試論民用建筑電氣設計中電涌保護器的選用

錢森

（國家林業(yè)局林產(chǎn)工業(yè)規(guī)劃設計院，北京 100010）

民用建筑內(nèi)部電子信息設備的發(fā)展，讓電子信息設備更廣泛的得到應用。其中很多電子信息設備自身都存在電壓低、耐壓水平低的情況，要消除電脈沖對這些設備的影響，就需要加強雷電電磁脈沖的防護處理。電涌保護器就是能夠為電子信息設備進行防雷保護的重要部件，簡寫為SPD。隨著越來越多電子技術和電子設備廣泛應用，對于集成電路敏感性的保護也越來越得到重視。

1 建筑內(nèi)部雷電防范區(qū)域分析

現(xiàn)從建筑內(nèi)部如何引入雷電入手，劃分出防范區(qū)域，分析如何進行建筑內(nèi)部雷電防范。雷電引入的方法主要包括以下幾種：金屬管直接遭受到雷擊，雷電順著導管和導線進入到建筑體內(nèi)；建筑內(nèi)的金屬對雷電產(chǎn)生感應引起脈沖，借助電磁波形式進行傳導；雷電直接沖擊地面，由地網(wǎng)傳入到大地產(chǎn)生高伏電位，再經(jīng)由接地線或者零線等線路傳入建筑體內(nèi)。

直擊雷主要影響的是建筑物外部未受保護裝置保護的區(qū)域，電磁脈沖則影響的是建筑外部受到保護裝置保護但是無法屏蔽電磁脈沖的區(qū)域，雷電能量直接導入則主要針對的是建筑內(nèi)部一些特定的區(qū)域。根據(jù)這樣的區(qū)域劃分，我們要選取不同的防范裝置。比如在會受到直擊雷的區(qū)域，采用避雷針、避雷網(wǎng)做傳統(tǒng)的避雷處理，在接閃裝置無法更全面保護的區(qū)域，我們就應該采用電涌保護器來進行防護，消除雷擊脈沖和電涌電流給建筑內(nèi)電子設備帶來的影響。

2 電涌保護器的基本工作原理

電涌保護器能夠?qū)讚魩淼乃查g過電壓進行限制，將竄入的電流涌動限制在電子設備或系統(tǒng)能夠承受的電壓范圍內(nèi)，并且將強大的沖擊電流傳導到地下，從而保護設備和系統(tǒng)不受到?jīng)_擊電涌帶來的危害。工作原理主要是依靠放電間隙來實現(xiàn)保護。放電間隙就是兩根金屬棒之間拉開一定的保護間隙，一根金屬棒接地，另外一根則和需要進行保護的設備和系統(tǒng)的相線或者零線相連。當出現(xiàn)瞬時過電壓的時候，保護間隙將會被擊穿，然后通過接地一邊的金屬棒將過電壓引入大地，從而保護金屬棒另一端的設備不受到電壓升高帶來的影響。

電涌保護器根據(jù)元件的不同還分為開關型和限壓型，電壓開關型包括放電間隙、氣體放電管和閘流晶體管，這種開關型的電涌保護器在沒有電流通關的時候能夠保持阻抗，一旦出現(xiàn)高電壓就會變成阻抗低值；限壓型電涌保護器則包括壓敏電阻和抑制二極管，限壓型的是在遇到高電壓的時候逐漸減少自己的阻抗。如果電涌保護器根據(jù)用途來劃分，可以分為保護電源系統(tǒng)類、保護信號系統(tǒng)類和保護天饋線系統(tǒng)類。

3 電涌保護器設置的必要性

雖然建筑物都有設置防直擊雷的避雷針、避雷帶，但是大量的雷擊案例都顯示出了建筑物內(nèi)雷電波入侵帶來的危害。雷擊沿著建筑物的線路入侵到內(nèi)部的各種設備帶來危害，而能夠直接防止雷擊電波入侵的最好方法就是設置電涌保護器。電涌保護器能夠最直接的對建筑內(nèi)的電子設備進行保護，降低由雷擊帶來的高電位電波，為電子設備撐開保護傘。

4 民用建筑電氣設計中電涌保護器的選用

4.1 選型設計分析

選型對于電涌保護器來說還是比較重要的，可以從功能、參數(shù)等方面來進行選擇。根據(jù)建筑結構的不同以及空間位置的影響，都需要選取不一樣的電涌保護器，以達到最好的匹配度。另外在選型上也要注意環(huán)境的特點，根據(jù)不同的情況來進行設計分析。

影響選型的因素通常包括雷電保護器的等級、安全控件的系數(shù)以及其他系統(tǒng)要素，綜合這幾個方面的因素然后進行設計分析，才能選出最適合的電涌保護器。另外要注意端部引線的感應電壓作用，避免電涌保護器的有效電壓受到負面影響。還需要把握電涌保護器端部電線的長度，要保證截面最小。

4.2 電涌保護器的選擇

根據(jù)建筑防雷等級來進行電涌保護器的選擇，更準確的滿足不同防雷建筑物的要求。第一類防雷建筑物即建筑物裝設獨立的外部防雷裝置，室外低壓配電線路先架空后埋地引入，這類建筑物最佳的電涌保護器應該是戶外型I級試驗產(chǎn)品。如果沒有室外型則也可以選擇室內(nèi)型電涌保護器I級試驗產(chǎn)品，安裝的時候應該放置在IP 54箱內(nèi)。另外第一類防雷建筑物還應該在電源引入的總配電箱處設置I級試驗電涌保護器。第二類以及第三類防雷建筑物需要在兩處設置I級試驗電涌保護器，分別是低壓電源線路引人的總配電箱和總配電柜處。

其中要注意二類及以上的防雷建筑物都應該選擇電壓保護水平小于等于2.5kV的電涌保護器；三類防雷建筑物則要另外根據(jù)建筑物防雷設計規(guī)范中的公式進行計算后選擇。I級試驗電涌保護器可以安裝在LPZ1與LPZoB區(qū)域的交界處，II級試驗電涌保護器一般適用于LPZ1與LPZ2以及更高區(qū)，且II級試驗電涌保護器標稱放電電流大于等于5kA。

4.3 通流容量的選擇

電涌保護器的通流容量是指能夠吸收而不損壞的最大能量，即最大可承受能量。如果超過這個值，電涌保護器就會失去保護效益出現(xiàn)損壞或者爆裂。在工程上因為無法將能量進行數(shù)據(jù)化的表示，就將允許通過的規(guī)定波形的電流幅值表征稱之為通流容量。通流容量決定了一個電涌保護器能夠承受多大的雷電波動電流。

不同的電涌保護器通流容量各不相同，所以在不同的場合應該選用不同通流容量的電涌保護器。一般通流容量要根據(jù)電涌保護器在系統(tǒng)中所承擔的任務來進行選擇，簡單來說就是根據(jù)不同的功能來進行區(qū)別。LPZ1與LPZ0去交界處的電涌保護器就可以選擇I級分類試驗產(chǎn)品，在供配電系統(tǒng)中靠近電源側(cè)的電涌保護器就應該比靠近負荷側(cè)的要擁有更大通流量。

4.4 報警功能的選擇

為了保證電涌保護器的安全運行，還需要對其運行狀況進行實時監(jiān)控和把握，所以要設置報警功能，一旦防雷模塊出現(xiàn)了損壞就需要通過報警功能來及時提醒?，F(xiàn)在所選用的報警系統(tǒng)一般有聲光報警和遙信報警。其中聲光報警適用于有值班室有值班人員的情況下，通過聲光提醒讓相應的值班人員能夠到現(xiàn)場檢測設備運行情況，及時更換損壞的部件。遙信報警則適用于無值班室的區(qū)域，遙信報警能夠檢測到電源斷電或者缺項等等異常情況。

5 電涌保護器的后備保護

因為電涌保護器在電源中屬于并聯(lián)安裝在電源相對中或相對地間的電氣元件，出于電氣安全的考慮，就應該在這個元件前安裝一個短路保護器，我們比較常見的短路保護器包括斷路器和熔斷器。后續(xù)的保護措施，可以增加電涌保護器的使用壽命，更能安全可靠的保護民用建筑的電氣設施。斷路器和熔斷器都是電涌保護器的后備保護，斷路器相對于熔斷器來說，在同樣沖擊電流的情況下能夠更好地保護電壓穩(wěn)定。

熔斷器具有分斷能力高、尺寸小和價格便宜的優(yōu)勢，但是熔斷之后并不能及時提示，這樣值班人員就不容易發(fā)現(xiàn)熔斷器已經(jīng)熔斷需要更換，容易出現(xiàn)后續(xù)保護不足的情況。斷路器則是通過故障進行斷開，不需要更換整個元件，只要進行操作即可重新使用，具有智能系統(tǒng)的斷路器還可以實現(xiàn)遙信功能，但是斷路器的價格相對高。

根據(jù)兩種不同后備保護元件的優(yōu)缺點綜合分析，得出在低壓配電系統(tǒng)中可以選擇斷路器作為前級保護，后級保護則應該使用熔斷器。在日常的設計過程中，應該多因素進行考慮，將電涌保護器與后備保護元件進行多次試驗后選取最好的組合方法來進行搭配。

6 結語

家庭電子設備越來越多，要想讓這些電子設備進一步得到保護，不再接受來自雷電的電磁波干擾，就需要我們更多的去關注電涌保護器的選用。通過設計和分析選擇適合不同建筑需求的電涌保護器，讓電涌保護器成為電子設備的保護傘，為延長電子設備的使用周期保駕護航。在今后的民用建筑電氣設計中，應該更多的關注到電涌保護器的選擇，根據(jù)供電系統(tǒng)的整體情況以及環(huán)境來選擇電涌保護器，讓整個供電系統(tǒng)更加的安全可靠，也讓所有電路系統(tǒng)中的電子設備能夠持續(xù)運行而不受損害。

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