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数据中心低压供电系统 SPD 的选择

发布人:中嘉和信 发布时间:2023.04.10 来源:IDC电气研究所

SPD选择的目的是保证其正确工作和动作,起到保护被保护设备的作用。SPD 选择的h容包 SPD 类型的选择、保护模式的确定及主要参数的选择

一、SPD 类型的选择

目前应用较多的电源线路 SPD 主要是电压限制型和电压开关型两类。两者比较起来电压限制型 SPD 的限制电压较低,保护效果好,且价格较低,所以应用普遍。

电压开关型SPD的特点是通流能力大,但由于电压开关型 SPD 的伏-秒特性分散性大不便于与保护对象配合,多数高容量的间隙动作时要通过预留的空气间隙向外排出带电火焰,必须与相邻部件或箱壁之间留出一定的间隔。当 SPD 动作时,其两端电压急剧下降形成很陡的截断波,这对被保护的含绕组的设备(变压器等)是不利的。所以,电压开关型SPD通常用在雷电活动强烈地区 LPZ0防雷区对直击雷的防护。

一般情况下,数据中心都位于钢筋混凝土的多层建筑物内,电力馈线和通信线缆也是在地下引入,所以,数据中心低压供电系统只需防护雷电感应过电压、雷电侵入波和电位反击。GB 50689-2011《通信局 ()防雷与接地工程设计规范》中规定,通信局低压供电系统必须使用电压限制型SPD

二、SPD保护模式的确定

数据中心低压交流供电系统都采用 TN-S 接地制式,它适用于安全可靠性要求较高、防电磁干扰要求较严场合。这样,单相时配置两个防雷模块 (L-PEN-PE),三相时要配置四个模块(L1-PEL2-PEL3-PEN-PE)

三、SPD主要参数的选择

低压交流供电系统SPD参数的选择,主要包括确定最大通流容量 Imax(或称放电电流In)、过电压保护水平Up和最大持续工作电压Uc等。

1、最大通流容量 Imax(或称放电电流In)选择

最大通流容量 Imax就是SPD不发生实质性破坏,每线(或单块)能通过规定次数、规定模拟雷电波的大电流峰值。电源SPD的防护性能和价格主要取决于最大通流容量 Imax,因此合理选择 Imax是防雷工设计中非常重要的一环。确定Imax的主要依据是:

1)建筑物的防雷类别。建筑物防雷类别的不同,要求防护的雷电流幅值不同,对SPD的通流能力要求也就不同。数据中心属于二类防雷建筑物。

2)雷电活动的频度。雷电活动的频度用年平均雷暴日数来衡量。平均雷暴日越多的地区,雷电活动越频繁,雷电流强度也越大,对 SPD 的通流能力要求越高。国家标准GB 50689-2011《通信局()防雷与接地工程设计规范》中,根据年平均暴日的多将雷电活动区分为少雷区、中雷区、多雷区和强雷区。年平均雷暴日在 25 天及以下地区为少雷区,25-40天以内地区为中雷区,40-90 天以内地区为多雷区,超过 90 天的地区为强雷区。

3)防雷区(LPZ)。即使同一雷电活动区、同一防雷建筑,由于防雷区的不同,其SPD的通流容量要求也不同。

4)电源进线方式。是架空线输入还是埋地电缆输入;埋地电缆有无金属保护层或金属套管;埋地电缆及套管的长度等。数据中心要求电源进线必须采用埋地引入方式。

5)安装地位置及环境条件。安装建筑物是在平原还是在山坡或山顶,建筑物本身的高度、周围建筑物的高度以及土壤电阻率等。

根据上述条件,可以通过理论计算来确定 SPDImax,也可以凭经验来选择。进行理论计算时首先必须做出等效放电电路,然后计算通过各级 SPD 的放电电流。但由于各部分载流导体的电阻、电感等参数难以准确获取,只能设定或近似估计,所以计算结果也是近似的,只能作为选择通流能力的参考依据。另外雷电波侵入室内的途径有多种,不同侵入途径其计算等效电路不同,所得的结果也有很大的差异。因此工程设计时通常都不做理论计算,而是采用设计规范中给出的使用经验值。如国家标准 GB 50689-2011《通信局()防雷与接地工程设计规范》中就直接规定了不同雷电活动区和地理条件时,综合通信大楼、交换局、数据局电源供电系统防雷器最大通流容量Imax的要求,数据中心可参照该要求选择。

2、过电压保护水平 Up的选择

SPD的过电压保护水平的选择应根据被保护设备的耐冲击电压决定,一般取电压保护水平比设备的耐冲击电压值小 20% 左右。

3、最大持续工作电压Uc的选择

SPD 的最大持续工作电压是指在 SPD 上可长期耐受而不使 SPD 加速老化的电压,该电压应大于 SPD 安装点可能出现的最大运行电压。

220V/380V 三相交流 TN-S 接地系统中 SPD 最大持续工作电压 Uc1.15Un,其中Un为相线对中性线的额定电压 220V

在直流电源系统中 SPD 的最大持续工作电压约为被保护系统额定电压的 1.5 倍(经验值)。

最大持续工作电压Uc与产品的使用寿命和过电压保护水平有关。SPD 最大持续工作电压越高,越不容易老化,寿命也越长,但过电压保护水平即残压也相应提高,应综合考虑。一般最大持续工作电压稍低于非线性电阻片伏-安特性的转折点。由于最大持续工作电压涉及正常运行时的可靠性和雷电时的保护性能,恰当地选择 SPD 的最大持续工作电压是很重要的。

四、SPD的保护开关选择

SPD安装线路上应设置过电流保护器件,该过电流保护器件应具备如下能力:

1、分断SPD安装线路的预期短路电流;

2、耐受通过 SPD的电涌电流不断开;

3、分断 SPD内置热保护所不能断开的工频电流。

SPD的保护开关宜选用专用后备保护开关。

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