對高層建筑SPD參數(shù)的選擇與應用的闡述

周昕煒

【摘要】雷電是一種頻發(fā)的自然現(xiàn)象，雷電災害是自然災害中最為嚴重的種類之一，依據(jù)高層建筑特點，將外部、內(nèi)部防雷協(xié)調(diào)統(tǒng)一，應用有效的防護措施，確保安全不受影響。采用建筑低壓配電系統(tǒng)防雷設置電涌保護器（SPD）可以將雷擊時電子設備電磁環(huán)境改善，經(jīng)少經(jīng)濟損失。

【關鍵詞】高層建筑；spd參數(shù)選擇；spd的應用

一、雷電的產(chǎn)生

大氣中的強對流會伴隨著電荷分布的變化，大氣電場也會隨之發(fā)生變化，從而形成雷雨云（專業(yè)稱“積雨云”），雷雨云團之間或雷雨云團與大地之間就可能發(fā)生劇烈的放電現(xiàn)象，這種強烈的放電就是閃電，又稱雷電或雷擊。

我國平均每年因雷擊災害所造成的損失為幾十億元。針對雷電災害我國近年來先后出臺了多部防雷標準和規(guī)范，為減少和防止雷電災害的發(fā)生，各級政府部門，施工單位應嚴格按照標準、規(guī)范的要求監(jiān)督實施。

二、浪涌保護器

浪涌保護器（SPD，Surge Protective Device）也即是我們常說的防雷器，又叫做電涌保護器、避雷器，是一種用于保護各種電子設備、儀器儀表、通訊線路免遭雷電電磁脈沖或操作過電壓破壞的電子裝置，是電子設備雷電防護中一種不可或缺的裝置。SPD的作用是在直接或間接雷擊時，能釋放雷擊涌流以及箝壓功能，使得被保護設備不因雷擊或操作過電壓及浪涌電流而損壞；同時，在不能破壞電氣系統(tǒng)正常運行?；谏鲜瞿康模?/p>

浪涌保護器采用的是溫控保護電路和最新的滅弧技術(shù)，內(nèi)置有熱保護，能夠徹底地避免火災，且具有保護通流量大、殘壓低、響應時間快、結(jié)構(gòu)嚴謹、性能可靠、工作穩(wěn)定的優(yōu)點，同時帶有電源狀態(tài)指示，能夠?qū)擞勘Ｗo器的工作狀態(tài)進行指示，在安防、通訊、交通、石化等領域內(nèi)的電子設備和系統(tǒng)防雷防護中都有著廣泛的應用。

三、目前使用的SPD主要有以下類型

（1）電壓開關型。既是一個電涌電壓控制的導通和高阻兩種運行狀態(tài)，當電涌電壓超過規(guī)定數(shù)值時，SPD突然變?yōu)榈妥?，與使得巨大浪涌電流泄防至大地。

（2）限壓型。與電壓開關型SPD的區(qū)別是，阻抗隨著電涌電壓的增大，連續(xù)下降至低阻導通狀態(tài)，其主要非線性原件是具有箝壓功能的壓敏電阻及瞬態(tài)抑制二極管，且其箝壓水平較電壓開關型要低。

（3）混合型的SPD。將電壓開關型和限壓型兩種特性組合在一起的SPD，具體呈現(xiàn)那種特性由所承受的沖擊電壓決定。

（4）弱電系統(tǒng)專用SPD。現(xiàn)代民用建筑弱電系統(tǒng)日益復雜，各種電子設備逐漸滲透至建筑的各種功能中，基于電子設備本身對過壓和過流的敏感和脆弱，該類SPD需針對不同的弱電應用系統(tǒng)來類型匹配。

根據(jù)上述SPD的類型可知，不同SPD表現(xiàn)出的箝壓和泄流能力應與所處的應用環(huán)境遭受雷擊后產(chǎn)生的電涌電壓和電流數(shù)據(jù)相適應。否則，如SPD選擇過大，則SPD保護能力浪費，且產(chǎn)生資金浪費；反之，選擇過小則存在安全隱患，不能保證設備安全。因此研究雷擊時在民用建筑電氣系統(tǒng)中產(chǎn)生的電涌電壓和電流值，以及分析被保護對象的防雷需求，對合理選擇SPD至關重要。

四、SPD在防雷設計中的選擇與應用

針對不同原因產(chǎn)生的過電壓，其電涌保護器SPD的選用也不同。在實際應用中，要考慮一下幾方面選擇使用：

（一）電涌保護器SPD通常安裝在電源線、信號線上對其進行保護。對于安裝在電源線的SPD，要根據(jù)被保護對象的電氣參數(shù)選擇SPD的通流量、負載能力、殘壓和響應速度等，以便與被保護設備配合使用。對于信號線上安裝的SPD，要根據(jù)信號線傳輸?shù)男盘栯妷哼x取。由于信號傳輸一般都為低電壓，在不影響信號的傳輸前提下，通常采用限制線路上傳輸?shù)淖罡唠妷簭亩Ｗo線路。

（二）電涌保護器的電壓保護電壓值應小于被保護設備的沖擊耐壓值，這是基本原則。當線路電壓超過被保護設備沖擊耐壓值時，被保護設備將受到損壞。當進線端電涌保護器保護電壓與被保護設備耐壓值之比過高時，可以加裝二級電壓保護器。采樣逐級降壓引流的方式可以達到保護效果。

（三）采樣多級SPD保護時，其流通量應是逐級減小的。第一級應選用大通流量SPD，第二、三級選擇通流量小的SPD。需要注意的是，當采用多級SPD保護時，要避免SPD殘壓過高和響應速度慢的原因，從而使被保護電路受損。

（四）盡量減小電涌保護器和被保護設備兩端引接線的長度，每只并聯(lián)SPD引接線總長度不宜超過0.5m，以減少引線的電感產(chǎn)生的壓降對設備的影響。

（五）當進線端電涌保護器與被保護設備電氣間的距離大于30m時，應在離被保護設備盡可能近的位置加裝另一個電涌保護器。

（六）在實際應用中應選較大通流量或者熱備份SPD。雷擊過程往往是多次瞬間產(chǎn)生，通流量大的SPD使用壽命較長，有利于設備的保護。

（七）對于SPD引入和引出線應用扎帶或膠布將其緊密捆扎在一起，這樣能有效地消除感應磁場，降低壓降。

五、SPD的參數(shù)的選擇和相關問題

（一）電壓保護水平Up：SPD限制接線端子間的電壓值，以保證被保護設備處在耐壓范圍內(nèi)，避免過壓損壞設備。設計中，Up與SPD引線兩端的感應電壓總和要小于被保護設備的絕緣耐壓值的0.8倍。

（二）最大箝壓：箝壓（Clamping Voltage ：CV） 是SPD 起作用時的限制電壓。對壓敏電阻這類SPD 來講，最大箝壓是SPD 箝壓功能惡化情況下的殘壓。

（三） 最大持續(xù)運行電壓Ue：可能持續(xù)加于SPD 兩端的最大交流電壓有效值和直流電壓之和。超過此值運行時，SPD 將遭受熱致?lián)p壞。

（四）最大沖擊電流波形Iimp，規(guī)定SPD需滿足何種沖擊分類試驗程序。在設計中，與SPD的保護分級一一對應，根據(jù)GB50057-1994（2000年版）規(guī)定和IEC61312，試驗程序見表1。建筑物電氣總進線的SPD采用10/350μs ，而不是8/20μs波形的原因是，前者的泄放電涌電流能力是后者的約20倍，具有很大的泄放容量；同時，該SPD安裝處的雷電流參量本身為150kA，10/350μs的波形。因此，很多實際工程中在電源端選擇8/20μs是不合理的。

（五）標稱放電電流In：SPD承受預期雷電涌流的能力。因此所選SPD的In應高于安裝處預期雷電涌流值。

雷電流進入建筑物后，約有50%通過相線與中性線的SPD泄放入大地。按照這種最不利條件得到SPD每相上的雷電流是：有屏蔽時，Iimp = 5.625kA；無屏蔽時為18.75kA。因此，電源進線端處，規(guī)范規(guī)定首級SPD的每相標稱放電電流應大于15kA（10/350μs）；對三相系統(tǒng)IEC-T81規(guī)定Iimp 不小于50kA。規(guī)定的In 值按照防直擊雷考慮，因此也可以防范感應雷和內(nèi)部操作過電壓在電源進線處產(chǎn)生的浪涌電流和過電壓損害。建筑內(nèi)的配電干線一般都為非屏蔽電纜線路，樓層配電盤的SPD，其每相Iin應大于20kA（8/20μs）。終端設備配電箱處安裝的SPD，其每相Iin應大于3kA（8/20μs）。

結(jié)束語：

因此，正確的選擇SPD是非常重要的，我們必須重視起來嚴格按各類規(guī)定規(guī)范進行選擇設計，為工程提供最經(jīng)濟實用安全的防雷設計方案。

參考文獻：

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