對(duì)高層建筑SPD參數(shù)的選擇與應(yīng)用的闡述

周昕煒

【摘要】雷電是一種頻發(fā)的自然現(xiàn)象，雷電災(zāi)害是自然災(zāi)害中最為嚴(yán)重的種類之一，依據(jù)高層建筑特點(diǎn)，將外部、內(nèi)部防雷協(xié)調(diào)統(tǒng)一，應(yīng)用有效的防護(hù)措施，確保安全不受影響。采用建筑低壓配電系統(tǒng)防雷設(shè)置電涌保護(hù)器（SPD）可以將雷擊時(shí)電子設(shè)備電磁環(huán)境改善，經(jīng)少經(jīng)濟(jì)損失。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；spd參數(shù)選擇；spd的應(yīng)用

一、雷電的產(chǎn)生

大氣中的強(qiáng)對(duì)流會(huì)伴隨著電荷分布的變化，大氣電場(chǎng)也會(huì)隨之發(fā)生變化，從而形成雷雨云（專業(yè)稱“積雨云”），雷雨云團(tuán)之間或雷雨云團(tuán)與大地之間就可能發(fā)生劇烈的放電現(xiàn)象，這種強(qiáng)烈的放電就是閃電，又稱雷電或雷擊。

我國(guó)平均每年因雷擊災(zāi)害所造成的損失為幾十億元。針對(duì)雷電災(zāi)害我國(guó)近年來(lái)先后出臺(tái)了多部防雷標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，為減少和防止雷電災(zāi)害的發(fā)生，各級(jí)政府部門，施工單位應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的要求監(jiān)督實(shí)施。

二、浪涌保護(hù)器

浪涌保護(hù)器（SPD，Surge Protective Device）也即是我們常說(shuō)的防雷器，又叫做電涌保護(hù)器、避雷器，是一種用于保護(hù)各種電子設(shè)備、儀器儀表、通訊線路免遭雷電電磁脈沖或操作過(guò)電壓破壞的電子裝置，是電子設(shè)備雷電防護(hù)中一種不可或缺的裝置。SPD的作用是在直接或間接雷擊時(shí)，能釋放雷擊涌流以及箝壓功能，使得被保護(hù)設(shè)備不因雷擊或操作過(guò)電壓及浪涌電流而損壞；同時(shí)，在不能破壞電氣系統(tǒng)正常運(yùn)行。基于上述目的，

浪涌保護(hù)器采用的是溫控保護(hù)電路和最新的滅弧技術(shù)，內(nèi)置有熱保護(hù)，能夠徹底地避免火災(zāi)，且具有保護(hù)通流量大、殘壓低、響應(yīng)時(shí)間快、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、性能可靠、工作穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)帶有電源狀態(tài)指示，能夠?qū)擞勘Ｗo(hù)器的工作狀態(tài)進(jìn)行指示，在安防、通訊、交通、石化等領(lǐng)域內(nèi)的電子設(shè)備和系統(tǒng)防雷防護(hù)中都有著廣泛的應(yīng)用。

三、目前使用的SPD主要有以下類型

（1）電壓開關(guān)型。既是一個(gè)電涌電壓控制的導(dǎo)通和高阻兩種運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)電涌電壓超過(guò)規(guī)定數(shù)值時(shí)，SPD突然變?yōu)榈妥瑁c使得巨大浪涌電流泄防至大地。

（2）限壓型。與電壓開關(guān)型SPD的區(qū)別是，阻抗隨著電涌電壓的增大，連續(xù)下降至低阻導(dǎo)通狀態(tài)，其主要非線性原件是具有箝壓功能的壓敏電阻及瞬態(tài)抑制二極管，且其箝壓水平較電壓開關(guān)型要低。

（3）混合型的SPD。將電壓開關(guān)型和限壓型兩種特性組合在一起的SPD，具體呈現(xiàn)那種特性由所承受的沖擊電壓決定。

（4）弱電系統(tǒng)專用SPD。現(xiàn)代民用建筑弱電系統(tǒng)日益復(fù)雜，各種電子設(shè)備逐漸滲透至建筑的各種功能中，基于電子設(shè)備本身對(duì)過(guò)壓和過(guò)流的敏感和脆弱，該類SPD需針對(duì)不同的弱電應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)類型匹配。

根據(jù)上述SPD的類型可知，不同SPD表現(xiàn)出的箝壓和泄流能力應(yīng)與所處的應(yīng)用環(huán)境遭受雷擊后產(chǎn)生的電涌電壓和電流數(shù)據(jù)相適應(yīng)。否則，如SPD選擇過(guò)大，則SPD保護(hù)能力浪費(fèi)，且產(chǎn)生資金浪費(fèi)；反之，選擇過(guò)小則存在安全隱患，不能保證設(shè)備安全。因此研究雷擊時(shí)在民用建筑電氣系統(tǒng)中產(chǎn)生的電涌電壓和電流值，以及分析被保護(hù)對(duì)象的防雷需求，對(duì)合理選擇SPD至關(guān)重要。

四、SPD在防雷設(shè)計(jì)中的選擇與應(yīng)用

針對(duì)不同原因產(chǎn)生的過(guò)電壓，其電涌保護(hù)器SPD的選用也不同。在實(shí)際應(yīng)用中，要考慮一下幾方面選擇使用：

（一）電涌保護(hù)器SPD通常安裝在電源線、信號(hào)線上對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。對(duì)于安裝在電源線的SPD，要根據(jù)被保護(hù)對(duì)象的電氣參數(shù)選擇SPD的通流量、負(fù)載能力、殘壓和響應(yīng)速度等，以便與被保護(hù)設(shè)備配合使用。對(duì)于信號(hào)線上安裝的SPD，要根據(jù)信號(hào)線傳輸?shù)男盘?hào)電壓選取。由于信號(hào)傳輸一般都為低電壓，在不影響信號(hào)的傳輸前提下，通常采用限制線路上傳輸?shù)淖罡唠妷簭亩Ｗo(hù)線路。

（二）電涌保護(hù)器的電壓保護(hù)電壓值應(yīng)小于被保護(hù)設(shè)備的沖擊耐壓值，這是基本原則。當(dāng)線路電壓超過(guò)被保護(hù)設(shè)備沖擊耐壓值時(shí)，被保護(hù)設(shè)備將受到損壞。當(dāng)進(jìn)線端電涌保護(hù)器保護(hù)電壓與被保護(hù)設(shè)備耐壓值之比過(guò)高時(shí)，可以加裝二級(jí)電壓保護(hù)器。采樣逐級(jí)降壓引流的方式可以達(dá)到保護(hù)效果。

（三）采樣多級(jí)SPD保護(hù)時(shí)，其流通量應(yīng)是逐級(jí)減小的。第一級(jí)應(yīng)選用大通流量SPD，第二、三級(jí)選擇通流量小的SPD。需要注意的是，當(dāng)采用多級(jí)SPD保護(hù)時(shí)，要避免SPD殘壓過(guò)高和響應(yīng)速度慢的原因，從而使被保護(hù)電路受損。

（四）盡量減小電涌保護(hù)器和被保護(hù)設(shè)備兩端引接線的長(zhǎng)度，每只并聯(lián)SPD引接線總長(zhǎng)度不宜超過(guò)0.5m，以減少引線的電感產(chǎn)生的壓降對(duì)設(shè)備的影響。

（五）當(dāng)進(jìn)線端電涌保護(hù)器與被保護(hù)設(shè)備電氣間的距離大于30m時(shí)，應(yīng)在離被保護(hù)設(shè)備盡可能近的位置加裝另一個(gè)電涌保護(hù)器。

（六）在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)選較大通流量或者熱備份SPD。雷擊過(guò)程往往是多次瞬間產(chǎn)生，通流量大的SPD使用壽命較長(zhǎng)，有利于設(shè)備的保護(hù)。

（七）對(duì)于SPD引入和引出線應(yīng)用扎帶或膠布將其緊密捆扎在一起，這樣能有效地消除感應(yīng)磁場(chǎng)，降低壓降。

五、SPD的參數(shù)的選擇和相關(guān)問(wèn)題

（一）電壓保護(hù)水平Up：SPD限制接線端子間的電壓值，以保證被保護(hù)設(shè)備處在耐壓范圍內(nèi)，避免過(guò)壓損壞設(shè)備。設(shè)計(jì)中，Up與SPD引線兩端的感應(yīng)電壓總和要小于被保護(hù)設(shè)備的絕緣耐壓值的0.8倍。

（二）最大箝壓：箝壓（Clamping Voltage ：CV） 是SPD 起作用時(shí)的限制電壓。對(duì)壓敏電阻這類SPD 來(lái)講，最大箝壓是SPD 箝壓功能惡化情況下的殘壓。

（三） 最大持續(xù)運(yùn)行電壓Ue：可能持續(xù)加于SPD 兩端的最大交流電壓有效值和直流電壓之和。超過(guò)此值運(yùn)行時(shí)，SPD 將遭受熱致?lián)p壞。

（四）最大沖擊電流波形Iimp，規(guī)定SPD需滿足何種沖擊分類試驗(yàn)程序。在設(shè)計(jì)中，與SPD的保護(hù)分級(jí)一一對(duì)應(yīng)，根據(jù)GB50057-1994（2000年版）規(guī)定和IEC61312，試驗(yàn)程序見(jiàn)表1。建筑物電氣總進(jìn)線的SPD采用10/350μs ，而不是8/20μs波形的原因是，前者的泄放電涌電流能力是后者的約20倍，具有很大的泄放容量；同時(shí)，該SPD安裝處的雷電流參量本身為150kA，10/350μs的波形。因此，很多實(shí)際工程中在電源端選擇8/20μs是不合理的。

（五）標(biāo)稱放電電流In：SPD承受預(yù)期雷電涌流的能力。因此所選SPD的In應(yīng)高于安裝處預(yù)期雷電涌流值。

雷電流進(jìn)入建筑物后，約有50%通過(guò)相線與中性線的SPD泄放入大地。按照這種最不利條件得到SPD每相上的雷電流是：有屏蔽時(shí)，Iimp = 5.625kA；無(wú)屏蔽時(shí)為18.75kA。因此，電源進(jìn)線端處，規(guī)范規(guī)定首級(jí)SPD的每相標(biāo)稱放電電流應(yīng)大于15kA（10/350μs）；對(duì)三相系統(tǒng)IEC-T81規(guī)定Iimp 不小于50kA。規(guī)定的In 值按照防直擊雷考慮，因此也可以防范感應(yīng)雷和內(nèi)部操作過(guò)電壓在電源進(jìn)線處產(chǎn)生的浪涌電流和過(guò)電壓損害。建筑內(nèi)的配電干線一般都為非屏蔽電纜線路，樓層配電盤的SPD，其每相Iin應(yīng)大于20kA（8/20μs）。終端設(shè)備配電箱處安裝的SPD，其每相Iin應(yīng)大于3kA（8/20μs）。

結(jié)束語(yǔ)：

因此，正確的選擇SPD是非常重要的，我們必須重視起來(lái)嚴(yán)格按各類規(guī)定規(guī)范進(jìn)行選擇設(shè)計(jì)，為工程提供最經(jīng)濟(jì)實(shí)用安全的防雷設(shè)計(jì)方案。

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