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防雷區(qū)域劃分及防雷器選擇規(guī)范！
防雷區(qū)域劃分（Lightning Protection Zones, LPZ）和防雷器（浪涌保護器，SPD）的選擇是建筑物和電子設備防雷保護的核心規(guī)范內(nèi)容，主要依據(jù)國際標準 IEC 62305 系列和對應的國家標準（如中國的 GB/T 21714）。以下是關(guān)鍵規(guī)范和原則：
一、 防雷區(qū)域劃分 (LPZ)
防雷區(qū)域劃分的目的是根據(jù)雷電電磁脈沖（LEMP）的威脅程度，將建筑物或空間劃分為不同的區(qū)域，為不同區(qū)域內(nèi)的設備提供相應等級的防護。劃分主要考慮：
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直接雷擊風險： 該區(qū)域是否會遭受直接雷擊。
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雷電電磁場強度： 該區(qū)域的磁場強度（H）和電場強度（E）。
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浪涌電流/電壓幅值： 侵入該區(qū)域的浪涌電流或電壓的大小。
主要防雷區(qū)域 (LPZ) 定義
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LPZ 0A：
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威脅： 可能遭受直接雷擊的區(qū)域。存在全部雷電流（10/350μs波形）和未衰減的雷電電磁場。
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區(qū)域： 建筑物外部、未受避雷針/帶直接保護的屋頂、空曠地帶。
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防護重點： 直擊雷防護（外部防雷裝置 - LPS）。
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LPZ 0B：
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威脅： 不會遭受直接雷擊，但處于未衰減的雷電電磁場中。浪涌電流主要來自感應效應（8/20μs波形）。
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區(qū)域： 受外部 LPS 保護的區(qū)域（如避雷針保護范圍內(nèi)，但不包括內(nèi)部）、建筑物外墻附近。
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防護重點： 防止感應雷電流侵入線路（如電源線、信號線入口處）。
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LPZ 1：
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威脅： 浪涌電流/電壓受到首次限制/衰減（例如通過安裝在 LPZ 0B 到 LPZ 1 邊界的一級 SPD）。雷電電磁場也受到部分衰減（如建筑屏蔽、房間屏蔽）。
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區(qū)域： 建筑物內(nèi)部，如主配電柜/總配電箱所在區(qū)域、靠近外墻的區(qū)域。
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防護重點： 進一步限制從外部線路侵入的浪涌和內(nèi)部空間感應產(chǎn)生的浪涌。
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LPZ 2：
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威脅： 浪涌電流/電壓受到進一步限制/衰減（例如通過安裝在 LPZ 1 到 LPZ 2 邊界的二級 SPD）。雷電電磁場受到更大衰減（如機房屏蔽、機柜屏蔽）。
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區(qū)域： 建筑物內(nèi)部更深區(qū)域，如分配電柜/樓層配電箱所在區(qū)域、設備機房。
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防護重點： 保護對浪涌更敏感的設備。
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LPZ 3 (及更高)：
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威脅： 浪涌電流/電壓受到更嚴格限制/衰減（例如通過安裝在 LPZ 2 到 LPZ 3 邊界的三級 SPD或設備前端 SPD）。雷電電磁場非常微弱或被高度屏蔽。
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區(qū)域： 設備機柜內(nèi)部、設備前端、高度屏蔽的機房核心區(qū)域（如數(shù)據(jù)中心服務器機柜前端）。
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防護重點： 為最敏感、最關(guān)鍵的電子設備（服務器、交換機、精密儀器、PLC、醫(yī)療設備等）提供最終精細保護。
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區(qū)域劃分原則
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邊界清晰： 區(qū)域之間應有明確的物理或電氣邊界。
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屏蔽連續(xù)性： 區(qū)域的屏蔽效能（如建筑鋼筋、金屬框架、屏蔽機房、屏蔽線纜/橋架）是決定電磁場衰減的關(guān)鍵。
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等電位連接： 每個區(qū)域邊界處都需要進行良好的等電位連接，這是 SPD 有效泄放雷電流的基礎。
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SPD 安裝位置： SPD 必須安裝在區(qū)域邊界上，例如：
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一級 SPD：安裝在 LPZ 0B 與 LPZ 1 的邊界（主配電柜進線端）。
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二級 SPD：安裝在 LPZ 1 與 LPZ 2 的邊界（分配電柜進線端）。
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三級 SPD：安裝在 LPZ 2 與 LPZ 3 的邊界（設備前端插座或機柜配電單元）。
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二、 防雷器 (SPD) 選擇規(guī)范
SPD 的選擇必須基于所處的防雷區(qū)域（LPZ）、被保護系統(tǒng)的特性（電壓、頻率、接地方式）以及需要達到的保護水平。
關(guān)鍵選擇參數(shù)
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電壓保護水平 (Up)：
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定義： SPD 在泄放標稱放電電流 In 時，其兩端的殘壓峰值。這是 SPD 限制過電壓能力的核心指標。
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選擇原則：
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Up 必須小于被保護設備的耐受電壓 (Uw)。 這是最重要的原則！
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考慮 SPD 的 Up 累計：當多級 SPD 串聯(lián)使用時（如一級+二級+三級），最終到達設備的殘壓是所有上游 SPD 殘壓的疊加（雖然小于簡單相加，但必須考慮）。最終總 Up 必須 < Uw。
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目標是將設備端的實際過電壓限制在 Uw 以下。通常要求 SPD 的 Up 比 Uw 低 20% 以上（即 Up ≤ 0.8 * Uw）以提供足夠裕量。
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設備耐受電壓 Uw 需查閱設備手冊（如 IT 設備常用 1.5kV，工業(yè) PLC 可能 1kV 或更低）。
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標稱放電電流 (In) 和最大放電電流 (Imax)：
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定義：
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In： SPD 能多次承受（通常 15 次）而不損壞的 8/20μs 波形電流峰值。代表 SPD 的常規(guī)通流能力。
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Imax： SPD 能承受一次而不損壞的最大 8/20μs 波形電流峰值。代表 SPD 的極限通流能力。
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選擇原則 (基于 LPZ)：
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LPZ 0B 到 LPZ 1 邊界 (一級 SPD)： 需承受較大的感應雷電流或部分直擊雷分流電流。要求 In 高 (典型值：電源系統(tǒng) 50kA - 100kA 8/20μs 或 12.5kA - 25kA 10/350μs)。Imax 應大于 In。
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LPZ 1 到 LPZ 2 邊界 (二級 SPD)： 承受經(jīng)過一級 SPD 限制后的剩余浪涌。In 中等 (典型值：20kA - 40kA 8/20μs)。
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LPZ 2 到 LPZ 3 邊界 (三級 SPD)： 承受經(jīng)過前兩級 SPD 限制后的較小浪涌。In 較低 (典型值：5kA - 20kA 8/20μs 或更低)。
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具體數(shù)值需根據(jù)風險評估（雷擊密度、建筑物特性、線路類型和長度、屏蔽情況等）按標準計算或查表確定。
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持續(xù)工作電壓 (Uc)：
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定義： SPD 能長期持續(xù)施加在其兩端而不影響其性能或?qū)е铝踊淖畲蠼涣饔行е惦妷夯蛑绷麟妷骸?
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選擇原則：
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Uc 必須大于被保護線路的 最大持續(xù)運行電壓。對于交流系統(tǒng)：Uc > 1.15 * Uo (Uo 是相電壓)。例如，230V AC 系統(tǒng)，Uc ≥ 275V 或更高（考慮電網(wǎng)波動，常選 320V, 350V, 385V, 440V 等）。
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裕量選擇： 在電網(wǎng)質(zhì)量較差或波動較大的地區(qū)，應選擇更高一檔的 Uc 以提高 SPD 壽命和可靠性。
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保護模式：
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定義： SPD 連接在線路導體之間（如 L-L, L-N, L-PE, N-PE）的方式。
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選擇原則： 必須匹配被保護系統(tǒng)的配電制式和接地方式：
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TT 系統(tǒng)： 通常需要 3+1 模式（L1, L2, L3 對 N 保護 + N 對 PE 保護）或 4 模式（L1, L2, L3, N 各自對 PE 保護）。
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TN-S 系統(tǒng)： 通常采用 4 模式（L1, L2, L3, N 各自對 PE 保護）。
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TN-C 系統(tǒng)： 通常采用 3 模式（L1, L2, L3 各自對 PEN 保護）（注意：TN-C 系統(tǒng)安裝 SPD 需謹慎，通常建議改造為 TN-C-S）。
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IT 系統(tǒng)： 通常需要 L1-L2, L2-L3, L3-L1 間的差模保護。
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響應時間 (Ta)：
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定義： SPD 從感受到過電壓到開始有效動作泄放電流的時間。通常氣體放電管 > 開關(guān)型 SPD > 限壓型 SPD (MOV)。
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選擇原則： 對于精細保護（三級 SPD），應選擇響應時間短（納秒級）的限壓型 SPD（MOV）。一級 SPD 的響應時間要求相對寬松。
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后備保護裝置 (SCB)：
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定義： 串聯(lián)在 SPD 前端的斷路器或熔斷器，用于在 SPD 短路失效時切斷故障電流，防止火災。
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選擇原則：
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其分斷能力必須大于安裝點的預期短路電流。
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其額定電流應大于 SPD 的標稱工作電流，但需能可靠分斷 SPD 失效時的短路電流。具體選型需根據(jù) SPD 制造商推薦值進行。
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類型 (基于限壓特性)：
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電壓開關(guān)型 (Type 1 / Class I)： 如火花間隙。高沖擊電流（10/350μs）能力強，殘壓高，響應時間相對慢。主要用于一級防護（LPZ 0B -> LPZ 1）。
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限壓型 (Type 2 / Class II)： 如壓敏電阻（MOV）。8/20μs 通流能力強，殘壓較低，響應時間快。是應用最廣泛的類型，用于二級防護（LPZ 1 -> LPZ 2）和三級防護（LPZ 2 -> LPZ 3）。
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組合型 (Type 1+2 / Class I+II)： 內(nèi)部集成開關(guān)型和限壓型元件，兼具高沖擊電流能力和較低殘壓。常用于一級防護位置（主配電柜），提供一級和二級的綜合保護。
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精細保護型 (Type 3 / Class III)： 通常指安裝在非常靠近被保護設備處的 SPD，具有極低的 Up 和很小的 In。可以是專用插座式 SPD 或設備內(nèi)置的小型 SPD。
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SPD 選擇總結(jié)步驟
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確定 SPD 安裝位置對應的 LPZ 邊界。 (例如：主配電柜入口是 LPZ 0B -> LPZ 1)
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確定需要保護的系統(tǒng)特性：
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電壓制式 (AC/DC, 電壓等級 Uo)。
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配電系統(tǒng)類型 (TT, TN-S, TN-C, IT)。
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頻率。
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線路類型 (電源、信號線？ 信號線需選擇專用信號 SPD)。
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確定被保護設備的耐受電壓 (Uw)。
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選擇 SPD 類型： 根據(jù) LPZ 邊界確定是 Type 1, Type 2, Type 1+2 還是 Type 3。
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選擇關(guān)鍵參數(shù)：
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Uc: > 1.15 * Uo (考慮波動，選高一檔)。
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In / Imax: 根據(jù) LPZ 位置、風險評估結(jié)果和標準查表/計算確定。
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Up: 必須 < Uw (目標 Up ≤ 0.8 * Uw)。對于多級防護，考慮累計 Up。
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保護模式: 匹配配電系統(tǒng)。
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選擇后備保護裝置 (SCB)： 根據(jù) SPD 制造商推薦和安裝點短路電流選擇。
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考慮其他因素： 狀態(tài)指示、遙信功能、安裝方式、認證標志 (如 TüV, UL, KEMA, 中國 CQC)。
三、 重要規(guī)范與標準
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國際標準： IEC 62305 (Part 1-4) - 雷電防護
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中國國家標準： GB/T 21714 (等同采用 IEC 62305)
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GB/T 21714.1: 總則
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GB/T 21714.2: 風險管理
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GB/T 21714.3: 建筑物的物理損壞和生命危險 (主要涵蓋外部防雷和內(nèi)部防雷的物理措施)
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GB/T 21714.4: 建筑物內(nèi)電氣和電子系統(tǒng) (核心：LPZ 劃分和 SPD 應用)
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SPD 產(chǎn)品標準：
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IEC 61643-11 / GB/T 18802.11: 低壓電涌保護器 (電源 SPD)
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IEC 61643-21 / GB/T 18802.21: 電信和信號網(wǎng)絡的電涌保護器 (信號 SPD)
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總結(jié)
防雷是一個系統(tǒng)工程（LPS）。有效的防雷保護必須：
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正確劃分 LPZ 區(qū)域。
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在 LPZ 邊界安裝合適的 SPD。
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確保良好的等電位連接和接地。
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確保 SPD 參數(shù)（尤其是 Up）與被保護設備的耐受電壓匹配。
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遵循“逐級協(xié)調(diào)、能量配合”的原則。
強烈建議： 對于重要的建筑物或包含大量敏感電子設備的系統(tǒng)，應由具備資質(zhì)的專業(yè)防雷設計人員根據(jù)相關(guān)國家標準（如 GB/T 21714）進行詳細的風險評估、LPZ 劃分和 SPD 選型設計，并確保施工符合規(guī)范要求。切勿僅憑經(jīng)驗或簡單模仿選擇 SPD。
