民用建筑電氣設計中電涌保護器的應用

[摘要]雷擊電脈沖對建筑體具有一定的危害，為了避免雷擊作用影響電子信息設備的正常運行，需要根據建筑結構狀況進行電涌保護器的安裝處理，本文對電涌保護器的安裝選取、施工注意事項等問題進行了概述，并提出相應保護措施和應對方案，旨在提高防雷設計工程的科學性、合理性。

[關鍵詞]民用建筑；電涌保護器；雷擊電磁脈沖防護；等電位連接

現代社會快速發展帶動了民用建筑內部電子信息設備的廣泛應用，需要引起關注的是電子信息設備一般具有電壓低、耐壓水平低的狀況，容易受到電磁脈沖負面影響，為此在信息設備的建筑體中，需要充分注重避免雷擊危害的負面影響，加強雷電電磁脈沖防護處理控制。電涌保護器是現代電子設備防雷保護的重要部分，簡寫為SPD。國外對該技術的研究相對較早，但是受成本過高限制，一直未廣泛應用。現階段，電子技術、信息技術、大型計算機的運用逐漸廣泛，相關大規模集成電路的敏感性逐漸增加，導致過電壓損失增加，從而需要增加SPD的應用。

1、建筑體內部雷電防范分析

建筑內部雷電的引入分為三種方法：第一、直擊雷擊中金屬管后，對應雷電會沿導管、導線傳至建筑體內；第二、雷電感應引起的脈沖，進而借助電磁波形式傳入建筑結構；第三、直擊雷在建筑體附件部位，從地網傳入大地，繼而產生幾百伏高的電位，該高電位借助動力系統的接地線、零線等傳進建筑體內部。

由于直擊雷、電磁脈沖的影響有一定差異，因此其防范手段有所不同。直擊雷主要借助避雷針、避雷網等傳統設備進行處理，根據規范安裝實現安全防護的目的，但是接閃裝置無法全面保證雷擊脈沖感應、電涌電流的有效處理，借助電涌保護器可解決這一不足。

2、電涌保護器工作原理

放電間隙又稱保護間隙：它一般由暴露在空氣中的兩根相隔一定間隙的金屬棒組成，其中一根金屬棒與所需保護設備的電源相線L1或零線（N）相連，另一根金屬棒與接地線（PE）相連接，當瞬時過電壓襲來時，間隙被擊穿，把一部分過電壓的電荷引入大地，避免了被保護設備上的電壓升高。這種放電間隙的兩金屬棒之間的距離可按需要調整，結構較簡單，其缺點是滅弧性能差。改進型的放電間隙為角型間隙，它的滅弧功能較前者為好，它是靠回路的電動力F作用以及熱氣流的上升作用而使電弧熄滅的。

3、電涌保護器在電氣設計中的應用

3.1選型設計分析

電涌保護器的選擇一般需要從功能、參數等方面進行選取。功能實用性需要從建筑結構的空間位置、環境特點等方面進行分析，保證功能匹配的電涌保護器實現應用，從而起到安全可靠、便捷操作、成本低廉的保護。參數選取方面，需要根據雷電保護器等級、系統要素、安全控件等進行分析。同時在電涌保護器的選擇中需要充分考慮端部引線的感應電壓作用，避免電涌保護器有效電壓的負面影響。工程應用中，需要盡量降低電涌保護器端部電線的長度，同時滿足截面最小的設計原則。

3.2電涌保護器的選擇

選擇安裝俊宇防雷區相關。一般情況下，在LPZI與LPZoB區域的交界處，應安裝l級試驗的電涌保護器。對于二類及以上的防雷建筑物，應選用電壓保護水平值不大于2.5kV的電涌保護器：當沖擊電流不確定時，其取值不應小于12.5kA；對于三類防雷建筑物的沖擊電流的選擇依據GB 50057-201 0建筑物防雷設計規范中4.2.4-6與4.2.4-7公式計算。在LPZ1與LPZ2和更高區需要安裝電涌保護器時，應選用Ⅱ級或Ⅲ級試驗的電涌保護器。同時注意：Ⅱ級試驗的電涌保護器標稱放電電流不應小于5kA；Ⅲ級試驗的電涌保護器標稱放電電流不應小于3kA，在低壓配電系統中TN接地形式系統的電涌保護器的保護模式有“3+1”和“4+0”。

3.3電子系統中的應用

現代民用建筑中，弱電設備逐漸呈現為低電壓運行的狀況，大規模集成電路逐漸增多，導致電子信息系統極易受到過電壓的危害，相應電涌保護器的應用價值逐漸提高。電涌保護器選擇中需要考慮：工作電壓、頻率、容量、接地狀況等參數。針對設備進線的電纜設計中需要注意下述問題：一類防雷設備的短路電流一般需要確立為100安，二類為75安，三類為50安。電子系統的進線需要借助金屬先進行處理。當短路電流無法分析確立時，需要將一類防雷短路電流設置未2.0安，二類、三類分別選擇1.5安、1.0安。

3.4通流容量的選擇

通流容量需要依據SPD系統的功能及相關任務進行選擇，額定容量—般為幾百至幾千安培。選擇中，茌LPZ1、LPZ0交界位置需要進行四級分類試驗產品的安裝；配電系統中電源側的SPD一般具有相對更大的通流容量。民用建筑的設計中需要對最大幅值進行詳細核算。

3.5報警功能的選擇

為了合理監測防雷器的運行狀況，需要對已經發生損壞的防雷模塊及時更換處理，保證其適應不同的應用環境，實現即時監控的目的，為此，需要根據建筑體特定環境進行報警裝置的設立。一般在有人值守的環境中，需要進行聲光報警裝置設立；無人值守狀況下，選取遙信報警裝置較為適合；此外，遙信電壓檢測裝置在無人值守環境適用，具有監測電源斷電、缺項等功能。

4、SPD的后備保護

從電氣安全角度出發，對安裝在電源相對中或相對低的零部件，為避免短路故障損害，需要在元件安裝前進行保護期間的處理，如熔斷器，以此作為電涌保護器的后備力量。熔斷器的優點：尺寸小、成本低、分斷能力高；缺點為熔絲斷路后，無法向相關管理人員進行信號提示，無法及時更換熔斷體，降低了保護功能。

斷路器優點為：斷開后可避免更換零部件，具有智能化處理的功能，可充分實現遙控、遙信功能；缺點為：成本高、分斷能力一般。

綜合斷路器、熔斷器特點，一般民用建筑的電氣設計中，前級保護采取斷路器、后級保護采取熔斷器為宜。借助SPD、后備保護元件相結合，實現試驗驗證結果的最終目的。現階段，國際電工組織標準、配合試驗的標準有所差異，為此，對配合系統的最佳取值參數仍存在一定差異。