張琳然

[摘 ? ?要]雷電災(zāi)害的發(fā)生，會(huì)產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)損失。在現(xiàn)代科技支持下，出現(xiàn)了大量通信設(shè)備、電力設(shè)備、高精密儀器，雷傷災(zāi)害會(huì)加劇設(shè)備儀器損傷，危害整個(gè)電力系統(tǒng)的發(fā)展。傳統(tǒng)防雷措施多為接地裝置、引下線、接閃桿等，無法滿足建筑防雷需求，因此必須做好信號、電源防雷保護(hù)。通過安裝電涌保護(hù)器，能夠優(yōu)化建筑防雷設(shè)計(jì)。文章重點(diǎn)分析電涌保護(hù)器在建筑物防雷設(shè)計(jì)中的應(yīng)用效果。

[關(guān)鍵詞]電涌保護(hù)器;建筑物;防雷設(shè)計(jì);應(yīng)用

[中圖分類號]TU895 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）03–0–02

[Abstract]The occurrence of lightning disasters will cause huge economic losses. With the support of modern science and technology， a large number of communication equipment， power equipment， and high-precision instruments have appeared. Lightning disasters will exacerbate the damage of equipment and instruments and endanger the development of the entire power system. Traditional lightning protection measures are mostly grounding devices， down conductors， lightning rods， etc.， which cannot meet the lightning protection requirements of buildings. Therefore， signal and power lightning protection must be done. By installing surge protectors， the lightning protection design of buildings can be optimized. This article focuses on analyzing the application effects of surge protectors in the lightning protection design of buildings.

[Keywords]surge protector; building; lightning protection design; application

雷電防護(hù)屬于系統(tǒng)化工程，對于防雷系統(tǒng)，牽扯到外部、內(nèi)部防雷設(shè)施。應(yīng)注重防直擊雷裝置優(yōu)化，配置感應(yīng)雷防護(hù)裝置，確保電涌保護(hù)器應(yīng)用的合理性，同時(shí)保證防護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)劃的全面性。電涌保護(hù)器可以對電路瞬時(shí)過電壓進(jìn)行限制，瀉放電涌電流，確保電路電壓小于線路承受極限，并且將系統(tǒng)所產(chǎn)生的強(qiáng)電流，順利導(dǎo)入至地面，將多余能量釋放，避免因短路、雷電、電源切換，產(chǎn)生過電壓潛在危險(xiǎn)。

1 感應(yīng)雷電危害

1.1 靜電感應(yīng)危害

當(dāng)區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)雷電云時(shí)，靜電感應(yīng)會(huì)影響建筑物、地面，從而出現(xiàn)相反電荷。在出現(xiàn)雷云后，雷擊傷害發(fā)生所需時(shí)間，明顯多于主放電過程時(shí)間，大地所積累的電荷比較多。雷擊傷害后，雷云附帶電荷，通過閃擊作用，與地面異種電荷中和。對于小范圍空間，架空導(dǎo)線的感應(yīng)電荷、大地間電阻差異大，無法及時(shí)消散，此時(shí)就會(huì)形成局部感應(yīng)高電壓。在高壓架空線上，可以達(dá)到300～400 kV。一般來說，對于低壓架空線，能夠達(dá)到100 kV;對于電信線路，能夠達(dá)到40～60 kV，此時(shí)建筑物會(huì)出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象。靜電感應(yīng)影響下，過電壓對電氣系統(tǒng)沖擊非常大，建筑金屬構(gòu)件、器具，都會(huì)產(chǎn)生電火花，當(dāng)建筑物內(nèi)部存放易燃易爆物時(shí)，會(huì)引發(fā)爆炸傷害。

1.2 電磁感應(yīng)危害

雷電流的陡度、峰值比較大，周邊存在較強(qiáng)電磁場，變化幅度比較大。當(dāng)導(dǎo)體位于電磁場時(shí)，能夠?qū)﹄妱?dòng)勢進(jìn)行感應(yīng)，此時(shí)會(huì)加強(qiáng)閉合回路金屬物體電流感應(yīng)力。在回路中，如果間隙出現(xiàn)電火花放電現(xiàn)象，建筑內(nèi)部存在易燃易爆物，則危害影響非常大。

1.3 電磁脈沖危害影響

雷擊傷害建筑后，建筑內(nèi)部會(huì)形成瞬時(shí)磁場脈沖波，此種脈沖波位于建筑物導(dǎo)線回路中，感應(yīng)出瞬時(shí)過電壓，對回路相連接設(shè)備的影響非常大。電磁脈沖沿著導(dǎo)體傳播，損壞電路設(shè)備。通過電路設(shè)備及器件，例如通訊、電力、光纖等不同電纜，能夠危害信息系統(tǒng)。

2 電涌保護(hù)器保護(hù)作用

電涌保護(hù)器可以對分流電涌電流、瞬態(tài)過電壓起到限制作用。在雷電天氣下，雷電會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)過電壓，導(dǎo)致建筑電氣系統(tǒng)電壓升高，極易產(chǎn)生不良損失。電涌保護(hù)器，按照電氣設(shè)備電壓承受范圍，科學(xué)限制瞬時(shí)過電壓，同時(shí)將強(qiáng)電流引入至地下，以此保護(hù)電力系統(tǒng)和設(shè)備。電涌保護(hù)器應(yīng)用原理：通常情況下，電涌保護(hù)器暴露在環(huán)境中，為兩根金屬棒組成。一根金屬棒連接電氣設(shè)備電源線，一根金屬棒連接接地線。在雷電影響下，瞬時(shí)電壓可以擊穿金屬棒間隙，金屬棒將電荷引入至地下，確保電氣設(shè)備電壓的可承受性。按照電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)整金屬棒間距，確保瞬時(shí)電壓處于合理范圍。在設(shè)置電涌保護(hù)器時(shí)，應(yīng)當(dāng)遵循以下原則：電涌保護(hù)器安裝后，未發(fā)生電涌現(xiàn)象時(shí)，電涌保護(hù)器不能影響電力系統(tǒng)運(yùn)行;當(dāng)出現(xiàn)電涌現(xiàn)象時(shí)，電涌保護(hù)器可以承受預(yù)期通過雷電流，不會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響，同時(shí)對電涌電壓、分流電涌電流進(jìn)行鉗制。電涌電流通過后，電涌保護(hù)器能夠恢復(fù)高阻狀態(tài)，將工頻續(xù)流切斷。

在電源中，浪涌保護(hù)器采用并聯(lián)安裝法，主要安裝在電源相對中、相對地間電氣元件。由于考慮到電氣安全，將短路保護(hù)器安裝在元器件前。常見短路保護(hù)器包括熔斷器、斷路器。采用保護(hù)措施，有助于延長浪涌保護(hù)器使用壽命，確保民用建筑電氣設(shè)施安全性與可靠性。相比于熔斷器，斷路器在相同沖擊電壓下，可以維護(hù)電壓穩(wěn)定性。

熔斷器具備較高分?jǐn)嗄芰Γ杀镜土?，熔斷后無法及時(shí)提示，值班人員發(fā)現(xiàn)熔斷器熔斷之后，需要更換熔斷器，防止產(chǎn)生后續(xù)保護(hù)不足問題。圖1為熔斷器內(nèi)部構(gòu)造。當(dāng)發(fā)生故障問題時(shí)，斷路器可以斷開故障，無需更換元器件，只需操作即可應(yīng)用。斷路器具備智能功能，能夠?qū)崿F(xiàn)遙信功能，然而斷路器價(jià)格較高。

按照不同后備保護(hù)元件的優(yōu)勢與不足，在低壓配電系統(tǒng)中，選擇斷路器為前級保護(hù)，選擇熔斷器作為后級保護(hù)。在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，考慮到多種因素，注重浪涌保護(hù)器、后備元件試驗(yàn)，選擇最佳組合方法搭配。

基于電路聯(lián)接關(guān)系分析，保護(hù)方式如下：在受干擾電路中，斷開設(shè)備，為電涌保護(hù)器提供瀉放通道，避免電涌電壓對保護(hù)設(shè)備造成危害。在實(shí)際應(yīng)用電涌保護(hù)器時(shí)，應(yīng)當(dāng)按照逐級保護(hù)、逐級減小原則，確保過電壓處于安全電壓范圍內(nèi)。

通常情況下，可以將防雷保護(hù)區(qū)劃分為0A區(qū)、0B區(qū)、1區(qū)、2區(qū)。按照防雷分區(qū)，可以劃分為不同保護(hù)等級。第一等級：避免電涌電壓從0A區(qū)、0B區(qū)，進(jìn)入到1區(qū)。將上萬伏電涌電壓，控制在2 500～3 000 V，該階段為外部防雷措施。將接閃裝置設(shè)置在室外，接地裝置、引下線可以形成外部防雷保護(hù)，能夠?qū)ㄖ锏睦讚魝M(jìn)行防護(hù)。進(jìn)入至配電系統(tǒng)，會(huì)產(chǎn)生明顯損壞影響。所以，將三相電涌保護(hù)器安裝在變壓器低壓側(cè)、供電系統(tǒng)入口進(jìn)線位置，對電路瞬時(shí)過電壓進(jìn)行限制，同時(shí)將雷電系統(tǒng)所致強(qiáng)電流，直接導(dǎo)入到地面，確保供電系統(tǒng)、電力設(shè)備運(yùn)行安全性。然而第一級保護(hù)主要是吸收大電涌電流，因此無法有效防護(hù)系統(tǒng)內(nèi)的敏感電力設(shè)備。此時(shí)需要設(shè)置第二級保護(hù)，充分吸收第一級防雷器的剩余電壓，限制剩余電涌電壓，確保其處于1 500～2 000 V。在建筑物配電箱內(nèi)，安裝二級電涌保護(hù)器。

針對高敏感終端設(shè)備、電子信息設(shè)備，需要設(shè)置第三級保護(hù)，確保剩余電涌電壓值小于1000 V。在電子信息設(shè)備、交流電源進(jìn)線端、終端設(shè)備進(jìn)線端，安裝第三級電涌保護(hù)器，促使瞬時(shí)過電壓消除，維護(hù)點(diǎn)設(shè)備安全，以免受到瞬時(shí)過電壓影響。

為了全面發(fā)揮出電涌保護(hù)器的作用，在安裝操作時(shí)，必須注重以下要點(diǎn)：①安裝操作之前，對檢查模塊上標(biāo)注的最大持續(xù)運(yùn)行電壓值進(jìn)行檢查，確保其滿足實(shí)際系統(tǒng)電壓需求。②為了確保防雷保護(hù)效果，需要在供電系統(tǒng)中設(shè)置一級保護(hù)、二級保護(hù)，不同等級電容保護(hù)器間距為10 m。③為了確保安全性能，電涌保護(hù)器應(yīng)當(dāng)與保護(hù)設(shè)備靠近間距控制在30 m以內(nèi)。當(dāng)間距超過30 m，則應(yīng)增加額外電容保護(hù)器。④注重電涌保護(hù)器檢查，避免限壓元件老化，影響保護(hù)效果。

3 感應(yīng)雷電防護(hù)措施

當(dāng)發(fā)生雷擊事件后，大量雷電流會(huì)通過外部防雷裝置進(jìn)入到大地層，少數(shù)雷電流進(jìn)入電氣通道內(nèi)。按照電磁兼容特點(diǎn)，分類、分區(qū)保護(hù)感應(yīng)雷電。根據(jù)建筑物防雷要求，在不同防雷分化區(qū)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)等電位連接，強(qiáng)化分級保護(hù)力度。通過逐級保護(hù)方式，可以使設(shè)備耐壓極限值降低。例如保護(hù)接零系統(tǒng)，可以劃分低壓電源保護(hù)器，主要為4個(gè)等級，之后降低過電壓，使其處于設(shè)備絕緣可承受范圍內(nèi)。

3.1 A級保護(hù)

在變電站中，將A級保護(hù)安裝在配電變壓器低壓側(cè)，通常由供電部門管理。當(dāng)電力設(shè)備采用架空線供電方式，埋設(shè)電纜引入段小于150 m，雷電電涌電壓高于6 000 V，需要將電涌保護(hù)器安裝在電源進(jìn)線位置，將其A級防護(hù)。如果地區(qū)雷電電涌在4 000～6 000 V，則將電涌保護(hù)器安裝在電源進(jìn)線位置，起到限壓和瀉流效果。

3.2 B級保護(hù)

注重保護(hù)建筑物配電盤位置，在建筑物主配電柜內(nèi)，安裝電涌保護(hù)器。在承受雷擊傷害后，90%能量、波形分雷電流，將會(huì)限制在4 kV。B級保護(hù)的瀉流目的在于限制過電壓。

3.3 C級保護(hù)

在建筑物內(nèi)部，配置較多配電柜箱，通過保護(hù)處理，可以承受雷電流（20%）、雷擊能量（10%），將剩余電壓控制在2.5 kV。

3.4 D級保護(hù)

末端負(fù)載保護(hù)，主要安裝在儀器設(shè)備、終端配電箱位置，可以承受5%雷擊能量、10%雷電流，將剩余電壓控制在1.5 kV?？茖W(xué)控制電壓等級，確保其處于標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

4 建筑物防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想

建筑防雷設(shè)計(jì)期間，通過全面保護(hù)、多層級防護(hù)等方式，聯(lián)合應(yīng)用屏蔽、均壓、等電位連接等措施。綜合保護(hù)措施，涉及到等電位、共同接地連接法。當(dāng)防雷區(qū)界面、信息系統(tǒng)不同時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)位置安裝電涌保護(hù)器，實(shí)現(xiàn)暫態(tài)共地。應(yīng)用等電壓、均壓處理技術(shù)，能夠?qū)纂婋姶琶}沖干擾產(chǎn)生抑制效果，有效維護(hù)建筑物內(nèi)部強(qiáng)電、弱電、電氣設(shè)備安全。合理應(yīng)用電涌保護(hù)器，可以加強(qiáng)建筑物防電涌綜合保護(hù)效果。

5 電涌保護(hù)器的項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)踐

防雷接地裝置、電氣接地裝置為連接狀態(tài)時(shí)，低壓電源線路配電箱、配電柜位置，需要安裝電涌保護(hù)器（Ⅰ級試驗(yàn)）。對于電涌保護(hù)器來說，應(yīng)確保電壓保護(hù)水平低于2.5 kV。當(dāng)保護(hù)模式不同時(shí)，首先明確沖擊電流;若無法確定時(shí)，則選擇12.5 kV。在建筑物內(nèi)部、外墻安裝Dyn11型、Yyn0型接線配電變壓器，應(yīng)當(dāng)在變壓器高壓側(cè)安裝避雷器。針對低壓側(cè)配電屏，當(dāng)從建筑物引出線路時(shí)，則應(yīng)當(dāng)在接地裝置位置，設(shè)置保護(hù)裝置，同時(shí)在母線上安裝電涌保護(hù)器（Ⅰ級試驗(yàn)）。針對電涌保護(hù)器保護(hù)模式，需要明確沖擊電流值;當(dāng)不能確定時(shí)，以12.5 kV為準(zhǔn)。建筑物未引出線路時(shí)，在母線適宜位置安裝電涌保護(hù)器（Ⅱ級試驗(yàn)）。針對電涌保護(hù)器保護(hù)模式，則確保放電電流值為5 kA。針對電涌保護(hù)器電壓保護(hù)，則應(yīng)當(dāng)為2.5 kV。

6 結(jié)束語

隨著生活質(zhì)量的提升，出現(xiàn)了大量電氣設(shè)備，人們開始關(guān)注防雷擊電磁脈沖問題。優(yōu)化設(shè)計(jì)防雷擊電磁脈沖，通過電涌保護(hù)器，維護(hù)電力系統(tǒng)與設(shè)備運(yùn)行效益。優(yōu)化防雷環(huán)境，確保防雷產(chǎn)品的高性能，確保應(yīng)用方案的科學(xué)性，從而確保設(shè)備運(yùn)行安全性。

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