在民用建筑電氣設(shè)計(jì)中電涌保護(hù)器的選用

劉吉慶

[摘要]在科學(xué)研究中，雷電災(zāi)害對(duì)于人類的傷害較大，死亡率也極高，再加上如今電氣設(shè)備的普遍運(yùn)用，其吸引雷電的特性極高，而在雷電天氣一旦使用不規(guī)范或冒險(xiǎn)使用，造成的危害性也較大。基于此，本文對(duì)電涌保護(hù)器的相關(guān)特性作了總結(jié)，結(jié)合電氣設(shè)計(jì)實(shí)例分析，重點(diǎn)對(duì)周邊電壓電流環(huán)境、選擇保護(hù)方式、選擇斷路器的內(nèi)容作了介紹，在電氣設(shè)計(jì)中注重電涌保護(hù)器的選擇與相關(guān)特性，能較好解決居民用電情況，保護(hù)電器的使用安全。

[關(guān)鍵詞]電涌保護(hù)器；民用建筑；電氣設(shè)備；設(shè)計(jì)

在夏季，雷電天氣較多，這時(shí)不僅需要如避雷針等建筑物外部的防雷設(shè)備起保護(hù)作用，內(nèi)部的電涌保護(hù)器也可起到保護(hù)建筑物內(nèi)電氣設(shè)備的作用，加之人們防電意識(shí)薄弱，需要外界設(shè)備的幫助，因此在民用建筑電氣設(shè)計(jì)中對(duì)于電涌保護(hù)器的選用就尤為重要，而判斷電涌保護(hù)器的性能是否符合民用建筑也是如今備受關(guān)注的內(nèi)容。

1.電涌保護(hù)器的工作原理

電涌保護(hù)器常被稱為SPD，即指在雷電天氣或瞬時(shí)過壓情況下，對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)的設(shè)備，其常用于工業(yè)領(lǐng)域、家庭住宅、含電氣設(shè)備的建筑物中，具有多種保護(hù)電涌模式，同時(shí)其具體設(shè)置于建筑中防雷區(qū)等電位連接處；其次，電涌保護(hù)器的設(shè)置需要建筑內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行配合，使得電氣設(shè)備在兩者的相互作用下?lián)碛心軌虺惺茏∈盏降膲毫δ碗娪磕芰Γ涔ぷ髟頌槔梅旨?jí)電涌保護(hù)器，分級(jí)釋放雷電感應(yīng)帶來的能量，以逐漸降低電氣設(shè)備承受的電涌電壓，保護(hù)用戶電器設(shè)備。另外電涌保護(hù)器分為電壓開關(guān)型電涌保護(hù)器、電壓限制型電涌保護(hù)器以及復(fù)合型電涌保護(hù)器，主要通過電阻的最大壓來抑制線路中帶來的過電壓與過電流，從而使雷電電流通過產(chǎn)生的工頻續(xù)流與瞬時(shí)電壓控制在電氣設(shè)備可承受的范圍內(nèi)，同時(shí)其安裝方式也多種多樣，比如并聯(lián)型、串聯(lián)濾波型、組合型等方法。另外，當(dāng)線路正常，電涌保護(hù)器的顯示屏?xí)@示綠色，而一旦民用建筑的電氣設(shè)備線路遭受雷擊或者當(dāng)瞬時(shí)電壓過大無法承受時(shí)，電涌保護(hù)器中的壓敏電阻會(huì)立即以納秒速度轉(zhuǎn)化為低阻值狀態(tài)，使得電壓得以被限制在正常較低范圍內(nèi)，同時(shí)電涌保護(hù)器的顯示窗會(huì)再次被顯示綠色，以顯示電流恢復(fù)正常狀態(tài)，電器設(shè)備可進(jìn)行使用。

2.電涌保護(hù)器的分類

電涌保護(hù)器可分為開關(guān)型電涌保護(hù)器、限壓型電涌保護(hù)器、聯(lián)合型電涌保護(hù)器，同時(shí)其分類主要按照最大持續(xù)運(yùn)行電壓、沖擊電流、標(biāo)稱放電電流、保護(hù)電壓水平等性能指標(biāo)所規(guī)定。因此關(guān)于電涌保護(hù)器可分為以下三種類別。

2.1一級(jí)分類電涌保護(hù)器

一級(jí)電涌保護(hù)器主要用于民用建筑中密封式的電涌保護(hù)器，且常被運(yùn)用于三相四線、三相五線等系統(tǒng)中，而橋接件包括在整體供貨范圍之間，即為三級(jí)保護(hù)體系中。其次，一級(jí)電涌保護(hù)器需離二級(jí)電涌保護(hù)器導(dǎo)線10m及10m以上的距離，外形尺寸與所有其它標(biāo)準(zhǔn)模塊保護(hù)器系列相同，同時(shí)由于此種設(shè)計(jì)在各種場(chǎng)合中均可方便橋接，因此運(yùn)用起來較為方便。

2.2二級(jí)分類電涌保護(hù)器

按照國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，導(dǎo)線中的電壓電流進(jìn)入系統(tǒng)前，要遵守設(shè)備耐沖擊電壓大于電涌保護(hù)器保護(hù)水平，以及電涌保護(hù)器保護(hù)水平大于電網(wǎng)最高波動(dòng)電壓的原則，并且只有通過測(cè)試合格的產(chǎn)品，才能作為二級(jí)分類電涌保護(hù)器被進(jìn)行使用。其中，電涌保護(hù)器中UC不一定要大于UT，因?yàn)閁C過低會(huì)影響到電涌保護(hù)器的運(yùn)行以及使用壽命，而UC太高會(huì)使得電涌保護(hù)器的保護(hù)電平過高，導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。其次，二級(jí)電涌保護(hù)器通常用于無接閃器的建筑物以及二次配電柜等區(qū)域，其特點(diǎn)為故障自分?jǐn)喙δ堋⒖晒收巷@示、遠(yuǎn)程報(bào)警等情況。

2.3三級(jí)電涌保護(hù)器

三級(jí)電涌保護(hù)器被用于設(shè)備前端處等地方電位連接，同時(shí)三級(jí)電涌保護(hù)器能力較一、二級(jí)更強(qiáng)，其能保護(hù)到一、二級(jí)電涌保護(hù)器所保護(hù)不到的電氣設(shè)備，即當(dāng)一、二級(jí)電涌保護(hù)器所得的電壓保護(hù)水平加上感應(yīng)電壓以及反射波效應(yīng)，無法保護(hù)離其較遠(yuǎn)的設(shè)備時(shí)，即可使用三級(jí)電涌保護(hù)器進(jìn)行電壓電流遠(yuǎn)程與綜合保護(hù)，其通常安裝于配電柜、控制柜等電氣設(shè)備中。

3.民用建筑電氣設(shè)計(jì)中電涌保護(hù)器的選擇分析

3.1綜合考慮建筑周邊電壓電流環(huán)境

選擇民用建筑電氣設(shè)計(jì)的電涌保護(hù)器需要考慮被保護(hù)負(fù)載特性、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境特性、接地系統(tǒng)類型選擇、用于保護(hù)電涌保護(hù)器的斷路器選擇等因素，其中為了保護(hù)電氣設(shè)備免受大氣過電壓的危害，必須考慮的參數(shù)有被保護(hù)設(shè)備的沖擊耐受電壓以及接地系統(tǒng)類型和電網(wǎng)的最高運(yùn)行電壓，而關(guān)于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境特點(diǎn)的考察，應(yīng)按有無避雷針或避雷設(shè)備的系統(tǒng)區(qū)分。如果建筑物安裝了避雷針或其它避雷設(shè)備，譬如避雷針裝在距離建筑物50m范圍內(nèi)或建筑外部，此時(shí)應(yīng)選擇安裝最大放電流為65kA單位的電涌保護(hù)設(shè)備，而若建筑物外部或外處一定范圍內(nèi)無避雷針或避雷設(shè)施系統(tǒng)，此時(shí)的電涌保護(hù)器可另做選擇。

3.2合理選擇保護(hù)方式

依據(jù)接地系統(tǒng)類型的選擇，關(guān)于電涌保護(hù)器相線與中性線問電壓，以及電涌保護(hù)器的最大持續(xù)運(yùn)行電壓都需測(cè)量其范圍，并依靠此數(shù)據(jù)制作表格，選擇相線對(duì)地和中性線對(duì)地的共模保護(hù)或是相線與中性線問的保護(hù)，同時(shí)對(duì)TT系統(tǒng)（保護(hù)接地系統(tǒng)）和TN-S系統(tǒng)（接零保護(hù)系統(tǒng)）必須進(jìn)行差模保護(hù)。

3.3科學(xué)選擇斷路器

電涌保護(hù)器的斷路器選擇需要考慮電涌保護(hù)器最大放電電流、斷路器、額定電流、脫扣曲線等因素，并且斷路器的分?jǐn)嗄芰π枰笥谒谥幫ㄟ^的最大短路電流，且電涌保護(hù)器每極都要進(jìn)行裝置保護(hù)設(shè)計(jì)，但須注意的一點(diǎn)是，電涌保護(hù)器的后備保護(hù)要基于電氣安全進(jìn)行設(shè)計(jì)，即使開始選擇適當(dāng)?shù)碾娪勘Ｗo(hù)器保護(hù)力度不夠，采取后續(xù)的保護(hù)措施仍可增加電涌保護(hù)器的使用壽命，并且更能安全可靠的保護(hù)民用建筑的電氣設(shè)施。

4.實(shí)例分析

某民用建筑物通過數(shù)據(jù)測(cè)量計(jì)算，其中可取地形校正系數(shù)為1；曠野孤立的建筑為2；磚木結(jié)構(gòu)建筑物取1。河邊、山坡下以及湖邊山地中土地的地質(zhì)電阻率較底，下方水露頭處與山谷風(fēng)口，以及特別潮濕的建筑物系數(shù)為1.5，建筑物高度大于100m。根據(jù)電氣系統(tǒng)設(shè)備損壞的可被接受的最大一年平均雷擊次數(shù)Nc與建筑物平均接受閃電次數(shù)之比，得到本工程需按A級(jí)要求設(shè)計(jì)防雷擊電磁脈沖設(shè)施，同時(shí)根據(jù)防雷設(shè)施的等級(jí)，此工程需使用低壓交流電源系統(tǒng)電涌保護(hù)方案，并要實(shí)施低壓交流電源系統(tǒng)A級(jí)防雷電電壓保護(hù)方案。

5.結(jié)語

總之，電器一旦使用不當(dāng)或者遭受雷電的打擊，給人們帶來的傷害極大。因此在建筑電氣設(shè)計(jì)過程中，除了要保證建筑電氣設(shè)備的質(zhì)量，還需在電氣設(shè)計(jì)中注重電涌保護(hù)器的選擇，保證建筑及居民生活與安全不受電力的傷害。同時(shí)建筑電氣防雷防電設(shè)計(jì)本身就是一項(xiàng)較為復(fù)雜也極其重要的事情，所以設(shè)計(jì)人員對(duì)電涌保護(hù)器的選擇、運(yùn)用、安裝都需格外注意，并需加深對(duì)其性能的研究與完善，促使其在電氣設(shè)計(jì)中的進(jìn)一步發(fā)展。