GB∕T 21697-2022 低压配电线路和电子系统中雷电过电压的绝缘配合.pdf
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1、ICS 91.120.4 0CCS K 04OB中华人民共和国国家标准GB/T 216972022代替 GB/T 216972008低压配电线路和电子系统中雷电过电压的 绝缘配合Insulation coordination of lightning overvoltage for low -voltage distribution w iring and electronic systems2022-07-11 发布2023-02-01 实施国家市场监督管理总局金布 国家标准化管理委员会发布GB/T 216972022目 次前言.ni范围. .*. 12规范性引用文件.13术语和定义 . .
2、 14 雷电流与雷电过电压 .34 .1 雷电流.34 .2 雷电过电压. 35绝缘配合与绝缘水平 .35.1 概述.35.2 作用电压.45.3 雷电过电压绝缘配合. 45.4 绝缘水平.56 绝缘试验及其要求 .66.1 绝缘试验.66.2 试验要求.*. 66.3 环境条件. .67 雷电防护措施的选择和应用 .77.1 电涌保护器.77.2 隔离变压器.77.3 隔离放电间隙.77.4 光纤.77.5 接地及接地装置.77.6 屏蔽 . 8附录A (资料性)主要雷电参数 .9附录B (资料性)雷电过电压 .11附录C (资料性)低压设备抗扰度判据.14附录D (规范性)SPD的绝缘配合
3、和选用要求.15参考文献.17IGB/T 216972022-AX.刖 百本文件按照GB/T 1.12020标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则的规定 起草。本文件代替GB/T 216972008低压电力线路和电子设备系统的雷电过电压绝缘配合,与 GB/T 21697 2008相比,除结构调整和编辑性改动外,主要技术变化如下:a)标漉名称修改为“低压配电线路和电子系统中雷电过电压的绝缘配合。b)修改了范围(见第1章,2008年版的第1章);c)增加了“自恢复绝缘”等术语(见第3章),删除了“电气间隙”等术语(见2008年版的第3章), 修改了“绝缘配合”等术语(见笫3章,200
4、8年版的第3章);d)删除了“正常使用条件”(见2008年版的4 .2);e)增加了“雷电流与雷电过电压”(见第4章);) 增加了“绝缘的分类”(见5.1.1);g)修改了“绝缘配合方法”(见5.1.2,2008年版的5.4);h)修改了“有防护装置的设备”(见5.3.1,2008年版的5.5.1);i) 修改了“直接由配电网供电的设备”(见5.4 .1,2008年版的6.1.1);J) 修改了“雷电冲击耐受电压的优选值”(见5.4 .3,200g年版的6.2);k)修改了“绝缘试验”,将2008年版的8.1合并到了 6.1(见6.1,2008年版的8.1);1) 增加了“试验要求”(见6.2
5、);m)增加了“大气条件修正”和“海拔修正”(见6.3.2、6.3.3);n)删除了“避雷器或SPD保护水平”(见2008年版的第7章)5o)增加了“雷电防护措施的选择和应用”(见第7章);P)增加了附录A“主要雷电参数”、附录B雷电过电压”、附录C低压设备抗扰度判据”和附录D “SPD的绝缘配合和选用要求”。请注意本文件的某些内容可能涉及专利,本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国雷电防护标准化技术委员会(SAC/TC 258)提出并归口。本文件起草单位:中国电力企业联合会、国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司、上海电力大 学、中国电力科学研究院有限公司、中机生产力促进中心、清
6、华大学、上海大学、中国电信股份有限公司 广东研究院、江苏华云防雷检测有限公司、天津市中力防雷技术有限公司、上海市岩土工程检测中心有 限公司、武汉大学、合肥航太电物理技术有限公司、南京市宽永电子系统有限公司、中山市新立防雷科技 有限公司、厦门赛尔特电子有限公司、泰兴市威特新材料科技有限公司、中国标准化协会、国网陕西省电 力有限公司电力科学研究院。本文件主要起草人:陆宠惠、杨迎建、姚喜梅、周歧斌、郭雄、张苹、关象石、庄池杰、边晓燕、刘璐、 刘裕城、谷山强、何慧雯、何金良、游志远、薛文安、吴永康、程浩、李涵、孙巍巍、段泽民、李健、蒋新花、 杨俊宝、张祥贵、周拓、成林。本文件及其所代替文件的历次版本发
7、布情况为:2008年首次发布为GB/T 216972008;-本次为第一次修订。GB/T 216972022低压配电线路和电子系统中雷电过电压的 绝缘配合1范围本文件规定了低压配电线路和电子系统的雷电流与雷电过电压、绝缘配合与绝缘水平、绝缘试验及 其要求、雷电防护措施的选择和应用。本文件适用于交流额定电压不大于1 000 V,直流额定电压不大于1 500 V的低压配电线路和电子 系统。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文 件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于 本文件“GB/T
8、 16927.12011高电压试验技术 第1部分:一般定义及试验要求GB/T 21714 .3雷电防护 第3部分:建筑物的物理损坏和生命危险GB/T 33588.2雷电防护系统部件( LPSC)第2部分:接闪器、引下线和接地极的要求3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1绝缘配合 insulation co-ordination考虑所采用的过电压保护措施后,决定设备上可能的作用电压,并根据设备的绝缘特性及可能影响 绝缘特性的因素,从安全运行和技术经济合理性两方面确定设备的绝缘强度。注:设备的“鲍缘强度”是指按3.14中定义的绝缘水平.来源:GB/T 311.12012,4 .1,有修改3
9、.2过电压 overvoltage大于在正常运行条件下最大稳态电压的峰值的任何电压。来源:GE/T 16935.12008,3.7,有修改3.3瞬态过电压 transient overvoltage振荡的或非振荡的、通常为高阻尼的持续时间只有几毫秒或更短时间的过电压。来源:GB/T 16935.12008,372,有修改3.4雷电过电压 lightning overvoltage由于雷击在低压配电线路和电子系统中任何位置上出现的瞬态过电压。1GB/T 2169720223.5工作电压 working voltage当设备在额定电压下工作时,在任一特定绝缘的两端所产生的最高交流电压(有效值)或直
10、流电压。来源:GB/T 42102015,581-21793.6外绝境 external insulation空气间隙及设备固体绝缘的外露表面,它承受电压并受大气环境的气压、温度、污秽和潮湿等外界 条件的影响。3.7自恢篁绝缀 self-restoring insulation在破坏性放电之后,能完全恢复其绝缘特性的绝缘。来源:GB/T 2900.572008,604 -03-043.8非自恢复绝级 non-self-res to ri ng insnlEtiorj在破坏性放电之后,丧失或不能完全恢复其绝缘特性的绝缘。来源 GB/T 2900.572008,604 -03-053.S绝缭配合因
11、数 insulation co-ordination factorK设备的标速耐受电压和保护装置相应的保护水平之比”来源:GB/T 2900.191994 ,3.363.10耐受电压 withstand voltage绝缘本身耐受电压的能力,即作用在绝缘上、不造成绝缘被击穿或损坏的临界电压.3.11雷电冲击耐受电压 lightning impulse withstand voltage在规定的条件下,不造成绝缘击穿、具有一定波形和极性的冲击电压最高峰值。来源:GB/T 16935.12008,381,有修改3.12绝缘水平 insulation level由一个或两个绝缘耐受电压值所表征的设备
12、特性。来源:GB/T 2900.572008,604 -03-4 73.13残压 residual voJtsge在冲击电流流过保护装置时,在保护装置两端之间呈现的电压峰值。来源:GB/T 2900.572008,604 -03-53,有修改:3.14电涌保护器 surge protective device;SPD用于限制瞬态过电压和泄放电涌电流的电器。注,电涌保护器至少包含一个非线性的元件.注2: SPD具有适当的连接装置,是一个装配完整的部件,又称浪涌保护器。来源:GB/T 18802.112020,3.1.1,有修改 口2GB/T 2169720223.15优选值 preferred
13、values供各项试验优先选用的参考值。注:优选值的意义在于使用这些参数值促进了一致性和提供了在各种保护装置之间进行比较的手段.来源:GB/T 18802.212016,3.2,有修改3.16隔离放电间隙 isolating spark gap ; ISG用以隔离金属装置间导电性的具有一定放电间距的部件。注:雷击时,装置由于放电效应,可瞬间导通。来源:GB/T 3358&3-2020,3.1,有修改4雷电流与雷电过电压4 .1 雷电流雷暴日、地闪密度和雷电流强度是地区雷电活动的重要参数,见附录A。雷云对地或地面目标物放电形成波形基本一致的雷电流,75%90%的雷电流是负极性的。一次 雷电放电过
14、程一般由多次回击组成,每次回击的雷电流都是单极性的脉冲波。雷电防护与绝缘配合一 般根据负极性雷电冲击波参数进行“通过低压配电线路或电子系统的雷电流,其数值受接地阻抗、并联线路数及是否通过电缆埋地、相 线间和中性线的阻抗差异、进户前的最后一根杆塔的绝缘水平的影响;感应雷电流受到宙击点距离以及 环路敷设方式和包围面积等因索的影响。雷电流参数见GB/T 21714 .12015的附录A,不同安装点 的雷电流参数见GB/T 21714 .1 2015的附录Eo4 .2 雷电过电压雷电过电压是雷电活动的重要参数之一。根据形成的物理过程不同,雷电过电压可分为两种,a)直击雷电过电压:雷电直接击中目标物如:
15、建(构)筑物、电力杆塔、导线等引起的过电压;b)感应雷电过电压:雷电击中目标物附近,由雷电感应在目标物上产生的过电压。雷电过电压作用于低压配电线路和电子系统中的固体、液体绝缘和空气间隙等组成的绝缘上,当雷 电过电压超过绝缘耐受水平时,绝缘会击穿。因此,绝缘是将正常工作电压及各类预期过电压进行隔 离,绝缘水平也是雷电过电压的限值。在绝缘配合中需考虑其对雷电过电压的限制。根据雷电过电压对设备和系统的作用位置,雷电过电压分为作用于设备或系统的输入端子之间和 作用于设备或系统的对地绝缘两类。有关雷电过电压的详细描述见附录5绝缘配合与绝缘水平5.1 概述5.1.1 绝缘的分类绝缘分为自恢复绝缘和非自恢复
16、绝缘。间隙、与空气接触的瓷和玻璃绝缘子的外绝缘属于自恢复绝缘。在雷电过电压作用下,电场的均匀 性是影响自恢复绝缘强度的主要因素,非均匀电场条件下间隙的雷电冲击耐受电压明显低于均匀电场 条件下间隙的雷电冲击耐受电压。环境气压、温度和湿度也影响雷电冲击耐受电压。一般来说,气压和 GB/T 216972022湿度降低、温度升高使外绝缘的雷电冲击耐受电压下降。固体绝缘和液体绝缘一般属于非自恢复绝缘,固体绝缘外表闪络时可能有灼伤,内部击穿时往往留 有放电痕迹或通道,液体绝缘击穿时留存放电遗留物会降低其绝缘强度.正常的固体绝缘和液体绝缘 的电气强度一般远大于空气间隙的电气强度。从绝缘的角度讲,只考虑设备或
17、系统的击穿、永久性损坏或破坏,不考虑功能的暂时丧失和退化,后 者是电磁兼容的抗扰度的范畴,相关信息见附录Ca5.1.2 绝缘配合方法绝缘配合方法有确定性法(惯用法)、统计法及简化统计法,具体如下。a)确定性法:按作用在设备绝缘上的“最大过电压”和设备的窿低绝绦强度”的概念进行绝缘配 合的习惯方法。确定性法简单明了,但无法估计绝缘故障的概率以及此概率与绝缘配合因数 之间的关系,故这种方法对绝缘要求的严格程度取决于绝缘配合因数的取值.本文件采用绝 缘配合确定性法。确定性法的程序如下:1)确定设备上可能出现的、最危险的过电压和设备绝缘最低的耐受电压;2)根据设备制造(包括经济性)和运行经验选择一个绝
18、缘配合因数(两电压的比值),以补偿 在估计最大过电压和绝缘最低耐受强度时的误差及增加一定的安全裕度孑3)最后确定设备绝缘应能耐受的电压水平。b)统计法:采用此方法的前提是充分掌握了作为随机变量的过电压和绝缘电气强度的统计特性 (概率密度、分布函数等),这需要对不同设备绝缘进行大量的冲击电压试验和对系统的过电压 进行广泛深入的研究。因此,统计法在实际应用中受到某些限制,至今统计法仅用于操作过电 压和自恢复型绝缘的配合。c)简化统计法:假定过电压及绝缘放电概率的统计分布均服从正态分布,采用概率为2%的过电 压作为统计过电压,闪络概率为10%的电压作为绝缘的统计耐受电压,并通过选取统计配合 系数,即
19、统计耐受电压与统计过电压之比,使所确定的绝缘故障率从运行可靠性和经济性两方 面来看均是可以接受的。5,2 作用电压本文件所考虑的低压配电线路和电子系统中设备上的作用电压为雷电过电压。5.3 雷电过电压绝缘配合5.3.1 有防护装置的设备采用SPD防护的设备,其雷电冲击耐受电压由SPD在预期雷电流下的甯电冲击防护水平乘以绝 缘配合因数(K)计算选定。采用其他防护装置的设备进行防护时,其雷电冲击耐受电压根据其防护效 果确定其过电压值乘以绝缘配合因数(K)计算选定。5.3.2 无防护装置的设备对未安装SPD或其他防护装置进行保护的设备,其雷电冲击耐受电压由预期雷电过电压水平乘以 绝缘配合因数(K)计
20、算选定。5.3.3 绝缘配合因数(K)的选取采用确定性法进行绝缘配合时,绝缘配合因数(K)需考虑下列因素: a)绝缘类型及特性;GB/T 216972022b)被保护设备的重要性;c)被保护设备的进线方式;d)保护设备和被保护设备之间的电气距离;e) SPD的雷电冲击保护特性、幅值及分散性;)过电压幅值及分布特性;g)大气条件、设备生产、装配中的分散性及安装质量;h)绝缘在预期寿命期间的老化;i)试验方法及其他因索。一般情况下,对于低压配电线路,绝缘配合因数对于电子系统,绝缘配合因数K2L505.4绝缘水平5.4 .1 直接由配电网供电的设备设备在配电网中所处位置不同,其承受的雷电过电压也会有
21、差异。根据雷电过电压的不同,一股可 将设备分为三类:a)1类:使用在配电装置及电源端的设备;b) II类:一般的耗能设备(包括器具、可移动式工具、家用和类似用途的负载);c) GI类:连接至具有很好的瞬态过电压限制措施的电路(如具有过电压保护的电子电路)上的 设备,三类设备的额定雷电冲击耐受电压应按表1选择.表1三类设备的额定雷电冲击耐受电压电源的标称电压(AC)V额定雷电冲击耐受电压 kVI类U类m类220/38062.51.5400/690842.51 00012645.4 .2 非直接由配电网供电的设备和系统非直接由配电网供电的设备和系统可以是通信、工业控制系统或载运装置中的独立设备和系
22、统。 其雷电冲击耐受电压可采用5.4 .3中推荐的优选值。具体选择原则如下。a)保护良好的电气环境。所有引入的电缆都有过电压保护,各电子设备单元由设计良好的接地 系统连接,且该接地系统受到电力设备和雷电的影响较小,电子设备有专用电源,一般情况下, 电子设备的雷电冲击耐受电压不低于额定工作电压的2.5侪,外部对称信号线端口 1.5 kV,内 部屏蔽和非屏蔽信号线端口 LO kV0b)有部分保护的电气环境。所有引入的电缆都有过电压保护,各电子设备单元由设计良好的接 地系统连接,且没有直接与高压设备相连接的电缆、长度相对较短(例如几十米以下的电缆), 在同一建筑物内与通信有关的电缆,雷电冲击耐受电压
23、不低于500 V。c)电源电缆与信号电缆平行敷设的电气环境。设备和系统通过电力设备的公共接地系统接地, 与电信网或远方设备相连接,可以达到接地网边缘的通信电缆,雷电冲击耐受电压不低于 2 kV,互连线作为户外电缆,沿电源电缆敷设,设备和系统连接到电力设备的接地系统,该接5GB/T 216972022地系统容易遭受雷电产生的过电压。雷电冲击耐受电压不低于4 kV。d)无良好保护的电气环境。外部对称信号线端口不低于6 kV,内部屏蔽和非屏蔽信号线端口不 低于L5 kVDe)特殊环境则在电子设备的产品技术要求中规定。5.4 .3 雷电冲击耐受电压的优选值绝缘配合采用的额定雷电冲击丽受电压的优选值如下
24、:10 V、2O V、6O V、8O V.1OO VJ20 V.150 V、220 V.330 V、500 V、800 V.l kV、L5 kV、2.5 kV、 4 kV、6 kV.8 kVJ2 kVo6绝缘试验及其要求6.1 绝缘试验本文件考虑的绝缘试验为雷电冲击耐受也压试验。雷电冲击耐受电压试验是为了证明在合适的置信度下设备绝缘的实际耐受电压不低于规定的雷电 冲击耐受电压。保护装置的保护水平及分散性是决定保护装置质量的重要指标,必要时需进行试验验证。6.2 试赛要求对于导电部件和布置的间隙,旅加正负极性、波形为1.2/50然的冲击电压各三次,绝缘无击穿或 无闪络视为耐受。对于固体绝缘,同样
25、施加正负极性、波形为1.2/503的冲击电压各三次,应无击穿,但允许有局部 放电,内绝缘试验结果不必进行海拔修正。在做间隙试验时,涉及固体绝缘,需考虑其电压的提高对固 体绝缘的影峋.注:内绝缘指设备内部的固体、液体或气体绝缘,它不受大气及其他外部条件的影响.6.3 环境条件631绝缭试验的标准大气条件绝缘试验的标准大气条件如下:温度:20-气压:101.3 kPa ;一绝对湿度JI g/m3 e6.3.2 大气条件修正大气条件修正因数应符合GB/T 16927.12011中4324 .3.4的要求。6.3.3 海拔修正本文件中给出的绝缘水平是海拔高度为2 000 m的值,若试验在其他海拔地区进
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