在民用建筑電氣設計中電涌保護器的選用

劉吉慶

[摘要]在科學研究中，雷電災害對于人類的傷害較大，死亡率也極高，再加上如今電氣設備的普遍運用，其吸引雷電的特性極高，而在雷電天氣一旦使用不規范或冒險使用，造成的危害性也較大。基于此，本文對電涌保護器的相關特性作了總結，結合電氣設計實例分析，重點對周邊電壓電流環境、選擇保護方式、選擇斷路器的內容作了介紹，在電氣設計中注重電涌保護器的選擇與相關特性，能較好解決居民用電情況，保護電器的使用安全。

[關鍵詞]電涌保護器；民用建筑；電氣設備；設計

在夏季，雷電天氣較多，這時不僅需要如避雷針等建筑物外部的防雷設備起保護作用，內部的電涌保護器也可起到保護建筑物內電氣設備的作用，加之人們防電意識薄弱，需要外界設備的幫助，因此在民用建筑電氣設計中對于電涌保護器的選用就尤為重要，而判斷電涌保護器的性能是否符合民用建筑也是如今備受關注的內容。

1.電涌保護器的工作原理

電涌保護器常被稱為SPD，即指在雷電天氣或瞬時過壓情況下，對電氣系統進行保護的設備，其常用于工業領域、家庭住宅、含電氣設備的建筑物中，具有多種保護電涌模式，同時其具體設置于建筑中防雷區等電位連接處；其次，電涌保護器的設置需要建筑內的設備進行配合，使得電氣設備在兩者的相互作用下擁有能夠承受住收到的壓力耐電涌能力，其工作原理為利用分級電涌保護器，分級釋放雷電感應帶來的能量，以逐漸降低電氣設備承受的電涌電壓，保護用戶電器設備。另外電涌保護器分為電壓開關型電涌保護器、電壓限制型電涌保護器以及復合型電涌保護器，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生的工頻續流與瞬時電壓控制在電氣設備可承受的范圍內，同時其安裝方式也多種多樣，比如并聯型、串聯濾波型、組合型等方法。另外，當線路正常，電涌保護器的顯示屏會顯示綠色，而一旦民用建筑的電氣設備線路遭受雷擊或者當瞬時電壓過大無法承受時，電涌保護器中的壓敏電阻會立即以納秒速度轉化為低阻值狀態，使得電壓得以被限制在正常較低范圍內，同時電涌保護器的顯示窗會再次被顯示綠色，以顯示電流恢復正常狀態，電器設備可進行使用。

2.電涌保護器的分類

電涌保護器可分為開關型電涌保護器、限壓型電涌保護器、聯合型電涌保護器，同時其分類主要按照最大持續運行電壓、沖擊電流、標稱放電電流、保護電壓水平等性能指標所規定。因此關于電涌保護器可分為以下三種類別。

2.1一級分類電涌保護器

一級電涌保護器主要用于民用建筑中密封式的電涌保護器，且常被運用于三相四線、三相五線等系統中，而橋接件包括在整體供貨范圍之間，即為三級保護體系中。其次，一級電涌保護器需離二級電涌保護器導線10m及10m以上的距離，外形尺寸與所有其它標準模塊保護器系列相同，同時由于此種設計在各種場合中均可方便橋接，因此運用起來較為方便。

2.2二級分類電涌保護器

按照國標標準規定，導線中的電壓電流進入系統前，要遵守設備耐沖擊電壓大于電涌保護器保護水平，以及電涌保護器保護水平大于電網最高波動電壓的原則，并且只有通過測試合格的產品，才能作為二級分類電涌保護器被進行使用。其中，電涌保護器中UC不一定要大于UT，因為UC過低會影響到電涌保護器的運行以及使用壽命，而UC太高會使得電涌保護器的保護電平過高，導致安全事故的發生。其次，二級電涌保護器通常用于無接閃器的建筑物以及二次配電柜等區域，其特點為故障自分斷功能、可故障顯示、遠程報警等情況。

2.3三級電涌保護器

三級電涌保護器被用于設備前端處等地方電位連接，同時三級電涌保護器能力較一、二級更強，其能保護到一、二級電涌保護器所保護不到的電氣設備，即當一、二級電涌保護器所得的電壓保護水平加上感應電壓以及反射波效應，無法保護離其較遠的設備時，即可使用三級電涌保護器進行電壓電流遠程與綜合保護，其通常安裝于配電柜、控制柜等電氣設備中。

3.民用建筑電氣設計中電涌保護器的選擇分析

3.1綜合考慮建筑周邊電壓電流環境

選擇民用建筑電氣設計的電涌保護器需要考慮被保護負載特性、現場環境特性、接地系統類型選擇、用于保護電涌保護器的斷路器選擇等因素，其中為了保護電氣設備免受大氣過電壓的危害，必須考慮的參數有被保護設備的沖擊耐受電壓以及接地系統類型和電網的最高運行電壓，而關于現場環境特點的考察，應按有無避雷針或避雷設備的系統區分。如果建筑物安裝了避雷針或其它避雷設備，譬如避雷針裝在距離建筑物50m范圍內或建筑外部，此時應選擇安裝最大放電流為65kA單位的電涌保護設備，而若建筑物外部或外處一定范圍內無避雷針或避雷設施系統，此時的電涌保護器可另做選擇。

3.2合理選擇保護方式

依據接地系統類型的選擇，關于電涌保護器相線與中性線問電壓，以及電涌保護器的最大持續運行電壓都需測量其范圍，并依靠此數據制作表格，選擇相線對地和中性線對地的共模保護或是相線與中性線問的保護，同時對TT系統（保護接地系統）和TN-S系統（接零保護系統）必須進行差模保護。

3.3科學選擇斷路器

電涌保護器的斷路器選擇需要考慮電涌保護器最大放電電流、斷路器、額定電流、脫扣曲線等因素，并且斷路器的分斷能力需要大于所在之處通過的最大短路電流，且電涌保護器每極都要進行裝置保護設計，但須注意的一點是，電涌保護器的后備保護要基于電氣安全進行設計，即使開始選擇適當的電涌保護器保護力度不夠，采取后續的保護措施仍可增加電涌保護器的使用壽命，并且更能安全可靠的保護民用建筑的電氣設施。

4.實例分析

某民用建筑物通過數據測量計算，其中可取地形校正系數為1；曠野孤立的建筑為2；磚木結構建筑物取1。河邊、山坡下以及湖邊山地中土地的地質電阻率較底，下方水露頭處與山谷風口，以及特別潮濕的建筑物系數為1.5，建筑物高度大于100m。根據電氣系統設備損壞的可被接受的最大一年平均雷擊次數Nc與建筑物平均接受閃電次數之比，得到本工程需按A級要求設計防雷擊電磁脈沖設施，同時根據防雷設施的等級，此工程需使用低壓交流電源系統電涌保護方案，并要實施低壓交流電源系統A級防雷電電壓保護方案。

5.結語

總之，電器一旦使用不當或者遭受雷電的打擊，給人們帶來的傷害極大。因此在建筑電氣設計過程中，除了要保證建筑電氣設備的質量，還需在電氣設計中注重電涌保護器的選擇，保證建筑及居民生活與安全不受電力的傷害。同時建筑電氣防雷防電設計本身就是一項較為復雜也極其重要的事情，所以設計人員對電涌保護器的選擇、運用、安裝都需格外注意，并需加深對其性能的研究與完善，促使其在電氣設計中的進一步發展。