電涌保護器在建筑物防雷設計中的應用

張琳然

[摘 ? ?要]雷電災害的發(fā)生，會產生巨大經濟損失。在現代科技支持下，出現了大量通信設備、電力設備、高精密儀器，雷傷災害會加劇設備儀器損傷，危害整個電力系統(tǒng)的發(fā)展。傳統(tǒng)防雷措施多為接地裝置、引下線、接閃桿等，無法滿足建筑防雷需求，因此必須做好信號、電源防雷保護。通過安裝電涌保護器，能夠優(yōu)化建筑防雷設計。文章重點分析電涌保護器在建筑物防雷設計中的應用效果。

[關鍵詞]電涌保護器;建筑物;防雷設計;應用

[中圖分類號]TU895 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）03–0–02

[Abstract]The occurrence of lightning disasters will cause huge economic losses. With the support of modern science and technology， a large number of communication equipment， power equipment， and high-precision instruments have appeared. Lightning disasters will exacerbate the damage of equipment and instruments and endanger the development of the entire power system. Traditional lightning protection measures are mostly grounding devices， down conductors， lightning rods， etc.， which cannot meet the lightning protection requirements of buildings. Therefore， signal and power lightning protection must be done. By installing surge protectors， the lightning protection design of buildings can be optimized. This article focuses on analyzing the application effects of surge protectors in the lightning protection design of buildings.

[Keywords]surge protector; building; lightning protection design; application

雷電防護屬于系統(tǒng)化工程，對于防雷系統(tǒng)，牽扯到外部、內部防雷設施。應注重防直擊雷裝置優(yōu)化，配置感應雷防護裝置，確保電涌保護器應用的合理性，同時保證防護設計規(guī)劃的全面性。電涌保護器可以對電路瞬時過電壓進行限制，瀉放電涌電流，確保電路電壓小于線路承受極限，并且將系統(tǒng)所產生的強電流，順利導入至地面，將多余能量釋放，避免因短路、雷電、電源切換，產生過電壓潛在危險。

1 感應雷電危害

1.1 靜電感應危害

當區(qū)域內出現雷電云時，靜電感應會影響建筑物、地面，從而出現相反電荷。在出現雷云后，雷擊傷害發(fā)生所需時間，明顯多于主放電過程時間，大地所積累的電荷比較多。雷擊傷害后，雷云附帶電荷，通過閃擊作用，與地面異種電荷中和。對于小范圍空間，架空導線的感應電荷、大地間電阻差異大，無法及時消散，此時就會形成局部感應高電壓。在高壓架空線上，可以達到300～400 kV。一般來說，對于低壓架空線，能夠達到100 kV;對于電信線路，能夠達到40～60 kV，此時建筑物會出現過電壓現象。靜電感應影響下，過電壓對電氣系統(tǒng)沖擊非常大，建筑金屬構件、器具，都會產生電火花，當建筑物內部存放易燃易爆物時，會引發(fā)爆炸傷害。

1.2 電磁感應危害

雷電流的陡度、峰值比較大，周邊存在較強電磁場，變化幅度比較大。當導體位于電磁場時，能夠對電動勢進行感應，此時會加強閉合回路金屬物體電流感應力。在回路中，如果間隙出現電火花放電現象，建筑內部存在易燃易爆物，則危害影響非常大。

1.3 電磁脈沖危害影響

雷擊傷害建筑后，建筑內部會形成瞬時磁場脈沖波，此種脈沖波位于建筑物導線回路中，感應出瞬時過電壓，對回路相連接設備的影響非常大。電磁脈沖沿著導體傳播，損壞電路設備。通過電路設備及器件，例如通訊、電力、光纖等不同電纜，能夠危害信息系統(tǒng)。

2 電涌保護器保護作用

電涌保護器可以對分流電涌電流、瞬態(tài)過電壓起到限制作用。在雷電天氣下，雷電會產生瞬時過電壓，導致建筑電氣系統(tǒng)電壓升高，極易產生不良損失。電涌保護器，按照電氣設備電壓承受范圍，科學限制瞬時過電壓，同時將強電流引入至地下，以此保護電力系統(tǒng)和設備。電涌保護器應用原理：通常情況下，電涌保護器暴露在環(huán)境中，為兩根金屬棒組成。一根金屬棒連接電氣設備電源線，一根金屬棒連接接地線。在雷電影響下，瞬時電壓可以擊穿金屬棒間隙，金屬棒將電荷引入至地下，確保電氣設備電壓的可承受性。按照電氣設備的運行狀態(tài)，調整金屬棒間距，確保瞬時電壓處于合理范圍。在設置電涌保護器時，應當遵循以下原則：電涌保護器安裝后，未發(fā)生電涌現象時，電涌保護器不能影響電力系統(tǒng)運行;當出現電涌現象時，電涌保護器可以承受預期通過雷電流，不會產生負面影響，同時對電涌電壓、分流電涌電流進行鉗制。電涌電流通過后，電涌保護器能夠恢復高阻狀態(tài)，將工頻續(xù)流切斷。

在電源中，浪涌保護器采用并聯安裝法，主要安裝在電源相對中、相對地間電氣元件。由于考慮到電氣安全，將短路保護器安裝在元器件前。常見短路保護器包括熔斷器、斷路器。采用保護措施，有助于延長浪涌保護器使用壽命，確保民用建筑電氣設施安全性與可靠性。相比于熔斷器，斷路器在相同沖擊電壓下，可以維護電壓穩(wěn)定性。

熔斷器具備較高分斷能力，成本低廉，熔斷后無法及時提示，值班人員發(fā)現熔斷器熔斷之后，需要更換熔斷器，防止產生后續(xù)保護不足問題。圖1為熔斷器內部構造。當發(fā)生故障問題時，斷路器可以斷開故障，無需更換元器件，只需操作即可應用。斷路器具備智能功能，能夠實現遙信功能，然而斷路器價格較高。

按照不同后備保護元件的優(yōu)勢與不足，在低壓配電系統(tǒng)中，選擇斷路器為前級保護，選擇熔斷器作為后級保護。在優(yōu)化設計中，考慮到多種因素，注重浪涌保護器、后備元件試驗，選擇最佳組合方法搭配。

基于電路聯接關系分析，保護方式如下：在受干擾電路中，斷開設備，為電涌保護器提供瀉放通道，避免電涌電壓對保護設備造成危害。在實際應用電涌保護器時，應當按照逐級保護、逐級減小原則，確保過電壓處于安全電壓范圍內。

通常情況下，可以將防雷保護區(qū)劃分為0A區(qū)、0B區(qū)、1區(qū)、2區(qū)。按照防雷分區(qū)，可以劃分為不同保護等級。第一等級：避免電涌電壓從0A區(qū)、0B區(qū)，進入到1區(qū)。將上萬伏電涌電壓，控制在2 500～3 000 V，該階段為外部防雷措施。將接閃裝置設置在室外，接地裝置、引下線可以形成外部防雷保護，能夠對建筑物的雷擊傷害進行防護。進入至配電系統(tǒng)，會產生明顯損壞影響。所以，將三相電涌保護器安裝在變壓器低壓側、供電系統(tǒng)入口進線位置，對電路瞬時過電壓進行限制，同時將雷電系統(tǒng)所致強電流，直接導入到地面，確保供電系統(tǒng)、電力設備運行安全性。然而第一級保護主要是吸收大電涌電流，因此無法有效防護系統(tǒng)內的敏感電力設備。此時需要設置第二級保護，充分吸收第一級防雷器的剩余電壓，限制剩余電涌電壓，確保其處于1 500～2 000 V。在建筑物配電箱內，安裝二級電涌保護器。

針對高敏感終端設備、電子信息設備，需要設置第三級保護，確保剩余電涌電壓值小于1000 V。在電子信息設備、交流電源進線端、終端設備進線端，安裝第三級電涌保護器，促使瞬時過電壓消除，維護點設備安全，以免受到瞬時過電壓影響。

為了全面發(fā)揮出電涌保護器的作用，在安裝操作時，必須注重以下要點：①安裝操作之前，對檢查模塊上標注的最大持續(xù)運行電壓值進行檢查，確保其滿足實際系統(tǒng)電壓需求。②為了確保防雷保護效果，需要在供電系統(tǒng)中設置一級保護、二級保護，不同等級電容保護器間距為10 m。③為了確保安全性能，電涌保護器應當與保護設備靠近間距控制在30 m以內。當間距超過30 m，則應增加額外電容保護器。④注重電涌保護器檢查，避免限壓元件老化，影響保護效果。

3 感應雷電防護措施

當發(fā)生雷擊事件后，大量雷電流會通過外部防雷裝置進入到大地層，少數雷電流進入電氣通道內。按照電磁兼容特點，分類、分區(qū)保護感應雷電。根據建筑物防雷要求，在不同防雷分化區(qū)內，實現等電位連接，強化分級保護力度。通過逐級保護方式，可以使設備耐壓極限值降低。例如保護接零系統(tǒng)，可以劃分低壓電源保護器，主要為4個等級，之后降低過電壓，使其處于設備絕緣可承受范圍內。

3.1 A級保護

在變電站中，將A級保護安裝在配電變壓器低壓側，通常由供電部門管理。當電力設備采用架空線供電方式，埋設電纜引入段小于150 m，雷電電涌電壓高于6 000 V，需要將電涌保護器安裝在電源進線位置，將其A級防護。如果地區(qū)雷電電涌在4 000～6 000 V，則將電涌保護器安裝在電源進線位置，起到限壓和瀉流效果。

3.2 B級保護

注重保護建筑物配電盤位置，在建筑物主配電柜內，安裝電涌保護器。在承受雷擊傷害后，90%能量、波形分雷電流，將會限制在4 kV。B級保護的瀉流目的在于限制過電壓。

3.3 C級保護

在建筑物內部，配置較多配電柜箱，通過保護處理，可以承受雷電流（20%）、雷擊能量（10%），將剩余電壓控制在2.5 kV。

3.4 D級保護

末端負載保護，主要安裝在儀器設備、終端配電箱位置，可以承受5%雷擊能量、10%雷電流，將剩余電壓控制在1.5 kV?？茖W控制電壓等級，確保其處于標準范圍內。

4 建筑物防雷系統(tǒng)設計思想

建筑防雷設計期間，通過全面保護、多層級防護等方式，聯合應用屏蔽、均壓、等電位連接等措施。綜合保護措施，涉及到等電位、共同接地連接法。當防雷區(qū)界面、信息系統(tǒng)不同時，在標準位置安裝電涌保護器，實現暫態(tài)共地。應用等電壓、均壓處理技術，能夠對雷電電磁脈沖干擾產生抑制效果，有效維護建筑物內部強電、弱電、電氣設備安全。合理應用電涌保護器，可以加強建筑物防電涌綜合保護效果。

5 電涌保護器的項目應用實踐

防雷接地裝置、電氣接地裝置為連接狀態(tài)時，低壓電源線路配電箱、配電柜位置，需要安裝電涌保護器（Ⅰ級試驗）。對于電涌保護器來說，應確保電壓保護水平低于2.5 kV。當保護模式不同時，首先明確沖擊電流;若無法確定時，則選擇12.5 kV。在建筑物內部、外墻安裝Dyn11型、Yyn0型接線配電變壓器，應當在變壓器高壓側安裝避雷器。針對低壓側配電屏，當從建筑物引出線路時，則應當在接地裝置位置，設置保護裝置，同時在母線上安裝電涌保護器（Ⅰ級試驗）。針對電涌保護器保護模式，需要明確沖擊電流值;當不能確定時，以12.5 kV為準。建筑物未引出線路時，在母線適宜位置安裝電涌保護器（Ⅱ級試驗）。針對電涌保護器保護模式，則確保放電電流值為5 kA。針對電涌保護器電壓保護，則應當為2.5 kV。

6 結束語

隨著生活質量的提升，出現了大量電氣設備，人們開始關注防雷擊電磁脈沖問題。優(yōu)化設計防雷擊電磁脈沖，通過電涌保護器，維護電力系統(tǒng)與設備運行效益。優(yōu)化防雷環(huán)境，確保防雷產品的高性能，確保應用方案的科學性，從而確保設備運行安全性。

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