淺談民用建筑電氣設計中電涌保護器的選用要點

姜 洋

建筑物的保護在現代工程設計中非常重要，尤其是在雷電活動頻繁的地區。基于建筑物的防雷裝置必須安裝到位。長期以來，避雷器是建筑物防雷的重要設備，發揮了一定的作用。如今，隨著時代的發展和技術的進步，安裝在建筑物內部的電涌保護器備受關注。由于公眾的防雷意識薄弱，電涌保護器的選擇成為一個重要問題。哪種電涌保護器才能滿足民用建筑的需求，從而為其提供切實有效的保護？這種研究一直在推進。

1 建筑物內部防雷系統概述

雷電電涌侵入的形式較多，例如，金屬管遭雷擊后由導管和導線引導，使雷電順其進入建筑物內；分布在建筑內的金屬構件在接觸到雷電后產生感應，從而出現脈沖，依托于電磁波的形式實現傳遞；雷電對地面造成沖擊作用，沿著地網傳遞至大地，從而出現高電位，此后經由接地線等相關路徑進入建筑體。外部防雷系統可用于直擊雷的防護，對于雷電電涌侵入的防護要通過內部防雷系統實現。內部防雷系統由等電位連接、共用接地裝置、屏蔽、合理布線、電涌保護器等組成。合理設置電涌保護器，對于降低雷電流在需防護空間內所產生的電磁效應是非常有效的。

2 電涌保護器的相關概述

2.1 電涌保護器的基本步驟

電涌保護器和系統可以通過將閃電引起的即時電壓限制在電子設備或系統可以承受的電壓范圍內，并將強烈的沖擊電壓引導到地面上，從而保護您免受沖擊電壓的影響。主要利用距離保護原理。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的設備和系統的相鄰中性線上。如果設置了瞬態電壓，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定的固定裝置。電涌保護器也是一個開關和電壓限制，具體取決于組件。電壓開關包括自由電壓間隙、氣體腔和晶體管，在沒有電流的情況下，以及當高電壓成為阻抗開關的低值時，這些開關可以保持阻抗，避免電擊電路造成生命危險。電涌保護器按用途分類，可以分為保護系統、信號系統類和保護天線系統類。

2.2 電涌保護器的分類

關于電涌保護器類型，主要有開關類型、限壓類型和組合類型。分類依據主要基于具體指標，如最大持續工作電壓、沖擊電流和電壓保護水平。以下是對這些類別的詳細分析。

2.2.1 一級電涌保護器

這種電涌保護裝置在民用建筑的密封電涌保護裝置中較為常見，同時也經常用于三到四線以及三到五線的系統運行中。需要指出的是，只有橋梁產品在總的供應區域內，才會真正建立起三級保護系統。第一和第二類型過壓限制器之間的距離應不小于10m。對于外形尺寸，一般與標準保護器沒有區別，加上它的橋路風格更方便，因此具體應用時效果更好。

2.2.2 二級電涌保護器

在電線中的電壓和電流按照國標標準進入系統之前，需遵守設備抗沖擊電壓大于過電壓保護水平以及過電壓保護水平大于電網振蕩最高電壓的原則，并且只有經過試驗合格的產品才能作為二級分類過電壓保護裝置。其中電涌保護器中的UC不一定大于UT，因為UC過低會影響電涌保護器的工作以及使用壽命，而UC過高會使電涌保護器的保護水平過高，導致安全事故的發生。其次，二級電涌保護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域，這些區域具有故障自診斷功能、故障指示能力、遠程報警等作用。

2.2.3 第三級電涌保護器

對于三級電涌保護器，它通常用于設備正面，因為兩個級別中的一個級別的保護更為突出，因此通常用于第2類響應不足的情況。保護更全面，電壓電流的遠程控制就是這樣進行的。

3 民用建筑電氣設計中電涌保護器的選用要點

3.1 全面考慮建筑物周圍的電壓和電流環境

為民用建筑的電氣設計選擇電涌保護器時，應考慮以下因素：受保護的負荷特性、場地環境特性、接地系統類型的選擇、用于保護電涌保護器的斷路器的選擇，包括需要考慮的參數。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，則應選擇安裝防雷裝置。

3.2 科學選擇斷路器

選擇電涌保護器上的斷路器時，必須考慮最大放電電流、斷路器、額定電流、拉伸曲線等因素。斷路器切斷能力應大于短路電流—最大電流通過其所在位置，斷路器兩端應設計為保護裝置。應當指出的是，斷路器的應急保護必須以電氣安全為基礎，即使斷路器的適當保護水平不足，隨后的保護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。

3.3 流量選擇

電涌保護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，電涌保護器將失去保護優勢，并會損壞。在工程中，由于不能用數據表示能量，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器抵御閃電電流波動的能力。由于不同的電涌保護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器。一般電流容量是根據系統中電涌保護器的任務來選擇的，簡單地說，是根據不同的功能來選擇的。LPZ1和LPZ0連接處的電涌保護器可以選擇I類分級測試產品，在電力和配電系統中，靠近電源側的電涌保護器的流量必須高于靠近負載側的電涌保護器。

3.4 合適的電涌保護器

根據建筑物的防護等級選擇適當的電涌保護器，以滿足排雷行動的不同需要。安裝電涌保護器或560類低壓保護裝置作為主保護裝置，以導出直接電流，或在直接保護區（LPZ0A）與主保護區（LPZ1）碰撞的位置，釋放當電源電路直接被擊中時傳輸的巨大能量。在第一保護區（包括LPZ1部分）之后的區域交點處安裝有限電涌保護器，作為第二、第三或更高的保護裝置。二級保護裝置是一種保護裝置，用于前保護的殘余電壓和內部傳感器，在前面較大電流沖擊時，仍會將相當一部分能量傳輸給設備或三級保護，需要二級保護的進一步吸收。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，需要第二個保護機制來進一步發泄閃電的能量。第三類保護通過二級保護保護剩余能量。根據保護裝置的壓力等級，如果殘余電壓低于設備的電壓等級，則只需要兩個保護等級。如果設備的抗震能力較低，則可能需要更多的防護等級4。

3.5 適當的報警功能

為了保證電涌保護器的安全運行，需要實時監控和設置運行狀態，并對科學設置進行報警。對于損壞的安的列斯模塊，應使用防盜開關。選擇報警系統時，您可以選擇電信報警或聲報警。在這種情況下，聲報警可以應用于層狀狀態，方法是使用聲報警來確保層狀工人及時到達現場，監控設備的運行狀態，并更換故障部件。電信警報可應用于意外狀態，在這種狀態下，電源會關閉并檢測到故障。

3.6 通信線路防雷設施選型

通信防雷大致分為三類：主保護、綜合保護、精細保護。①基本保護水平：位于LPZ0～LPZ2區間（b級）作為雷電泄放電流，為1級保護，安裝在鋼絲繩進入房屋的位置。②綜合防護等級：位于LPZ0～LPZ3區間（c級），作為厚度和厚度的綜合防護，可直接安裝在設備前端（如設備在靠近線纜進入房屋的位置）。③精細保護等級：位于LPZ1～LPZ3區間（f級），主要用于限制浪涌保護器，b級間距≥5m，一般安裝在設備側。通信線路保護裝置串聯安裝在線路上，因此在選擇防雷裝置時，應保證防雷裝置能與保護配合，還應考慮防雷裝置與通信線路的匹配問題。因此，防雷設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數據通信線路的工作電壓來確定。它是選擇通信線路防雷設施時的一個重要參數，但在實際應用中，沒有選擇不同通信線路的通用標準。防雷裝置的最大工作電壓應大于通信線路工作電壓的1.2倍。由于設備供應商不同，通信線路的工作電壓可能與表中的數據不同。②速度選擇。不同通信系統的傳輸速率不同，在將通信線路的防雷設施安裝在信號線上時，它們必須至少保持通信系統本身的傳輸速率，否則會導致通信中斷或誤碼率增加，影響通信系統的正常運行。③接口類型的選擇。通信線路保護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，應選擇與通信線路相同類型的接口。RJ、SD型接口應注意線對的配合，同軸接口應注意公母的配合。設計時應考慮上述三個方面，結合具體生產廠家的樣品，確定通信線路防雷裝置的具體型號。

3.7 選型設計原則

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

4 電涌保護器的應用效果

電涌保護器具有覆蓋范圍廣、保護能力強的特點，在電子信息系統中可以實現對低壓供配電系統的電源保護，也可以對信號傳輸線路進行保護。日常運行中，電涌保護器能夠抑制雷電電磁脈沖干擾。所提的兩類保護對象均屬于電子信息系統內部的設備，且均采用的是微電子結構，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。而電子設備在現代建筑中取得了廣泛的應用，例如，多媒體教學樓、商務寫字樓、大型商超、車站等建筑物，亦或是加油站、糧油棉物資倉庫、化工廠等工業建筑，若缺乏有效的防護措施，極容易在雷擊電磁脈沖的沖擊作用下而出現故障。因此，必須做好防護工作。對于電涌保護器防護的方法，在應用時充分考慮電子設備自身的運行特性、現場環境等基礎信息，配套相適應的電涌保護器，并根據防護需求設置單級或多級的電涌保護器，構筑完善的電磁脈沖防御體系，發揮出鉗壓、分流等作用盡可能抵御電磁脈沖，使建筑內部的電子設備穩定運行。

5 民用智能建筑電氣設計節能設計的三大原則

5.1 適應性節能設計原則

一般來說，電氣系統節能設計原則是指建筑節能電氣設計工作中，應當以整個建筑內部的實際供電功能為設計基礎，以保障建筑其他工程設計任務的順利進行。利用既有建筑電氣系統設計的技術基礎上，再加強建筑節能電氣的設計。既要確保建筑物整體用電設備的正常運轉，也要保證電氣系統的供電功能運行使用正常。因此在進行民用智能建筑節能電氣設計中，要從實際情況出發，結合具體功能需求，保證整個工程安全不受任何負面影響，再進行節能電氣設計。

5.2 先進性節能設計原則

在建筑節能工程設計中，要充分發揮科學信息技術的綜合優勢，不斷學習新的先進技術，提高企業節能建筑設計的科學可行性和技術先進性。同時，在實際經濟運行中，仍然還需及時制定一套科學合理的政策措施，以提高節能建筑設計的實際效果。

6 建筑電氣智能化技術應用中的問題

雖然說現在很多工程項目都已經開始將建筑智能化應用到具體的方面，也有相應完整的制度，但是智能建筑在建筑行業里的占比率依然很低，如果想要大規模的應用建筑智能化技術，還是一項具有挑戰性的工作。雖然有些建筑也簡單的應用了電氣智能化技術，但是沒有充分發揮出它的使用價值，加上智能建筑的維護周期比較短，大概在2-3年之內就需要進行全面的衛華，在這方面很多工作人員的技術能力還達不到要求，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的資金不夠，加上智能化建筑的要比傳統的費用高，還有就是相應的技術還不夠成熟，相應的建筑成本也會大幅度增加，這就是現在建筑智能化應用程度不高的原因。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境和認知的不同，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 建筑電氣節能設計主要內容

供配電系統是建筑電氣節能設計的“基石”，從系統邏輯上分析，一個單體建筑內外電氣系統是否運行穩定、高效低耗，主要取決于配供電系統供電質量，而影響質量的因素主要包括諧波含量、功率因數、三相平衡三方面。第一，諧波含量控制。由于發電系統、輸電系統、供電系統及用電設備的綜合作用，輸送到建筑電氣系統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，嚴重影響電氣系統的安全性，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燙、變壓器過熱，相當一部分電力能源被浪費掉，更嚴重的是會影響建筑電氣系統功能體驗。如，經常跳閘、燒毀電子元件；基于此，建筑電氣節能設計時必須重視諧波治理，目前主要采用的方法有兩種，其一是面向電網展開治理，通過運用非線性負載設備來減少諧波電流，但這已經不屬于本文探討的范圍；其二，針對電氣系統中的運行設備展開，即在進行電氣節能設計時，要綜合多方面因素、通過科學計算，將運行設備的供電控制在諧波含量安全的水平。第二，提高功率因數。物理學意義上的“功率因數”是指有功功率與視在功率的比，這一指標對于電氣節能設計具有重要現實意義。因為建筑電氣設備多為感性負載，自身功率因數維持在較低水平，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、變壓器等裝機容量的持續上升，同時，功率因數值低還會造成一定的線路損耗。解決這一問題的方法，目前較有效且較經濟的就是安裝無功補償裝置。不僅可以有效減少電能損耗，同時電氣系統配備小容量電動機、變壓器即可，整個電氣線路也可以使用截面較小的導線。第三，保障三相平衡。電氣系統中三相不平衡的危害主要有線路損耗、電機附加發熱及振動、縮減電機壽命等，為保障三相平衡，需要注意以下事項。①建筑中用電設備在設計接入220V/380V三相系統時嚴格執行三相平衡，杜絕三相負荷不平衡的現象，從根源上實現有效治理。②電氣系統進行功能劃分，其中照明系統接入低壓電網供電（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應采用220V/380V三相四線制供電。③在電氣系統中安裝平衡裝置。

8 結語

由以上論述可以看出，建筑物中配置相應的防雷設備是重要的一項舉措，其不僅關乎建筑物穩定安全地運行，而且也事關社會穩定，一旦處理不當或布局失策，必將會對區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，在具體實施電氣設備的設計時，既要保證其質量效果，同時，對于其中涉及的電涌保護器的選擇也應高度重視，以將雷電可能對建筑物造成的傷害降到安全的區間內。正是由于建筑電氣防雷防電的設計極為復雜且又是極為重要的部分，因此，務必要認真精細地對待電涌保護器的選擇和具體配置。另外，還應加強對其研究和實踐，以使其性能和配置效果更為科學穩定，從而更好地服務于建筑物的安全保障。