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IEC和我国建筑防雷标准中的几个错误和问题

  未知   2006年06月20日    浏览数:
[摘要] 一.问题的提出    IEC建筑防雷标准中存在一些技术错误、可靠性(其反面是风险率)畸高畸低和相互不协调之处,我国建筑防雷国标主要来源是IEC标准,而有一些并非IEC标准却又说是引自IEC标准。这两个标准有一个共同
一.问题的提出

  IEC建筑防雷标准中存在一些技术错误、可靠性(其反面是风险率)畸高畸低和相互不协调之处,我国建筑防雷国标主要来源是IEC标准,而有一些并非IEC标准却又说是引自IEC标准。这两个标准有一个共同点,就是一些重要数据缺乏论证依据和试验依据,而带有主观随意性。如建筑物SPD1一级保护最大通流能量的确定方法,和引入建筑物埋地电缆屏蔽层对SPD1放电电流限制作用如何考虑等都存在问题;而对雷击建筑物时可能造成的设备绝缘反击问题(高土壤电阻率地区、山地,特别是建筑物面积较小,如40×40m2、30×30m2及以下的机房)则两个标准均未作规定。这还涉及反击过程中室内一级、二级、三级保护的动作先后和放电电流大小是随机的,由外往内放电电流逐级减少的顺序失去意义;只在一层或某层设3级保护,如何防止上面各层的反击等等。结果是用建筑防雷IEC标准其低压220V SPD成为全世界通流容量最大,不仅是比同级配电网MOV大好多倍,而且比各国220kV高压MOV(30kA)高,甚至比500kV超高压MOV(80kA)还高,而试验波形又首次选用10/350μs波形,其能量比以往增大到20-22倍之多,以至价值百元级的保护器现在初辄几千、几万元一只。如此畸形的标准若长期使用下去,会给国家造成多大的浪费?每年几千万元,还是上亿万元?我们这样一个发展中国家,难道成为吸引全世界低压保护器小厂都来中国销售世界最“豪华“的小型保护器,拳头大小售几万元,相当于220kA、500kA级,2m高、5m高的2万元、5万元一台MOV,而多数厂家不具备制造后者的条件,却来大发“洋财”,这种咄咄怪事,号称中国防雷专家,不该汗颜?难怪一位不久前从法国回国的防雷专家有这样的感慨:“相信这种各国厂家都来中国销售世界最昂贵而国外都不使用的保护器的状态,几年后总会有明白人出来结束这种状态!”因此,我们呼吁,全国高电压及防雷工作者和有关管理部门应认真研究这一问题及早得出正确的结论。呼吁同行们展开讨论,尽早结束这种状态。但应说明,标准中虽有以上问题需要研究解决,但对其总体上的正确性和权威性不应怀疑,应该严格贯彻执行。

二.IEC和建筑防雷国际中SPD1通过电流计算方法中存在的混乱和错误

  IEC1312-1 1995和建筑防雷国标GB50057-94第六章(2000年新增版)图 6.3.4-1给出了计算SPD1电流的方法,其原则是雷击建筑物时,50%的电流从接地装置入地,其余50%的电流由引入建筑物的电源线、电话线和电缆流出,这种电流分布经验数据是来源于大量实测,还是针对典型情况所作的计算?根据我们对电路的分析,实际情况要比以上假定复杂得多,不同情况的电流分配变化很大,需要专门进行研究。

2.1 错误之(1):这里首先假定它是正确的,但按其选建筑物内的SPD1却是不正确的。

  GB50057说明,按照第Ⅰ类试验方法(即 10/350μs波形)的SPD在界面处,但界面就是墙,总不能把保护器装在墙上开出的专用小窗上吧?较为合理的是装于墙内,但这就不符合SPD1的条件,按该标准就不必采用10/350μs波形,IEC1312和国标以及标准制订者本人一开始就认定一级保护要用10/350μs波形(有的IEC制订者来华作技术交流时就是这样说的,而且有时还要100kA的电流值),那样就只好装于墙外了,在墙外露天安装?还是在配电线引入处安装?需知,多数情况下后者已是供电局所属的配电室或配电变压器低压侧MOV,它执行IEC避雷器标准和我国电力设备国标GB11032-2000(电力部与机械部协商制订的,参照IEC避雷器标准中的低压配电避雷器标准)。上个世纪,IEC和我国电力国标一直采用最大通流容量25kA,2001年又参照IEC新标准最大通流容量降至9kA。对于这一标准,电力部门部分专家认为,现在MOV制造水平提高,很容易达到25kA,降至9kA并没有多大经济效益,因为220V每只MOV才25-30元。但制造部门认为,多年运行证明极少发生因超过25kA而引起MOV损坏的事故,所以采用IEC配电避雷器新标准9kA是合适的。关于暴露在露天,直接承受直击雷的作用,世界各国配电网运行满意的25kA,本来应当是建筑物防雷首先应该考虑的经验数据,IEC1312制订者和我国GB 50057制订者却无视这一重要经验而要从头开始选用建筑物内MOV的通流是和试验用波形,实在令人费解。

2.2 错误之(2):由以上分析,电流向建筑物外流出的50%电流应该流向何处?如果说是流向界面处的SPD1(该标准中的文字说明应该是这样),可是,不论是装于墙内小窗,还是装于墙上的外侧,按规定其接地都应该与建筑物接地连接在一起,并实施局部等电位连接,可是这样SPD1的电流就只能流回室内而不是那50%电流从引入电线流出,流到远方,这与本图的意义相矛盾了。然而,按条文只能是流到远方,亦即流到供电局所辖的低压配电室的SPD了。可见,从选定SPD1的电流位置看,要么图1是错误的,按它选不出采用10/350μs的在墙界面处SPD的电流值,因为墙内小窗上和外面墙上的SPD其接地都是与建筑接地连接,不属于向外流的电流;要么这电流是流向供电局的配电室或配电变压器低压侧的MOV,而这已属电力部门安装管理,且执行电力国家标准。

2.3 错误之(3):图1只是科普的通俗示意图,它不符合严格的工程图的要求,不能用于标准。因为雷直击建筑时,与接地连接的管道可以如图所示,电流流向外面,而各种电线则应表示建筑结构的高电位击穿导线绝缘,电流才能流到外面去,图中需补画金属结构向导线击穿的电弧,亦即反击电流的电弧。还有另一种情况,就是地电位升通过各个SPD向导线反击放电,从电线流到外面去(计算方法见后)。后一工况在图中则应补上代表SPD的动态电阻(一般0.05-0.15Ω连接于地网与导线之间),通过它才能连接导线将电流引向外面。

2.4 问题之(4):GB500057中规定:“尚应考虑各种设施引入建筑物的雷电流。应采用以上两值的较大者”这是正确的。但国标却只算第一种情况,而未见到针对第二种情况所作的计算。为什么?

三.雷击建筑物时SPD1放电电流的计算

  我们不是IEC和中国国标制订者,限于物力和经费等条件,无法对某些参数进行实测,更难于按实际情况通过整体系统的冲击大电流试验(过去我们进行过类似规模的试验,例如作者指导广西电力试验研究所在一次国家重点课题的高达36-38kA大型冲击电流试验中,其试验设备总重达40吨之多),所以这里只能进行近似的估算,用以指出应当采用的正确方法和近似的放电电流数值。

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