淺談民用建筑電氣設(shè)計(jì)中電涌保護(hù)器的選用要點(diǎn)

林明理，任亞文

（鄭州大學(xué)綜合設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450002）

1 建筑物內(nèi)部防雷系統(tǒng)概述

雷電電涌侵入的形式較多，例如，金屬管遭雷擊后由導(dǎo)管和導(dǎo)線引導(dǎo)，使雷電順其進(jìn)入建筑物內(nèi)；分布在建筑內(nèi)的金屬構(gòu)件在接觸到雷電后產(chǎn)生感應(yīng)，從而出現(xiàn)脈沖，依托于電磁波的形式實(shí)現(xiàn)傳遞；雷電對(duì)地面造成沖擊作用，沿著地網(wǎng)傳遞至大地，從而出現(xiàn)高電位，此后經(jīng)由接地線等相關(guān)路徑進(jìn)入建筑體。外部防雷系統(tǒng)可用于直擊雷的防護(hù)，對(duì)于雷電電涌侵入的防護(hù)要通過內(nèi)部防雷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。內(nèi)部防雷系統(tǒng)由等電位連接、共用接地裝置、屏蔽、合理布線、電涌保護(hù)器等組成。合理設(shè)置電涌保護(hù)器，對(duì)于減小和防止雷電流在需防護(hù)空間內(nèi)所產(chǎn)生的電磁效應(yīng)是非常有效的。

2 按工作原理分類電涌保護(hù)器的類別

（1）電壓開關(guān)型SPD：關(guān)鍵組成包含氣體放電瞬態(tài)二極管、放電間隙等，無(wú)瞬時(shí)過電壓時(shí)保持高阻抗的狀態(tài)，若產(chǎn)生雷電瞬時(shí)過電壓，其阻抗值將極快發(fā)生變化（突變?yōu)榈椭担?，使雷電流通過。通常，在建筑物外非雷電保護(hù)區(qū)安裝電壓開關(guān)型SPD，此布設(shè)方式可以有效消除電網(wǎng)后續(xù)脈沖電流。不足之處在于存在較高的殘壓，通常達(dá)到2～4kV。

（2）限壓型SPD：無(wú)瞬時(shí)過電壓時(shí)保持高阻抗的狀態(tài)，隨著電涌電流和電壓的增加，阻抗連續(xù)變小，電流電壓呈現(xiàn)出較為突出的非線性特征。從布設(shè)的角度來(lái)看，通常將其安裝在建筑物內(nèi)部，用于疏導(dǎo)8/20μs的模擬雷電沖擊電流。

（3）分流型SPD：以并聯(lián)的方法實(shí)現(xiàn)與被保護(hù)設(shè)備的連接，正常工作狀態(tài)下呈高阻抗，存在雷電脈沖時(shí)則快速轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥杩埂?/p>

（4）扼流型SPD：包含低通濾波器、高通濾波器、扼流線圈、1/4波長(zhǎng)斷路器等。不同于分流型的是，其與被保護(hù)的設(shè)備串聯(lián)。正常工作狀態(tài)下呈低阻抗，存在雷電脈沖時(shí)則快速轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦杩埂?/p>

3 民用建筑電氣設(shè)計(jì)中電涌保護(hù)器的選用

根據(jù)被保護(hù)設(shè)備的耐壓等級(jí)特點(diǎn)，對(duì)雷電保護(hù)等級(jí)做出劃分，即形成四個(gè)級(jí)別，具體內(nèi)容如表1所示。

表1 雷電保護(hù)級(jí)別

各個(gè)級(jí)別均有其特定的防雷作用，具體做如下分析：

第一級(jí)：阻止傳導(dǎo)雷進(jìn)入，對(duì)浪涌電壓做有效的抑制處理，將該值穩(wěn)定在2500～3000V。一般選用電壓開關(guān)型，設(shè)置在戶外線路進(jìn)入建筑物處。

第二級(jí)：在前述處理的基礎(chǔ)上對(duì)殘留浪涌電壓做進(jìn)一步的限制處理，將其穩(wěn)定在1200～1500V，在滿足此要求的同時(shí)采取等電位連接操作。一般選用限壓型，設(shè)置在建筑物樓層配電箱處。

第三級(jí)：進(jìn)一步控制殘留浪涌電壓，確保該值可以穩(wěn)定在1000V以內(nèi)，且盡可能降低，以確保殘余浪涌電壓不會(huì)對(duì)建筑內(nèi)部的精密儀器造成影響。一般選用限壓型，設(shè)置在設(shè)備機(jī)房配電箱處。

電源浪涌保護(hù)器是實(shí)現(xiàn)防雷目標(biāo)的關(guān)鍵裝置，在設(shè)計(jì)時(shí)需重點(diǎn)考慮以下幾點(diǎn)：合理控制好SPD的位置，其越靠近引來(lái)線路入戶處時(shí)，所產(chǎn)生的保護(hù)范圍則越廣，有更多的設(shè)備可以得到SPD的保護(hù)，從而取得較佳的保護(hù)效果；SPD越靠近待保護(hù)的電子設(shè)備，取得的保護(hù)效果則越好。此外，在設(shè)計(jì)時(shí)需考慮分級(jí)數(shù)量的控制問題，若僅采用兩級(jí)防雷的方法便可以高效限制電壓（使其能夠穩(wěn)定在設(shè)備耐壓水平以內(nèi)，以免造成損傷），則無(wú)須額外增設(shè)其他的控制層級(jí)，即僅采取兩級(jí)保護(hù)的模式即可。如果設(shè)備的耐壓能力極為有限，為有效保證設(shè)備的安全性與穩(wěn)定性，則需要擴(kuò)充控制等級(jí)，例如，三級(jí)或更多的等級(jí)，經(jīng)過逐層防護(hù)后避免設(shè)備受擾。

浪涌保護(hù)器的選擇需根據(jù)實(shí)際安裝環(huán)境而定，室外以帶IP65的箱式浪涌保護(hù)器為宜，或是根據(jù)需求采用模塊浪涌保護(hù)器加IP65防護(hù)等級(jí)箱的配套化方案；室內(nèi)低壓配電柜安裝中，則以模塊式電源浪涌保護(hù)器為宜，需保證裝置連接線的長(zhǎng)度被控制在0.5m內(nèi)，否則，將由于連接線長(zhǎng)度過大而出現(xiàn)額外的電壓降。從浪涌保護(hù)器自身運(yùn)行的角度來(lái)看，當(dāng)其出現(xiàn)短路擊穿或工頻續(xù)流問題后將會(huì)迫使進(jìn)線開關(guān)跳閘，隨之?dāng)U大斷電的范圍。對(duì)此，可以對(duì)相線支路上的浪涌保護(hù)器做出優(yōu)化，在其前端以串聯(lián)的方式設(shè)置電涌保護(hù)器后備保護(hù)裝置。

4 建筑物電涌保護(hù)器的安裝

4.1 基本要求

（1）對(duì)于設(shè)置在總配電箱和終端配電箱中的電涌保護(hù)器，需要合理控制其設(shè)置位置，通常應(yīng)設(shè)在進(jìn)入室內(nèi)斷路器的電源側(cè)，此時(shí)，可以規(guī)避室內(nèi)投切過電壓所造成的不良影響，確保電子設(shè)備可以穩(wěn)定運(yùn)行；此外，需將其插座回路上的電涌保護(hù)器設(shè)在插座回路開關(guān)的負(fù)載側(cè)。

（2）電子設(shè)備的過電壓會(huì)對(duì)其正常使用造成影響，為解決此問題，要求電涌保護(hù)器接地引線長(zhǎng)度控制在0.5m以內(nèi)。

（3）為有效抑制雷電殘壓，需要做好兩個(gè)方面的防護(hù)工作：一是在總進(jìn)戶處信息線與PE線間增設(shè)電涌保護(hù)器；二是電子設(shè)備的信息線與PE線間需要適配電涌保護(hù)器（耐壓25V、涌流1kA）。在兩個(gè)區(qū)域的電涌保護(hù)器的聯(lián)合作用下抑制進(jìn)入電子設(shè)備的雷電殘壓，盡可能減小對(duì)電子設(shè)備的干擾。

（4）線路感應(yīng)電壓維持在穩(wěn)定的區(qū)間內(nèi)，為減小外部對(duì)其的干擾，一級(jí)電涌保護(hù)器與被保護(hù)設(shè)備的距離控制在30m內(nèi)，若超過該距離則需增設(shè)二級(jí)電涌保護(hù)器。

（5）兩級(jí)電涌保護(hù)器的間距需達(dá)到10m以上。若距離過近，在一級(jí)保護(hù)器動(dòng)作時(shí)二級(jí)保護(hù)器容易出現(xiàn)誤動(dòng)作的情況，或出現(xiàn)二級(jí)保護(hù)器提前執(zhí)行動(dòng)作的情況，此時(shí)，均會(huì)影響最終的保護(hù)效果。

4.2 安裝流程

（1）首先，是電壓確認(rèn)，此舉目的在于明確配電系統(tǒng)的工作電壓，確保該值不超過電涌保護(hù)器的最大工作電壓。經(jīng)測(cè)定后，若安裝點(diǎn)的電壓值偏高，指的是該值超過電涌保護(hù)器的最大操作電壓，則不具備安裝的條件。

（2）在電壓可滿足操作要求的前提下，將電涌保護(hù)器接入配電系統(tǒng)。合理設(shè)計(jì)連接線，在不影響正常使用的前提下盡可能縮短連接線的長(zhǎng)度；此后確定多余的連接線，將該部分剪去，再向配電系統(tǒng)接點(diǎn)處接入電涌保護(hù)器，裝置的黃綠色地線、藍(lán)色中線、黃綠紅色火線均要連接至指定位置，按照“黃綠色地線連接配電系統(tǒng)的母線地線、藍(lán)色中線連接配電系統(tǒng)的母線中線、黃綠紅色火線連接配電系統(tǒng)的火線”的對(duì)應(yīng)關(guān)系將各線路連接到位。

5 電涌保護(hù)器的應(yīng)用效果

電涌保護(hù)器具有覆蓋范圍廣、保護(hù)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，在電子信息系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)對(duì)低壓供配電系統(tǒng)的電源保護(hù)，也可以對(duì)信號(hào)傳輸線路進(jìn)行保護(hù)。日常運(yùn)行中，電涌保護(hù)器能夠抑制雷電電磁脈沖干擾。所提的兩類保護(hù)對(duì)象均屬于電子信息系統(tǒng)內(nèi)部的設(shè)備，且均采用的是微電子結(jié)構(gòu)，在雷擊電磁脈沖的作用下因抵抗能力不足而受到損傷，即便僅存在較小的過電壓也依然會(huì)造成不良影響。而電子設(shè)備在現(xiàn)代建筑中取得了廣泛的應(yīng)用，例如，多媒體教學(xué)樓、商務(wù)寫字樓、大型商超、車站等建筑物，亦或是加油站、糧油棉物資倉(cāng)庫(kù)、化工廠等工業(yè)建筑，若缺乏有效的防護(hù)措施，極容易在雷擊電磁脈沖的沖擊作用下而出現(xiàn)故障。因此，必須做好防護(hù)工作。對(duì)于電涌保護(hù)器防護(hù)的方法，在應(yīng)用時(shí)充分考慮電子設(shè)備自身的運(yùn)行特性、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等基礎(chǔ)信息，配套相適應(yīng)的電涌保護(hù)器，并根據(jù)防護(hù)需求設(shè)置單級(jí)或多級(jí)的電涌保護(hù)器，構(gòu)筑完善的電磁脈沖防御體系，發(fā)揮出鉗壓、分流等作用，盡可能抵御電磁脈沖，使建筑內(nèi)部的電子設(shè)備可穩(wěn)定運(yùn)行。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在建筑電子設(shè)備的雷擊電磁脈沖防護(hù)工作中，SPD是較為可行的方法，可抵御雷擊電磁脈沖，保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。在選擇電涌保護(hù)器時(shí)，需考慮設(shè)備在耐壓、沖擊電流、響應(yīng)速度等方面的特性；在設(shè)置電涌保護(hù)器時(shí)，考慮等電位連接、共用接地裝置、屏蔽、合理布線等相關(guān)技術(shù)，通過多重技術(shù)的共同落實(shí)構(gòu)筑完善的綜合防雷體系。