浪涌保護器在民用建筑電氣設計中的選用

朱成烈

（廣東省建筑設計研究院有限公司，廣東 廣州 510010）

0 引言

雷電災害是較嚴重的自然災害，在民用建筑中，必須注重電氣系統(tǒng)的設備防雷保護，預防財產(chǎn)損失。通過設置浪涌保護器可有效保護建筑內(nèi)部的電氣設備。在建筑電氣設計中，合理選擇浪涌保護器及其后備保護裝置是一個重要的課題。

1 浪涌保護器工作原理

浪涌保護器是在雷電天氣、瞬時過壓狀態(tài)下，有效保護電氣系統(tǒng)的設備，多應用在住宅建筑、商業(yè)建筑、工業(yè)建筑中。電涌保護模式較多，大多設置在配電柜或配電箱中。設置浪涌保護器必須配合建筑內(nèi)部電氣設備，確保電氣設備配合度及承受耐電涌能力。工作原理是通過分級浪涌保護器，分級釋放雷電感應能量，使電氣設備承受電涌電壓降低，對用戶電氣設備予以保護。此外，浪涌保護器分為開關型、電壓限制型、復合型，利用電阻最大壓，對線路過電流、過電涌進行抑制，確保雷電電流產(chǎn)生工頻續(xù)流、瞬時電壓均處于電氣設備可承受范圍內(nèi)，形成多元化安裝方式，如組合型、串聯(lián)濾波型、并聯(lián)型。此外，線路正常運行時，浪涌保護器顯示屏為綠色，當電氣設備線路遭受雷擊傷害、瞬時電壓較大時，浪涌保護器中壓敏電阻以納秒速度轉化為低阻值狀態(tài)，將電壓限制在被保護設備的耐受電壓范圍內(nèi)，并泄放電涌電流，當浪涌保護器顯示窗轉為綠色時，表示電流恢復正常，可正常使用電器設備。

2 浪涌保護器在民用建筑電氣設計中的選用

2.1 分析選型設計

選型對于浪涌保護器的影響非常大，基于參數(shù)、功能角度分析，按照不同建筑結構、空間位置需選擇不同浪涌保護器，以此確保匹配度最佳化。在選型時，注重環(huán)境特點分析，按照不同情況做好優(yōu)化設計。選型影響因素較多，如雷電保護器等級、安全控件系數(shù)、系統(tǒng)要素等。聯(lián)合上述因素，做好科學化設計分析，方可確保浪涌保護器選型效果。技術人員應當關注端部引線感應電壓作用，防止影響浪涌保護器有效電壓；同時合理控制浪涌保護器端部電線長度，確保截面最小化。

2.2 合理選擇浪涌保護器

按照建筑物防雷保護等級合理選擇浪涌保護器，以此滿足不同防雷建筑物需求。在直擊雷非防護區(qū)（LPZ0A）或在直擊雷防護區(qū)（LPZ0B）與第一防護區(qū)（LPZ1）交界處，安裝通過Ⅰ級分類試驗的浪涌保護器或限壓型浪涌保護器作為第一級保護，對直擊雷電流進行泄放，或當電源傳輸線路遭受直接雷擊時，將傳導的巨大能量進行泄放。在第一防護區(qū)之后的各分區(qū)（包含LPZ1區(qū)）交界處安裝限壓型浪涌保護器，作為二、三級或更高等級保護。第二級保護器是針對前級保護器的殘余電壓以及區(qū)內(nèi)感應雷擊的防護設備，在前級發(fā)生較大雷擊能量吸收時，仍有一部分對設備或第三級保護器而言是相當巨大的能量傳導過來，需要第二級保護器進一步吸收。同時，經(jīng)過第一級防雷器的傳輸線路也會感應雷擊電磁脈沖輻射。當線路足夠長時，感應雷的能量就變得足夠大，需要第二級保護器進一步對雷擊能量實施泄放。第三級保護器對通過第二級保護器的殘余雷擊能量進行保護。根據(jù)被保護設備的耐壓等級，假如2級防雷即可達到限制電壓低于設備的耐壓水平，只需做兩級保護；假如設備的耐壓水平較低，可能需要4級甚至更多級的保護。

2.3 合理選擇通流容量

浪涌保護器通流容量是可吸收最大能量，為最大可承受能量。當超過最大可承受能量時，浪涌保護器無法起到保護效果，并產(chǎn)生爆裂和損壞問題。在工程上，無法通過數(shù)據(jù)化方式表示能量，允許通過波形電路幅值表示通流容量。通過通流容量，可了解浪涌保護器的雷電波動電流承受極限。

當浪涌保護器不同時，則通流容量也不同。因此在不同場合中，選擇通流容量不同的浪涌保護器。按照浪涌保護器的任務承擔度，合理選擇通流容量，按照不同功能做好區(qū)分。對于LPZ1、LPZ0交界位置浪涌保護器，可選擇分類試驗產(chǎn)品。在供配電系統(tǒng)中，靠近電源側浪涌保護器，通流量應當高于負荷側。

2.4 合理選擇報警功能

為確保浪涌保護器運行安全，需實時監(jiān)控和把握運行狀態(tài)，科學設置報警功能。當防雷模塊損壞時，需利用報警功能提醒。選擇報警系統(tǒng)時，可選擇遙信報警、聲光報警。其中，聲光報警可應用到值班狀態(tài)，利用聲光提醒，確保值班人員及時到達現(xiàn)場，對設備運行狀態(tài)進行監(jiān)測，同時更換損壞部件。遙信報警可應用到無值班狀態(tài)，通過遙信報警，可以電源斷電、缺項進行檢測。

3 浪涌保護器后備保護選擇

在SPD專用浪涌保護器面世之前，常用的后備保護裝置有微型斷路器、塑殼斷路器、熔斷器。在選擇后備保護裝置時，應當考慮到電涌耐受能力、工頻過載保護能力、電壓保護水平。其中，斷路器、熔斷器電涌耐受能力如表1，2所示。通過比較可知，當額定電流一致時，熔斷器耐受能力不及斷路器。大規(guī)格熔斷器可耐受大電涌沖擊，但尺寸較大。

表1 斷路器電涌耐受能力

表2 熔斷器電涌耐受能力

對于斷路器、熔斷器工頻過載保護能力，微型斷路器分段能力達到15kA，可將低壓配電系統(tǒng)末端浪涌保護器安裝位置最大預期短路電流。針對第一級和第二級浪涌保護器，安裝位置預期短路電流可能無法安全分斷。塑殼斷路器、熔斷器均具備較強分斷能力，可對第一級、第二級浪涌保護器安裝位置預期短路電流進行分斷，然而低短路分斷存在問題，整體尺寸比較大。

斷路器殘壓非常高，使SPD支路的有效電壓保護水平Up/f大幅升高，設備兩端實際的保護水平很低；熔斷器在低電涌沖擊時的殘壓較低，但在高電涌沖擊下的殘壓也很高，使得SPD支路的有效電壓保護水平Up/f大幅升高，設備兩端實際的保護水平很低；而SPD專用后備保護器可以解決上述缺點，因其具備如下能力：分斷SPD安裝線路的預期短路電流、耐受通過SPD的電涌電流不斷開、分斷SPD內(nèi)置熱保護所不能斷開的工頻電流，其將來很好的選擇。

4 結語

電子信息設備支持下，由于耐壓水平、電壓水平低，因此要消除電脈沖的不良影響，需注重防護雷電電磁脈沖。電子技術與電子設備的推廣應用，開始關注到集成電路敏感性保護，通過浪涌保護器，可為電子信息設備提供保護。