探討民用建筑中電涌保護器選型設計

【摘要】隨著現代電子技術在民用建筑工程領域的廣泛應用，我國民用建筑的技術得到了不斷豐富。為了減少雷擊等各種過電壓對建筑造成的損失，電涌保護器開始在民用建筑設計中廣泛應用。電涌保護器又稱涌保護器，是目前民用建筑電子設備防雷的重要裝置。本文通過闡述電涌保護器的運行特點及原理，客觀分析電涌保護器的配置，并提出積極的選型建議，以供交流和探討。

【關鍵詞】電涌保護器；等電位聯結；設置安裝；選型

對于SPD電涌保護器的研究，國外起步較早且取得了一些應用成果，我國國內建筑在初期大多處于成本考慮，為采用SPD，因此早期民用建筑設計人員在施工過程中選用SPD的次數也較少。隨著時代的進步和電子技術的飛速發展，個人電腦、各種大中型計算機和交換機的技術也取得了突破進展，SPD也越來越普及。

這類高新技術電子產品通常都有大量脆弱的電子集成塊或集成電路組成，因而由過電壓造成的損壞時有發生，為個人帶來不必要的損失。設計人員開始被要求在電氣設計程中使用SPD，特別是《建筑物防雷設計規范》GB50057-94（2000）中加人了電磁脈沖的內容后，SPD逐漸成為民用建筑設中必不可少的組成部分。

1.電涌保護器的工作原理及分類

電涌保護器主要適用于220，380V的低壓非線性元件。根據IEC標準規定，電涌保護是主要抑制傳導過來的線路過電壓和過電流的置。電涌保護器起到保護作用，基本要求是必須受預期通過的雷電電流，并且通過電涌最大值，有效熄滅在雷電流通過后產生的工頻續流，把入電力線、信號傳輸線的瞬時過電壓限制在設或系統所能承受的電壓范圍內，或將強大的雷流泄入地面，保護被保護的設備或系統不受沖而損壞。

SPD按工作運行原理可分為開關型、限壓型、和扼流型，按其用途亦可分為電源保護器、信號保器。這些電子元件的區別在于可用于不同情況的放電、響應及吸收殘余電流。由于這些元件各有利弊，同時防雷擊也是SPD的主要功能，因此在使用過程中，人們將其合理組成特殊的電路保護裝置，以揚長避短。

2.電涌保護器與等電位聯結系統

電涌保護器會在瞬間過電壓極短的存在時間內，在被保護區域里的所有導電元件中建立起平衡的個等電位，這些導電元件也包括電子設備的電源。在雷擊的情況下，SPD可幫助電子元件通過完備的等電位聯結防雷裝置，能夠在瞬間形成具有接近或相等的電位，以避免雷擊時產生的瞬間過電壓損壞電路，起到保護的作用。現代建筑物安裝防雷擊的設計上，應在SPD的設計過程中做好防雷等電位的聯結，在低壓用電用戶處進行安裝。

根據感應定理，電感量越大，瞬變電流在電路產生的電壓越高；電感量大小和導線的長度有關，與導線截面關系不大。因此，應使接地導線盡可能的短。多條導線的并聯連接可顯著地降低電位補償系統的電感量。為了將這兩條付諸實踐，理論上可以把應與等電位聯結裝置連在一起的所有電路和設備連在同一塊金屬板上。基于金屬板的構想在補裝等電位聯結系統時可采用線狀、星狀或網狀結構。設計新的設備時原則上應只采用網狀的等電位聯結系統。

3.電涌保護器的安裝和選型

3.1電涌保護器的安裝

電涌保護器的安裝位置應低于海拔高度2000m；并采取溫度平衡措施，正常運行環境下溫度應控制在-5～+40°C，極限惡劣運行環境下溫度應控制在-40～+70°C；運行環境的相對濕度應控制在-50%以下。

保護器適用的接地系統為TN時，垂直安裝時傾斜度不應超過5°，無顯著搖動和沖擊振動的場合。為了達到有效的過電壓保護，通常將需要保護的范圍按不同的電磁兼容性分區.這個保護范圍，包括從閃電保護區0，過電壓保護區1至3，直到干擾電壓保護區具有更高的序弓。設置電磁兼容性保護區0到3，是為了避免因高能耦合而損壞設備。而序號更高的電磁兼容性保護則為防止信息失真和信息丟失而設置。

電涌保護器的選擇應根據用戶需求和不同的運行環境，合理配置電涌保護器的參數。電涌保護器的工作電壓應以被保護電路中所有元件的額定電壓為準，剩余電壓則有被保護電路中所有元件的耐壓強度決定。

3.2電涌保護器在設計應用中的設置和一些細節

3.2.1選擇SPD的電壓保護水平

往往在用戶低壓進戶處安裝一套電涌保護器裝置，就能起到保護電路安全運行的作用，這也是目前最經濟可行的措施。當電涌保護器所保護區域內設備按進戶用戶要求不大于10m時，若該SPD的電壓保水平加上其兩端引線的感應電壓小于被保護設備耐壓水平的80%，一般情況下在被保護設備處可不裝SPD。SPD的電壓保護水平加上其兩端引的感應電壓降，對電壓開關型和限壓型是不同的。

3.2.2由于振蕩需要考慮的保護距離

如果電涌保護器與被保護用電設備之間的接線距離過長，電涌的過電壓傳播將會產生振蕩，因此，在設備接線設開路情況下，即使這種過電壓振蕩現象能使被保護元件安全運行和滿足需要，但仍然有可能造成元件的損壞和故障。因此，這樣保護距離被確定為電涌保護器與被保護設備之間接線的最大距離，在此距離內電涌保護器方才能起到保護效果。

3.2.3由于干硬現象需要考慮的問題

雷擊建筑物或其附近地面將會在SPD于被保護設備之間的環路干硬處一電壓值，該電壓將會減小SPD的有效性。著上述環路尺寸的加大（線路加長、相線與PE線或接地導體之間的距離加大）所感應的電壓也加大，而隨著磁場強度的減小（增加大空間屏蔽和線路屏蔽的效率）則所感應的電壓就減小。通常，可以采用將相線和PE線敷設在封閉的鋼質管道內并將管道兩端做等電位連接，有的標準推薦利用鋼管作PE線。在這種情況下所感應的電壓會是很小的，感應現象可略去不計。

3.2.4關于SPD的后備保護的問題

SPD是電氣、電子設備的器件，其本身的安全性和可靠性是非常重要的。SPD都應在SPD劣化時有熱脫扣裝置，在升溫到120°C時應脫扣從并聯線路中斷開，保證不發生火災、爆炸等事故。

在線路配合實際中，SPD的后備保護型式有熔斷器、斷路器和剩余電流保護器（RCD）三種。其中熔斷器和斷路器統稱為過電流保護器，是用來防止電涌保護器短路的保護，應當根據SPD產品說明書推薦的過電流保護器的最大額定值選擇。

如果保護電氣線路的過電流保護器的額定值小于上述的最大額定值，也可省去SPD支路上的過電流保護器。如果為了方便維護，這兩個過電流保護器都可以設置，但應將它們的額定值調整到至少相差兩級以保證它們具有選擇性。RCD適用于限壓型SPD，不適用于電壓開關型SPD，因后者產生的漏電電流值很小。

4.結束語

為達到最優化的過電壓保護方案，用戶需要與電氣和電子設備的規劃人員，及建筑設計人員及時對話。在設計階段，確定網狀電位補償系統的設置，并為空間屏蔽和電氣及電子設備線路的布置奠定基礎。按電路參數而挑選出的電涌保護器，就很容易確定其合適的安裝位置了。只有符合專業規定及標準的安裝，才能使一個優秀而便于應用的過電壓保護方案成功地付諸實踐。