電涌保護(hù)器在建筑電氣設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

【摘要】在建筑的日常運(yùn)行當(dāng)中，安全性和可靠性是人們所關(guān)注的重點(diǎn)問題，就目前的情況來看，雷電災(zāi)害對(duì)建筑的安全使用造成了較大的威脅，鑒于以上情況，就需要合理對(duì)電涌保護(hù)器進(jìn)行選擇，以此來對(duì)雷電電壓進(jìn)行限制，提高建筑的整體安全性。本文結(jié)合建筑物中雷電的侵入方式和電涌保護(hù)器的工作原理，對(duì)電涌保護(hù)器在建筑電氣設(shè)計(jì)中應(yīng)用進(jìn)行研究。

【關(guān)鍵詞】電涌保護(hù)器；建筑電氣設(shè)計(jì)；應(yīng)用

雷電是一種自然放電現(xiàn)象，在雷電天氣出現(xiàn)的時(shí)候，會(huì)由于強(qiáng)大的電流和猛烈的沖擊波等物理效應(yīng)，而對(duì)建筑物產(chǎn)生巨大的破壞作用，其中，雷電電流和電壓能夠?qū)ㄖ?nèi)部的電氣設(shè)備形成較大的影響，使建筑物內(nèi)部的供電系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和信息系統(tǒng)造成破壞，給人們帶來巨大的損失。

1、雷電的主要侵入方式

一般情況下，雷電侵入建筑物內(nèi)部的主要方式包括以下幾個(gè)方面：首先是直擊雷。直擊雷能夠通過裸露在建筑外部的金屬導(dǎo)管或者線路直接進(jìn)去建筑內(nèi)部，從而對(duì)連接的電氣設(shè)備造成破壞。另外是雷電感應(yīng)，雷電感應(yīng)主要包括電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)，雷電感應(yīng)所產(chǎn)生的電壓脈沖，能夠以波的形式進(jìn)入到建筑內(nèi)部的電氣設(shè)備中，并且對(duì)進(jìn)行破壞。最后是直擊雷通過建筑外部的金屬附件進(jìn)入大地，產(chǎn)生幾百伏的高電位，這種高電位會(huì)通過接地線或者零線進(jìn)入到建筑內(nèi)部，對(duì)所連接的電氣設(shè)備造成破壞。一般情況下，對(duì)于直擊雷來說，可以采用避雷針或者避雷網(wǎng)等接閃裝置，將雷電直接引走，從而對(duì)建筑物進(jìn)行保護(hù)，但是不能對(duì)感應(yīng)雷所產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓和電涌電流進(jìn)行控制，同時(shí)，感應(yīng)雷所產(chǎn)生的危害要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于直擊雷，在這樣的情況下，就需要電涌保護(hù)器來解決感應(yīng)雷所帶來的危害。

2、電涌保護(hù)器

電涌保護(hù)器又被稱為浪涌保護(hù)器（SPD），電涌保護(hù)器的主要作用是限制瞬態(tài)過電壓和分流電涌電流，在出現(xiàn)雷電天氣的時(shí)候，雷電會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)的過電壓，使建筑內(nèi)部的電氣系統(tǒng)或者電氣元件所承受的電壓瞬間升高，使其遭到破壞，而電涌保護(hù)器能夠根據(jù)電氣設(shè)備的實(shí)際電壓承受范圍，將瞬間過時(shí)電壓進(jìn)行限制，或者是將過于強(qiáng)大的電流直接引入地下，以此來對(duì)電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。其主要工作原理體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一般情況下，電涌保護(hù)器是由暴露在空氣中的兩根間隔一定距離的金屬棒所構(gòu)成的，其中的一根金屬棒與相應(yīng)電氣設(shè)備的電源線或者零線相互連接，另外一根金屬棒則直接與接地線相互連接，在出現(xiàn)雷電天氣的時(shí)候，瞬間電壓能夠?qū)筛饘侔糁g的間隙擊穿，金屬棒能夠?qū)⑵渲械囊徊糠蛛姾芍苯右氲叵?，使電氣設(shè)備的電壓保持在可承受的范圍內(nèi)。其中需要注意的是，需要根據(jù)電氣設(shè)備的實(shí)際工作狀態(tài)，來對(duì)兩根金屬棒之間的距離進(jìn)行調(diào)整，將瞬時(shí)電壓控制在合理的范圍內(nèi)。設(shè)置浪涌保護(hù)器的三個(gè)基本原則：安裝SPD后，無電涌發(fā)生時(shí)，SPD不應(yīng)對(duì)電氣（電子）系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響；有電涌發(fā)生時(shí)，SPD能承受預(yù)期通過的雷電流而不損壞，并能鉗制電涌電壓、分流電涌電流；在電涌電流通過后，SPD應(yīng)能迅速恢復(fù)高阻狀態(tài)，切斷工頻續(xù)流。

3、電涌保護(hù)器在建筑電氣設(shè)計(jì)中的選擇

3.1首先是選型設(shè)計(jì)

對(duì)于電涌保護(hù)器的選擇，需要從其技術(shù)參數(shù)和建筑的實(shí)際情況來選擇。一般情況下，對(duì)于民用建筑來說，采用的主要為220V/380V三相系統(tǒng)，在供電電壓超過額定電壓10%的情況下，需要選用比額定電壓高一些的電涌保護(hù)器，其中需要注意的是，如果額定電壓的選擇過高，會(huì)在一定程度上影響電涌保護(hù)器的使用壽命。比如說，在TT低壓配電系統(tǒng)當(dāng)中，其最高故障電壓往往是標(biāo)準(zhǔn)變壓的1.55倍，所以在對(duì)電涌保護(hù)器進(jìn)行選擇的過程中，需要按照最大電壓來對(duì)電涌保護(hù)器進(jìn)行選擇，在電流不穩(wěn)定的環(huán)境下，對(duì)于電涌保護(hù)器的選擇更加需要謹(jǐn)慎。另外，需要滿足參數(shù)的選擇合理性，這主要指的是需要根據(jù)建筑內(nèi)部中各個(gè)電氣設(shè)備的主要運(yùn)行參數(shù)，來對(duì)電涌保護(hù)器進(jìn)行選擇。

3.2電源電涌保護(hù)器的選擇

為了使雷電瞬時(shí)電壓在到達(dá)終端設(shè)備之間，減小到能夠承受的水平，可以根據(jù)電氣設(shè)備的實(shí)際需求和建筑內(nèi)部的實(shí)際特點(diǎn)，劃分雷擊保護(hù)區(qū)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先是建筑外部能夠受到直擊雷的破壞，對(duì)雷電感應(yīng)雷沒有任何屏蔽防護(hù)的區(qū)域（直擊雷非防護(hù)區(qū)），簡(jiǎn)稱LPZOA區(qū)。另外是在建筑物外部按照避雷針等防閃裝置，能夠?qū)χ睋衾走M(jìn)行防護(hù)，但是對(duì)雷電磁脈沖沒有任何屏蔽防護(hù)的區(qū)域（直擊雷防護(hù)區(qū)），簡(jiǎn)稱LPZOB區(qū)；在建筑內(nèi)部有部分雷電直擊雷進(jìn)入可能性的區(qū)域（第一屏蔽防護(hù)區(qū)），簡(jiǎn)稱LPZ1區(qū)；在建筑物內(nèi)部有較低的過電壓進(jìn)入可能性的區(qū)域，簡(jiǎn)稱LPZ2區(qū)；最后是建筑物內(nèi)部或者電氣設(shè)備外殼沒有雷電感應(yīng)雷的干擾，同時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生浪涌過電壓的區(qū)域，簡(jiǎn)稱LPZ3區(qū)。在對(duì)電源電涌保護(hù)器進(jìn)行選擇的時(shí)候，需要根據(jù)實(shí)際防雷區(qū)的劃分來進(jìn)行，對(duì)于防雷性能比較差的區(qū)域，比如LPZ1和LPZOB區(qū)的交界處，需要安裝性能最佳的電涌保護(hù)器；對(duì)于防雷性能一般的建筑物，需要選擇電壓保護(hù)水平值小于或等于2.5KV的電涌保護(hù)器，沖擊電流值在不確定的情況下應(yīng)該大于或等于12.5KA。

3.3電子系統(tǒng)信號(hào)電涌保護(hù)器的選擇

在電子系統(tǒng)當(dāng)中，弱電信號(hào)電平電壓較低，電子系統(tǒng)受到雷電感應(yīng)雷破壞的可能性逐漸增大，在這樣的情況下，需要從工作電壓、工作頻率、接地情況和連接情況等角度，來對(duì)電子系統(tǒng)信號(hào)電涌保護(hù)器進(jìn)行選擇。一般情況下，電子系統(tǒng)的室外線路采用光纜時(shí)，其短路電流應(yīng)該保持在50A—100A之間，依據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010第4.3.8條第8款宜取75A，電子系統(tǒng)的室外線路采用金屬線時(shí)，當(dāng)其短路電流無法確定時(shí)，需要將其短路電流的選擇保持在1.0KA—2.0KA之間，依據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010第4.3.8條第7款宜取1.5KA。

3.4通流容量的選擇

在對(duì)電涌保護(hù)器進(jìn)行選擇的過程中，通流容量是其中衡量防浪涌能力的重要指標(biāo)，其中的最大通流容量指的是電涌保護(hù)器能夠吸收的最大能量，可以這樣形容，電涌保護(hù)器可以被看作水管，電壓可以被看成水壓，而最大通流容量就可以被看成水管能夠承受的最大水壓。在對(duì)電涌保護(hù)器進(jìn)行選擇的時(shí)候，需要注意其最大通流容量，并且根據(jù)雷擊保護(hù)區(qū)的劃分特點(diǎn)，來安裝相應(yīng)類別的電涌保護(hù)器，一般來說，在LPZ1區(qū)和LPZ0區(qū)應(yīng)該選擇Ⅰ級(jí)分類試驗(yàn)產(chǎn)品。安裝在供電配電系統(tǒng)電源旁的電涌保護(hù)器，為了提高防雷能力的可靠程度，需要保證電涌保護(hù)器的最大通流容量高于負(fù)荷側(cè)的電涌保護(hù)器最大通流容量。

3.5報(bào)警功能的選擇

報(bào)警裝置的主要作用是對(duì)電涌保護(hù)器的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)電涌保護(hù)器出現(xiàn)故障的情況下，用戶能夠及時(shí)的接到通知，并且對(duì)防雷裝置進(jìn)行更換，由于建筑環(huán)境的不同，需要選擇合適的報(bào)警裝置，一般包括以下幾種情況，在有人值守的情況下，可以選擇聲光報(bào)警裝置，在無人值守的環(huán)境中，可以采用遙信報(bào)警裝置；最后一種是遙信帶電壓檢測(cè)報(bào)警裝置，這種報(bào)警裝置不僅可以在無人值守的環(huán)境下對(duì)防雷器的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)還能對(duì)電源的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.6其它應(yīng)注意的問題

當(dāng)上級(jí)浪涌保護(hù)器為開關(guān)型，次級(jí)浪涌保護(hù)器為限壓型時(shí)，兩者之間的線路長度應(yīng)大于10米，當(dāng)上級(jí)與次級(jí)浪涌保護(hù)器均采用限壓型SPD時(shí)，兩者之間的線路長度應(yīng)大于5米；220/380V三相系統(tǒng)中SPD的設(shè)置應(yīng)與接地型式一致；SPD安裝線路上應(yīng)有過電流保護(hù)器件。結(jié)語：

為了防止雷電環(huán)境對(duì)建筑內(nèi)部的電氣設(shè)備造成相應(yīng)的破壞，在建筑電氣設(shè)計(jì)的過程中，首先需要在建筑外部設(shè)置相應(yīng)避雷針、避雷帶等接閃裝置，防止直擊雷對(duì)建筑產(chǎn)生破壞，然后需要根據(jù)建筑的實(shí)際特點(diǎn)和電氣設(shè)備的運(yùn)行電壓等參數(shù)，來選擇合適的電涌保護(hù)器，同時(shí)也需要根據(jù)雷擊保護(hù)區(qū)的劃分情況，在相應(yīng)的場(chǎng)所安裝合適的電涌保護(hù)器，以此有效的對(duì)建筑內(nèi)部的電氣裝置進(jìn)行保護(hù)，防止其遭到雷電的破壞。