）。另外一个结论是：根据接地条件，在地面上安装的电涌保护器中也可能出现很大的部分雷电流。相反，在各楼层之间通过电涌保护器的雷电流就降低很多，这样，安装通流量较小（几千安）的I级电涌保护器或II级电涌保护器已足够提供保护。

图5 – 高层建筑物屋顶上的空调装置，按照 DIN EN 62305-4 （VDE 0185-305-4）， 采用I级电涌保护器进行保护

总结

有效的电涌保护的首要前提是：针对电涌保护器所在的各个安装位置的冲击电流，正确选择具有相应泄放能力的电涌保护装置。关于DIN EN 62305第4部分，在附页1中证实，经10/350波形测试的相应I 级电涌保护器，在各种应用及雷电威胁的情形下，甚至遭到直接雷击，通常仍能确保低压设备的安全。附录1中所描述的基本实例，可针对特殊应用精确估计雷电流的分布。