錢(qián)森

（國(guó)家林業(yè)局林產(chǎn)工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院，北京 100010）

民用建筑內(nèi)部電子信息設(shè)備的發(fā)展，讓電子信息設(shè)備更廣泛的得到應(yīng)用。其中很多電子信息設(shè)備自身都存在電壓低、耐壓水平低的情況，要消除電脈沖對(duì)這些設(shè)備的影響，就需要加強(qiáng)雷電電磁脈沖的防護(hù)處理。電涌保護(hù)器就是能夠?yàn)殡娮有畔⒃O(shè)備進(jìn)行防雷保護(hù)的重要部件，簡(jiǎn)寫(xiě)為SPD。隨著越來(lái)越多電子技術(shù)和電子設(shè)備廣泛應(yīng)用，對(duì)于集成電路敏感性的保護(hù)也越來(lái)越得到重視。

1 建筑內(nèi)部雷電防范區(qū)域分析

現(xiàn)從建筑內(nèi)部如何引入雷電入手，劃分出防范區(qū)域，分析如何進(jìn)行建筑內(nèi)部雷電防范。雷電引入的方法主要包括以下幾種：金屬管直接遭受到雷擊，雷電順著導(dǎo)管和導(dǎo)線進(jìn)入到建筑體內(nèi)；建筑內(nèi)的金屬對(duì)雷電產(chǎn)生感應(yīng)引起脈沖，借助電磁波形式進(jìn)行傳導(dǎo)；雷電直接沖擊地面，由地網(wǎng)傳入到大地產(chǎn)生高伏電位，再經(jīng)由接地線或者零線等線路傳入建筑體內(nèi)。

直擊雷主要影響的是建筑物外部未受保護(hù)裝置保護(hù)的區(qū)域，電磁脈沖則影響的是建筑外部受到保護(hù)裝置保護(hù)但是無(wú)法屏蔽電磁脈沖的區(qū)域，雷電能量直接導(dǎo)入則主要針對(duì)的是建筑內(nèi)部一些特定的區(qū)域。根據(jù)這樣的區(qū)域劃分，我們要選取不同的防范裝置。比如在會(huì)受到直擊雷的區(qū)域，采用避雷針、避雷網(wǎng)做傳統(tǒng)的避雷處理，在接閃裝置無(wú)法更全面保護(hù)的區(qū)域，我們就應(yīng)該采用電涌保護(hù)器來(lái)進(jìn)行防護(hù)，消除雷擊脈沖和電涌電流給建筑內(nèi)電子設(shè)備帶來(lái)的影響。

2 電涌保護(hù)器的基本工作原理

電涌保護(hù)器能夠?qū)讚魩?lái)的瞬間過(guò)電壓進(jìn)行限制，將竄入的電流涌動(dòng)限制在電子設(shè)備或系統(tǒng)能夠承受的電壓范圍內(nèi)，并且將強(qiáng)大的沖擊電流傳導(dǎo)到地下，從而保護(hù)設(shè)備和系統(tǒng)不受到?jīng)_擊電涌帶來(lái)的危害。工作原理主要是依靠放電間隙來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)。放電間隙就是兩根金屬棒之間拉開(kāi)一定的保護(hù)間隙，一根金屬棒接地，另外一根則和需要進(jìn)行保護(hù)的設(shè)備和系統(tǒng)的相線或者零線相連。當(dāng)出現(xiàn)瞬時(shí)過(guò)電壓的時(shí)候，保護(hù)間隙將會(huì)被擊穿，然后通過(guò)接地一邊的金屬棒將過(guò)電壓引入大地，從而保護(hù)金屬棒另一端的設(shè)備不受到電壓升高帶來(lái)的影響。

電涌保護(hù)器根據(jù)元件的不同還分為開(kāi)關(guān)型和限壓型，電壓開(kāi)關(guān)型包括放電間隙、氣體放電管和閘流晶體管，這種開(kāi)關(guān)型的電涌保護(hù)器在沒(méi)有電流通關(guān)的時(shí)候能夠保持阻抗，一旦出現(xiàn)高電壓就會(huì)變成阻抗低值；限壓型電涌保護(hù)器則包括壓敏電阻和抑制二極管，限壓型的是在遇到高電壓的時(shí)候逐漸減少自己的阻抗。如果電涌保護(hù)器根據(jù)用途來(lái)劃分，可以分為保護(hù)電源系統(tǒng)類(lèi)、保護(hù)信號(hào)系統(tǒng)類(lèi)和保護(hù)天饋線系統(tǒng)類(lèi)。

3 電涌保護(hù)器設(shè)置的必要性

雖然建筑物都有設(shè)置防直擊雷的避雷針、避雷帶，但是大量的雷擊案例都顯示出了建筑物內(nèi)雷電波入侵帶來(lái)的危害。雷擊沿著建筑物的線路入侵到內(nèi)部的各種設(shè)備帶來(lái)危害，而能夠直接防止雷擊電波入侵的最好方法就是設(shè)置電涌保護(hù)器。電涌保護(hù)器能夠最直接的對(duì)建筑內(nèi)的電子設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，降低由雷擊帶來(lái)的高電位電波，為電子設(shè)備撐開(kāi)保護(hù)傘。

4 民用建筑電氣設(shè)計(jì)中電涌保護(hù)器的選用

4.1 選型設(shè)計(jì)分析

選型對(duì)于電涌保護(hù)器來(lái)說(shuō)還是比較重要的，可以從功能、參數(shù)等方面來(lái)進(jìn)行選擇。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的不同以及空間位置的影響，都需要選取不一樣的電涌保護(hù)器，以達(dá)到最好的匹配度。另外在選型上也要注意環(huán)境的特點(diǎn)，根據(jù)不同的情況來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。

影響選型的因素通常包括雷電保護(hù)器的等級(jí)、安全控件的系數(shù)以及其他系統(tǒng)要素，綜合這幾個(gè)方面的因素然后進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，才能選出最適合的電涌保護(hù)器。另外要注意端部引線的感應(yīng)電壓作用，避免電涌保護(hù)器的有效電壓受到負(fù)面影響。還需要把握電涌保護(hù)器端部電線的長(zhǎng)度，要保證截面最小。

4.2 電涌保護(hù)器的選擇

根據(jù)建筑防雷等級(jí)來(lái)進(jìn)行電涌保護(hù)器的選擇，更準(zhǔn)確的滿(mǎn)足不同防雷建筑物的要求。第一類(lèi)防雷建筑物即建筑物裝設(shè)獨(dú)立的外部防雷裝置，室外低壓配電線路先架空后埋地引入，這類(lèi)建筑物最佳的電涌保護(hù)器應(yīng)該是戶(hù)外型I級(jí)試驗(yàn)產(chǎn)品。如果沒(méi)有室外型則也可以選擇室內(nèi)型電涌保護(hù)器I級(jí)試驗(yàn)產(chǎn)品，安裝的時(shí)候應(yīng)該放置在IP 54箱內(nèi)。另外第一類(lèi)防雷建筑物還應(yīng)該在電源引入的總配電箱處設(shè)置I級(jí)試驗(yàn)電涌保護(hù)器。第二類(lèi)以及第三類(lèi)防雷建筑物需要在兩處設(shè)置I級(jí)試驗(yàn)電涌保護(hù)器，分別是低壓電源線路引人的總配電箱和總配電柜處。

其中要注意二類(lèi)及以上的防雷建筑物都應(yīng)該選擇電壓保護(hù)水平小于等于2.5kV的電涌保護(hù)器；三類(lèi)防雷建筑物則要另外根據(jù)建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范中的公式進(jìn)行計(jì)算后選擇。I級(jí)試驗(yàn)電涌保護(hù)器可以安裝在LPZ1與LPZoB區(qū)域的交界處，II級(jí)試驗(yàn)電涌保護(hù)器一般適用于LPZ1與LPZ2以及更高區(qū)，且II級(jí)試驗(yàn)電涌保護(hù)器標(biāo)稱(chēng)放電電流大于等于5kA。

4.3 通流容量的選擇

電涌保護(hù)器的通流容量是指能夠吸收而不損壞的最大能量，即最大可承受能量。如果超過(guò)這個(gè)值，電涌保護(hù)器就會(huì)失去保護(hù)效益出現(xiàn)損壞或者爆裂。在工程上因?yàn)闊o(wú)法將能量進(jìn)行數(shù)據(jù)化的表示，就將允許通過(guò)的規(guī)定波形的電流幅值表征稱(chēng)之為通流容量。通流容量決定了一個(gè)電涌保護(hù)器能夠承受多大的雷電波動(dòng)電流。

不同的電涌保護(hù)器通流容量各不相同，所以在不同的場(chǎng)合應(yīng)該選用不同通流容量的電涌保護(hù)器。一般通流容量要根據(jù)電涌保護(hù)器在系統(tǒng)中所承擔(dān)的任務(wù)來(lái)進(jìn)行選擇，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是根據(jù)不同的功能來(lái)進(jìn)行區(qū)別。LPZ1與LPZ0去交界處的電涌保護(hù)器就可以選擇I級(jí)分類(lèi)試驗(yàn)產(chǎn)品，在供配電系統(tǒng)中靠近電源側(cè)的電涌保護(hù)器就應(yīng)該比靠近負(fù)荷側(cè)的要擁有更大通流量。

4.4 報(bào)警功能的選擇

為了保證電涌保護(hù)器的安全運(yùn)行，還需要對(duì)其運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和把握，所以要設(shè)置報(bào)警功能，一旦防雷模塊出現(xiàn)了損壞就需要通過(guò)報(bào)警功能來(lái)及時(shí)提醒?，F(xiàn)在所選用的報(bào)警系統(tǒng)一般有聲光報(bào)警和遙信報(bào)警。其中聲光報(bào)警適用于有值班室有值班人員的情況下，通過(guò)聲光提醒讓相應(yīng)的值班人員能夠到現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備運(yùn)行情況，及時(shí)更換損壞的部件。遙信報(bào)警則適用于無(wú)值班室的區(qū)域，遙信報(bào)警能夠檢測(cè)到電源斷電或者缺項(xiàng)等等異常情況。

5 電涌保護(hù)器的后備保護(hù)

因?yàn)殡娪勘Ｗo(hù)器在電源中屬于并聯(lián)安裝在電源相對(duì)中或相對(duì)地間的電氣元件，出于電氣安全的考慮，就應(yīng)該在這個(gè)元件前安裝一個(gè)短路保護(hù)器，我們比較常見(jiàn)的短路保護(hù)器包括斷路器和熔斷器。后續(xù)的保護(hù)措施，可以增加電涌保護(hù)器的使用壽命，更能安全可靠的保護(hù)民用建筑的電氣設(shè)施。斷路器和熔斷器都是電涌保護(hù)器的后備保護(hù)，斷路器相對(duì)于熔斷器來(lái)說(shuō)，在同樣沖擊電流的情況下能夠更好地保護(hù)電壓穩(wěn)定。

熔斷器具有分?jǐn)嗄芰Ω?、尺寸小和價(jià)格便宜的優(yōu)勢(shì)，但是熔斷之后并不能及時(shí)提示，這樣值班人員就不容易發(fā)現(xiàn)熔斷器已經(jīng)熔斷需要更換，容易出現(xiàn)后續(xù)保護(hù)不足的情況。斷路器則是通過(guò)故障進(jìn)行斷開(kāi)，不需要更換整個(gè)元件，只要進(jìn)行操作即可重新使用，具有智能系統(tǒng)的斷路器還可以實(shí)現(xiàn)遙信功能，但是斷路器的價(jià)格相對(duì)高。

根據(jù)兩種不同后備保護(hù)元件的優(yōu)缺點(diǎn)綜合分析，得出在低壓配電系統(tǒng)中可以選擇斷路器作為前級(jí)保護(hù)，后級(jí)保護(hù)則應(yīng)該使用熔斷器。在日常的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該多因素進(jìn)行考慮，將電涌保護(hù)器與后備保護(hù)元件進(jìn)行多次試驗(yàn)后選取最好的組合方法來(lái)進(jìn)行搭配。

6 結(jié)語(yǔ)

家庭電子設(shè)備越來(lái)越多，要想讓這些電子設(shè)備進(jìn)一步得到保護(hù)，不再接受來(lái)自雷電的電磁波干擾，就需要我們更多的去關(guān)注電涌保護(hù)器的選用。通過(guò)設(shè)計(jì)和分析選擇適合不同建筑需求的電涌保護(hù)器，讓電涌保護(hù)器成為電子設(shè)備的保護(hù)傘，為延長(zhǎng)電子設(shè)備的使用周期保駕護(hù)航。在今后的民用建筑電氣設(shè)計(jì)中，應(yīng)該更多的關(guān)注到電涌保護(hù)器的選擇，根據(jù)供電系統(tǒng)的整體情況以及環(huán)境來(lái)選擇電涌保護(hù)器，讓整個(gè)供電系統(tǒng)更加的安全可靠，也讓所有電路系統(tǒng)中的電子設(shè)備能夠持續(xù)運(yùn)行而不受損害。

[1] 朱亮亮,傅永平.電涌保護(hù)器在民用建筑電氣設(shè)計(jì)中的選用[J].現(xiàn)代建筑電氣,2010,(06):9.

[2] 王世山,李兆臣.民用建筑電氣漏電保護(hù)器的應(yīng)用[J].工程技術(shù),2010,17.

[3] 杜艷萍,簡(jiǎn)述電涌保護(hù)器及其在電氣設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].山西建筑,2013,39(31):136-137.