智能樓宇建筑防雷SPD設計

余 斌

(雅克設計有限公司南昌分公司,江西 南昌 330000)

1 傳統建筑防雷系統存在的問題分析

(1)避雷針本身設計功能受限。避雷針的基本原理是當雷云放電逐漸和地面接近時,會導致地面的電場生發生畸變,進而在避雷針頂端形成局部電場強度密集空間,過于集中的電流會對雷電先導電方向產生一定的影響,隨即影響雷電放針指向,進一步影響系統其他設計節點運行情況。通過設置一定的接地裝置,進而將雷電流引入地面,更好地保障地面上物體和人類的安危。避雷針可在一定程度上說是引雷針,如果考慮周邊環境或者雷擊情況比較嚴重,技術不過關,就會導致起到反作用,影響防雷效果。

(2)保護范圍的影響。不同部位對避雷針的保護范圍也會產生不同的影響,計算方式差異非常大,常用計算方法包括曲線法、有線法和改進折線法等,方法計算方式雖然不同,但是有一個通性,即保護范圍和針數量成正比,也就是說,如果建筑物樓層高度非常高,那么即使安裝上避雷針在頂層,下面的樓層也會可能受到側擊雷的影響。

(3)避雷針二次雷擊侵襲現象。在建筑物身上安裝避雷針,會通過避雷針將電流引入大地,由于大地本身存在電阻,雷電電荷不能快速中和大地負電荷,這樣會造成局部電位升高,引發感應過電壓、接觸電壓等二次效應。這樣會對人類以及設備本身產生很大的不良影響。

2 SPD浪涌保護器基本原理及應用原則分析

SPD浪涌保護器,是目前國內上最早列為電壓保護器的裝置,國家標準GB50057建筑物防雷設計規范體系中統稱為浪涌保護器。作為一種電壓保護器,不僅可起到抑制電壓的作用,還能實現對浪涌電流分流處理。浪涌保護器通常是由放電間隙、壓敏電阻、抑制二極管、扼流線圈、1/4波長短路器等元器件構成,是一種電子裝置,在防雷系統設計中發揮著重要的作用。還可細分為電壓開關型浪涌保護器、限壓型浪涌保護器以及組合型浪涌保護器。不同類型的浪涌保護器功能和適用范圍各不相同。

在應用SPD時,在選型設計方面需堅持一定的原則,才能確保設計的科學性和合理性。一方面要從整體的角度進行設計,確保各個子系統防雷保護裝置正常運轉,同時還需考慮各個子系統和供配電等其它系統之間的關系,從而進行科學配置,設計更加合理經濟,運行銜接更加順暢。另一方面對結合國家建筑防雷設計等規范要求和標準,對雷電保護區域進行科學劃分,并考慮安防工程機電系統分散分布情況,構建分級保護體系,還要選用匹配的防雷保護接閃裝置、電涌保護器SPD,制定周密的技術方案并反復論證,對SPD電氣性能參數、產品性能等進行層層審核管理,確保符合現場實際應用需求。下圖為SPD電源防雷器基礎模型設計圖示：

3 智能樓宇建筑防雷SPD的設計研究

對于智能建筑物而言,通常受到雷電點擊主要有直擊雷、雷電感應、雷電波侵襲等三種形式。結合SPD選型設計原則,在智能建筑防雷SPD設計中,需對電源、類型、關鍵性能參數、告警方式、信號SPD等方面綜合考慮,才能提高設計科學化水平,具體在設計中需從以下方面分析：

(1)充分考慮電網運行電壓最高限值。為進一步提高智能建筑防雷SPD設計性能,確保智能樓宇建筑物內的電氣設備免受雷擊過壓等不良影響和破壞,要對防雷SPD電壓保護水平Up進行科學控制,要確保其值比電氣設備能承受電壓更低,同時還要確保其比電網最高電壓更高。這樣才能確保電氣設備安全運行。

圖1

(2)由于電涌保護器SPD電壓保護水平設計需一定的標準,需控制在電氣設備能承受電壓范圍內,所以在選擇時,如果進線端的電涌保護器SPD電壓保護水平大于電氣設備可承受電壓,就需增加配置新的浪涌保護器。對于SPD與智能建筑電氣設備兩端的引線,應當控制在嚴格的范圍之內,盡量取短。為確保電氣設備正常運行,減少雷擊傷害,能同時擔負高電流、小殘壓的雙重影響,需對電氣設備進行一級、二級雙重保護,這樣既可及時滅弧,又可起到降低殘余電壓的作用。在實際設計中,如果進線端SPD和智能樓宇電氣設備之間的距離超過既定標準,就需再次配置新的浪涌保護裝置,如果不注意防護和配置,就無法起到有效的防護作用,通常距離大于30米,就需設置一個。

針對電源系統的防護,僅滿足于上述條件還不夠,還需在電源端的進線位置配置一級SPD保護裝置,在關鍵設備的電源進線位置還需配置2-3級的SPD保護裝置,在末端配電位置,還需配置4級SPD保護裝置,依次配置相匹配的電壓選型分別為三相電壓開關型SPD、限壓型SPD、限壓型SPD。還要依據建筑物防雷等級最后科學計算和確定SPD級數。

(3)對SPD安裝具體點位、導線連接方面的注意事項。由于智能建筑防雷SPD設計本身比較復雜,技術性較強,涉及很多的元部件,所以需針對不同的點位確定具體的安裝位置以及連接導線。通常SPD裝置安裝在設備電源線前端位置,接線位置要和配電箱的端子進行分別配置后連接,同時其接地位置還要和配電箱的接地線接地端子板按順序進行逐項連接起來。接電端子板同時連接所在位置防雷區域等電位體端子板。這幾個點位都需進行精心設計,選取具體的連接部位,并按程序進行操作。如果SPD裝置配有接線端子,要做好壓接,用線鼻子和接線柱相連。如果SPD裝置在電路上進行配置,還要考慮增加保險絲或者空氣開關等置于其前端進行保護,避免受損。

除上述情況,選擇SPD裝置進行智能建筑防雷設計與安裝時,要充分考慮現實需求和環境變化,確保設備容量滿足設計要求標準,加強維護保養,定期開展檢測檢修,不斷提高安裝及設計操作人員素質和技能,全面研究國家有關規范要求和標準,并結合實際,動態調整設計安裝方案。上述操作完成后進行試驗分析,加強各個環節安全防控,一旦發現問題及時處理糾偏,提高智能建筑防雷整體性能。