淺談民用建筑電氣設(shè)計中電涌保護(hù)器的選用要點(diǎn)

姜 洋

建筑物的保護(hù)在現(xiàn)代工程設(shè)計中非常重要，尤其是在雷電活動頻繁的地區(qū)?；诮ㄖ锏姆览籽b置必須安裝到位。長期以來，避雷器是建筑物防雷的重要設(shè)備，發(fā)揮了一定的作用。如今，隨著時代的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，安裝在建筑物內(nèi)部的電涌保護(hù)器備受關(guān)注。由于公眾的防雷意識薄弱，電涌保護(hù)器的選擇成為一個重要問題。哪種電涌保護(hù)器才能滿足民用建筑的需求，從而為其提供切實(shí)有效的保護(hù)？這種研究一直在推進(jìn)。

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，對于降低雷電流在需防護(hù)空間內(nèi)所產(chǎn)生的電磁效應(yīng)是非常有效的。

2 電涌保護(hù)器的相關(guān)概述

2.1 電涌保護(hù)器的基本步驟

電涌保護(hù)器和系統(tǒng)可以通過將閃電引起的即時電壓限制在電子設(shè)備或系統(tǒng)可以承受的電壓范圍內(nèi)，并將強(qiáng)烈的沖擊電壓引導(dǎo)到地面上，從而保護(hù)您免受沖擊電壓的影響。主要利用距離保護(hù)原理。電氣距離是兩個金屬支架之間的安全距離，其中一個金屬支架接地，另一個連接到要保護(hù)的設(shè)備和系統(tǒng)的相鄰中性線上。如果設(shè)置了瞬態(tài)電壓，則電路中斷時會被跟蹤，繼而地面上的過壓會隨金屬桿一起移動，從而電壓提升中移除金屬穩(wěn)定的固定裝置。電涌保護(hù)器也是一個開關(guān)和電壓限制，具體取決于組件。電壓開關(guān)包括自由電壓間隙、氣體腔和晶體管，在沒有電流的情況下，以及當(dāng)高電壓成為阻抗開關(guān)的低值時，這些開關(guān)可以保持阻抗，避免電擊電路造成生命危險。電涌保護(hù)器按用途分類，可以分為保護(hù)系統(tǒng)、信號系統(tǒng)類和保護(hù)天線系統(tǒng)類。

2.2 電涌保護(hù)器的分類

關(guān)于電涌保護(hù)器類型，主要有開關(guān)類型、限壓類型和組合類型。分類依據(jù)主要基于具體指標(biāo)，如最大持續(xù)工作電壓、沖擊電流和電壓保護(hù)水平。以下是對這些類別的詳細(xì)分析。

2.2.1 一級電涌保護(hù)器

這種電涌保護(hù)裝置在民用建筑的密封電涌保護(hù)裝置中較為常見，同時也經(jīng)常用于三到四線以及三到五線的系統(tǒng)運(yùn)行中。需要指出的是，只有橋梁產(chǎn)品在總的供應(yīng)區(qū)域內(nèi)，才會真正建立起三級保護(hù)系統(tǒng)。第一和第二類型過壓限制器之間的距離應(yīng)不小于10m。對于外形尺寸，一般與標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)器沒有區(qū)別，加上它的橋路風(fēng)格更方便，因此具體應(yīng)用時效果更好。

2.2.2 二級電涌保護(hù)器

在電線中的電壓和電流按照國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)入系統(tǒng)之前，需遵守設(shè)備抗沖擊電壓大于過電壓保護(hù)水平以及過電壓保護(hù)水平大于電網(wǎng)振蕩最高電壓的原則，并且只有經(jīng)過試驗合格的產(chǎn)品才能作為二級分類過電壓保護(hù)裝置。其中電涌保護(hù)器中的UC不一定大于UT，因為UC過低會影響電涌保護(hù)器的工作以及使用壽命，而UC過高會使電涌保護(hù)器的保護(hù)水平過高，導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。其次，二級電涌保護(hù)裝置通常適用于沒有接閃器的建筑物以及二級配電柜等區(qū)域，這些區(qū)域具有故障自診斷功能、故障指示能力、遠(yuǎn)程報警等作用。

2.2.3 第三級電涌保護(hù)器

對于三級電涌保護(hù)器，它通常用于設(shè)備正面，因為兩個級別中的一個級別的保護(hù)更為突出，因此通常用于第2類響應(yīng)不足的情況。保護(hù)更全面，電壓電流的遠(yuǎn)程控制就是這樣進(jìn)行的。

3 民用建筑電氣設(shè)計中電涌保護(hù)器的選用要點(diǎn)

3.1 全面考慮建筑物周圍的電壓和電流環(huán)境

為民用建筑的電氣設(shè)計選擇電涌保護(hù)器時，應(yīng)考慮以下因素：受保護(hù)的負(fù)荷特性、場地環(huán)境特性、接地系統(tǒng)類型的選擇、用于保護(hù)電涌保護(hù)器的斷路器的選擇，包括需要考慮的參數(shù)。如果建筑物裝有避雷針或其他防雷裝置，例如安裝在建筑物50米以外或建筑物外的避雷針，則應(yīng)選擇安裝最大功率為65kA的避雷針，如果建筑物不具備下列條件，則應(yīng)選擇安裝防雷裝置。

3.2 科學(xué)選擇斷路器

選擇電涌保護(hù)器上的斷路器時，必須考慮最大放電電流、斷路器、額定電流、拉伸曲線等因素。斷路器切斷能力應(yīng)大于短路電流—最大電流通過其所在位置，斷路器兩端應(yīng)設(shè)計為保護(hù)裝置。應(yīng)當(dāng)指出的是，斷路器的應(yīng)急保護(hù)必須以電氣安全為基礎(chǔ)，即使斷路器的適當(dāng)保護(hù)水平不足，隨后的保護(hù)措施也可以延長斷路器的壽命，并確保民用建筑得到更安全和可靠的保護(hù)。

3.3 流量選擇

電涌保護(hù)器的流量是指在不損壞的情況下可以吸收的最大能量，即可以容納的能量。如果超過該值，電涌保護(hù)器將失去保護(hù)優(yōu)勢，并會損壞。在工程中，由于不能用數(shù)據(jù)表示能量，因此允許通過的指定波形的電流幅度值稱為電流容量。電流容量決定了電涌保護(hù)器抵御閃電電流波動的能力。由于不同的電涌保護(hù)器具有不同的電流容量，因此建議您在不同的場合選擇具有不同電流容量的電涌保護(hù)器。一般電流容量是根據(jù)系統(tǒng)中電涌保護(hù)器的任務(wù)來選擇的，簡單地說，是根據(jù)不同的功能來選擇的。LPZ1和LPZ0連接處的電涌保護(hù)器可以選擇I類分級測試產(chǎn)品，在電力和配電系統(tǒng)中，靠近電源側(cè)的電涌保護(hù)器的流量必須高于靠近負(fù)載側(cè)的電涌保護(hù)器。

3.4 合適的電涌保護(hù)器

根據(jù)建筑物的防護(hù)等級選擇適當(dāng)?shù)碾娪勘Ｗo(hù)器，以滿足排雷行動的不同需要。安裝電涌保護(hù)器或560類低壓保護(hù)裝置作為主保護(hù)裝置，以導(dǎo)出直接電流，或在直接保護(hù)區(qū)（LPZ0A）與主保護(hù)區(qū)（LPZ1）碰撞的位置，釋放當(dāng)電源電路直接被擊中時傳輸?shù)木薮竽芰?。在第一保護(hù)區(qū)（包括LPZ1部分）之后的區(qū)域交點(diǎn)處安裝有限電涌保護(hù)器，作為第二、第三或更高的保護(hù)裝置。二級保護(hù)裝置是一種保護(hù)裝置，用于前保護(hù)的殘余電壓和內(nèi)部傳感器，在前面較大電流沖擊時，仍會將相當(dāng)一部分能量傳輸給設(shè)備或三級保護(hù)，需要二級保護(hù)的進(jìn)一步吸收。同時，通過第一個避震器的輸電線路檢測雷電的電磁脈沖發(fā)射。如果有足夠的電路，感覺能量就會足夠大，需要第二個保護(hù)機(jī)制來進(jìn)一步發(fā)泄閃電的能量。第三類保護(hù)通過二級保護(hù)保護(hù)剩余能量。根據(jù)保護(hù)裝置的壓力等級，如果殘余電壓低于設(shè)備的電壓等級，則只需要兩個保護(hù)等級。如果設(shè)備的抗震能力較低，則可能需要更多的防護(hù)等級4。

3.5 適當(dāng)?shù)膱缶δ?/h3>

為了保證電涌保護(hù)器的安全運(yùn)行，需要實(shí)時監(jiān)控和設(shè)置運(yùn)行狀態(tài)，并對科學(xué)設(shè)置進(jìn)行報警。對于損壞的安的列斯模塊，應(yīng)使用防盜開關(guān)。選擇報警系統(tǒng)時，您可以選擇電信報警或聲報警。在這種情況下，聲報警可以應(yīng)用于層狀狀態(tài)，方法是使用聲報警來確保層狀工人及時到達(dá)現(xiàn)場，監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并更換故障部件。電信警報可應(yīng)用于意外狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，電源會關(guān)閉并檢測到故障。

3.6 通信線路防雷設(shè)施選型

通信防雷大致分為三類：主保護(hù)、綜合保護(hù)、精細(xì)保護(hù)。①基本保護(hù)水平：位于LPZ0～LPZ2區(qū)間（b級）作為雷電泄放電流，為1級保護(hù)，安裝在鋼絲繩進(jìn)入房屋的位置。②綜合防護(hù)等級：位于LPZ0～LPZ3區(qū)間（c級），作為厚度和厚度的綜合防護(hù)，可直接安裝在設(shè)備前端（如設(shè)備在靠近線纜進(jìn)入房屋的位置）。③精細(xì)保護(hù)等級：位于LPZ1～LPZ3區(qū)間（f級），主要用于限制浪涌保護(hù)器，b級間距≥5m，一般安裝在設(shè)備側(cè)。通信線路保護(hù)裝置串聯(lián)安裝在線路上，因此在選擇防雷裝置時，應(yīng)保證防雷裝置能與保護(hù)配合，還應(yīng)考慮防雷裝置與通信線路的匹配問題。因此，防雷設(shè)施的選擇主要考慮以下問題：①電壓等級的選擇。通信線路防雷裝置的最大工作電壓根據(jù)數(shù)據(jù)通信線路的工作電壓來確定。它是選擇通信線路防雷設(shè)施時的一個重要參數(shù)，但在實(shí)際應(yīng)用中，沒有選擇不同通信線路的通用標(biāo)準(zhǔn)。防雷裝置的最大工作電壓應(yīng)大于通信線路工作電壓的1.2倍。由于設(shè)備供應(yīng)商不同，通信線路的工作電壓可能與表中的數(shù)據(jù)不同。②速度選擇。不同通信系統(tǒng)的傳輸速率不同，在將通信線路的防雷設(shè)施安裝在信號線上時，它們必須至少保持通信系統(tǒng)本身的傳輸速率，否則會導(dǎo)致通信中斷或誤碼率增加，影響通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行。③接口類型的選擇。通信線路保護(hù)裝置按順序安裝在線路上，為了匹配阻抗并保持最小接觸電阻，應(yīng)選擇與通信線路相同類型的接口。RJ、SD型接口應(yīng)注意線對的配合，同軸接口應(yīng)注意公母的配合。設(shè)計時應(yīng)考慮上述三個方面，結(jié)合具體生產(chǎn)廠家的樣品，確定通信線路防雷裝置的具體型號。

3.7 選型設(shè)計原則

電涌保護(hù)器的選擇主要是從功能實(shí)用性和參數(shù)合理性兩方面的綜合考慮中選擇的。功能實(shí)用性是指根據(jù)建筑的重要性、地理位置和環(huán)境特點(diǎn)，選擇功能性電涌保護(hù)器，以達(dá)到安全可靠、維護(hù)方便、降低運(yùn)行成本的目的。參數(shù)合理性是指根據(jù)建筑物所處的防雷區(qū)范圍、系統(tǒng)性能以及安裝位置，確定電涌保護(hù)器的電氣性能的各個最佳參數(shù)。此時，選擇電涌保護(hù)裝置時，應(yīng)考慮其兩端感應(yīng)電壓在電涌保護(hù)裝置允許電壓水平上的降低。工程中應(yīng)縮短電涌保護(hù)器兩端的連接長度，應(yīng)滿足最小截面要求。

4 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)對低壓供配電系統(tǒng)的電源保護(hù)，也可以對信號傳輸線路進(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、糧油棉物資倉庫、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。對于電涌保護(hù)器防護(hù)的方法，在應(yīng)用時充分考慮電子設(shè)備自身的運(yùn)行特性、現(xiàn)場環(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)置單級或多級的電涌保護(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)備穩(wěn)定運(yùn)行。

5 民用智能建筑電氣設(shè)計節(jié)能設(shè)計的三大原則

5.1 適應(yīng)性節(jié)能設(shè)計原則

一般來說，電氣系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計原則是指建筑節(jié)能電氣設(shè)計工作中，應(yīng)當(dāng)以整個建筑內(nèi)部的實(shí)際供電功能為設(shè)計基礎(chǔ)，以保障建筑其他工程設(shè)計任務(wù)的順利進(jìn)行。利用既有建筑電氣系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)基礎(chǔ)上，再加強(qiáng)建筑節(jié)能電氣的設(shè)計。既要確保建筑物整體用電設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，也要保證電氣系統(tǒng)的供電功能運(yùn)行使用正常。因此在進(jìn)行民用智能建筑節(jié)能電氣設(shè)計中，要從實(shí)際情況出發(fā)，結(jié)合具體功能需求，保證整個工程安全不受任何負(fù)面影響，再進(jìn)行節(jié)能電氣設(shè)計。

5.2 先進(jìn)性節(jié)能設(shè)計原則

在建筑節(jié)能工程設(shè)計中，要充分發(fā)揮科學(xué)信息技術(shù)的綜合優(yōu)勢，不斷學(xué)習(xí)新的先進(jìn)技術(shù)，提高企業(yè)節(jié)能建筑設(shè)計的科學(xué)可行性和技術(shù)先進(jìn)性。同時，在實(shí)際經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中，仍然還需及時制定一套科學(xué)合理的政策措施，以提高節(jié)能建筑設(shè)計的實(shí)際效果。

6 建筑電氣智能化技術(shù)應(yīng)用中的問題

雖然說現(xiàn)在很多工程項目都已經(jīng)開始將建筑智能化應(yīng)用到具體的方面，也有相應(yīng)完整的制度，但是智能建筑在建筑行業(yè)里的占比率依然很低，如果想要大規(guī)模的應(yīng)用建筑智能化技術(shù)，還是一項具有挑戰(zhàn)性的工作。雖然有些建筑也簡單的應(yīng)用了電氣智能化技術(shù)，但是沒有充分發(fā)揮出它的使用價值，加上智能建筑的維護(hù)周期比較短，大概在2-3年之內(nèi)就需要進(jìn)行全面的衛(wèi)華，在這方面很多工作人員的技術(shù)能力還達(dá)不到要求，所以這個問題是值得我們深思熟慮的。同時，建筑工程一般都是前期資金短缺，項目的所需要各種花費(fèi)的資金不夠，加上智能化建筑的要比傳統(tǒng)的費(fèi)用高，還有就是相應(yīng)的技術(shù)還不夠成熟，相應(yīng)的建筑成本也會大幅度增加，這就是現(xiàn)在建筑智能化應(yīng)用程度不高的原因。雖然說智能化建筑聽起來比較高端，但是在一定程度上還是不夠完善，而且加上每個人對居住環(huán)境和認(rèn)知的不同，智能化不能滿足普通大眾的要求，對于其他有特殊要求的，也沒有辦法滿足。

7 建筑電氣節(jié)能設(shè)計主要內(nèi)容

供配電系統(tǒng)是建筑電氣節(jié)能設(shè)計的“基石”，從系統(tǒng)邏輯上分析，一個單體建筑內(nèi)外電氣系統(tǒng)是否運(yùn)行穩(wěn)定、高效低耗，主要取決于配供電系統(tǒng)供電質(zhì)量，而影響質(zhì)量的因素主要包括諧波含量、功率因數(shù)、三相平衡三方面。第一，諧波含量控制。由于發(fā)電系統(tǒng)、輸電系統(tǒng)、供電系統(tǒng)及用電設(shè)備的綜合作用，輸送到建筑電氣系統(tǒng)中的電力并非一直維持50Hz的正弦交流電，其中或多或少夾雜著一定分量的諧波，嚴(yán)重影響電氣系統(tǒng)的安全性，同時也會造成額外的能源損耗。例如，諧波電流會造成線纜發(fā)燙、變壓器過熱，相當(dāng)一部分電力能源被浪費(fèi)掉，更嚴(yán)重的是會影響建筑電氣系統(tǒng)功能體驗。如，經(jīng)常跳閘、燒毀電子元件；基于此，建筑電氣節(jié)能設(shè)計時必須重視諧波治理，目前主要采用的方法有兩種，其一是面向電網(wǎng)展開治理，通過運(yùn)用非線性負(fù)載設(shè)備來減少諧波電流，但這已經(jīng)不屬于本文探討的范圍；其二，針對電氣系統(tǒng)中的運(yùn)行設(shè)備展開，即在進(jìn)行電氣節(jié)能設(shè)計時，要綜合多方面因素、通過科學(xué)計算，將運(yùn)行設(shè)備的供電控制在諧波含量安全的水平。第二，提高功率因數(shù)。物理學(xué)意義上的“功率因數(shù)”是指有功功率與視在功率的比，這一指標(biāo)對于電氣節(jié)能設(shè)計具有重要現(xiàn)實(shí)意義。因為建筑電氣設(shè)備多為感性負(fù)載，自身功率因數(shù)維持在較低水平，考慮到無功功率的存在，就不得不提高視在功率，這就牽涉電動機(jī)、變壓器等裝機(jī)容量的持續(xù)上升，同時，功率因數(shù)值低還會造成一定的線路損耗。解決這一問題的方法，目前較有效且較經(jīng)濟(jì)的就是安裝無功補(bǔ)償裝置。不僅可以有效減少電能損耗，同時電氣系統(tǒng)配備小容量電動機(jī)、變壓器即可，整個電氣線路也可以使用截面較小的導(dǎo)線。第三，保障三相平衡。電氣系統(tǒng)中三相不平衡的危害主要有線路損耗、電機(jī)附加發(fā)熱及振動、縮減電機(jī)壽命等，為保障三相平衡，需要注意以下事項。①建筑中用電設(shè)備在設(shè)計接入220V/380V三相系統(tǒng)時嚴(yán)格執(zhí)行三相平衡，杜絕三相負(fù)荷不平衡的現(xiàn)象，從根源上實(shí)現(xiàn)有效治理。②電氣系統(tǒng)進(jìn)行功能劃分，其中照明系統(tǒng)接入低壓電網(wǎng)供電（220V），如果電流小于60A可采用單相供電，做到三相平衡供電，大于60A應(yīng)采用220V/380V三相四線制供電。③在電氣系統(tǒng)中安裝平衡裝置。

8 結(jié)語

由以上論述可以看出，建筑物中配置相應(yīng)的防雷設(shè)備是重要的一項舉措，其不僅關(guān)乎建筑物穩(wěn)定安全地運(yùn)行，而且也事關(guān)社會穩(wěn)定，一旦處理不當(dāng)或布局失策，必將會對區(qū)域的建筑物使用造成不良影響，并會給人民的生活造成極大的困擾。因此，在具體實(shí)施電氣設(shè)備的設(shè)計時，既要保證其質(zhì)量效果，同時，對于其中涉及的電涌保護(hù)器的選擇也應(yīng)高度重視，以將雷電可能對建筑物造成的傷害降到安全的區(qū)間內(nèi)。正是由于建筑電氣防雷防電的設(shè)計極為復(fù)雜且又是極為重要的部分，因此，務(wù)必要認(rèn)真精細(xì)地對待電涌保護(hù)器的選擇和具體配置。另外，還應(yīng)加強(qiáng)對其研究和實(shí)踐，以使其性能和配置效果更為科學(xué)穩(wěn)定，從而更好地服務(wù)于建筑物的安全保障。