朱成烈

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510010）

0 引言

雷電災(zāi)害是較嚴(yán)重的自然災(zāi)害，在民用建筑中，必須注重電氣系統(tǒng)的設(shè)備防雷保護(hù)，預(yù)防財(cái)產(chǎn)損失。通過(guò)設(shè)置浪涌保護(hù)器可有效保護(hù)建筑內(nèi)部的電氣設(shè)備。在建筑電氣設(shè)計(jì)中，合理選擇浪涌保護(hù)器及其后備保護(hù)裝置是一個(gè)重要的課題。

1 浪涌保護(hù)器工作原理

浪涌保護(hù)器是在雷電天氣、瞬時(shí)過(guò)壓狀態(tài)下，有效保護(hù)電氣系統(tǒng)的設(shè)備，多應(yīng)用在住宅建筑、商業(yè)建筑、工業(yè)建筑中。電涌保護(hù)模式較多，大多設(shè)置在配電柜或配電箱中。設(shè)置浪涌保護(hù)器必須配合建筑內(nèi)部電氣設(shè)備，確保電氣設(shè)備配合度及承受耐電涌能力。工作原理是通過(guò)分級(jí)浪涌保護(hù)器，分級(jí)釋放雷電感應(yīng)能量，使電氣設(shè)備承受電涌電壓降低，對(duì)用戶電氣設(shè)備予以保護(hù)。此外，浪涌保護(hù)器分為開關(guān)型、電壓限制型、復(fù)合型，利用電阻最大壓，對(duì)線路過(guò)電流、過(guò)電涌進(jìn)行抑制，確保雷電電流產(chǎn)生工頻續(xù)流、瞬時(shí)電壓均處于電氣設(shè)備可承受范圍內(nèi)，形成多元化安裝方式，如組合型、串聯(lián)濾波型、并聯(lián)型。此外，線路正常運(yùn)行時(shí)，浪涌保護(hù)器顯示屏為綠色，當(dāng)電氣設(shè)備線路遭受雷擊傷害、瞬時(shí)電壓較大時(shí)，浪涌保護(hù)器中壓敏電阻以納秒速度轉(zhuǎn)化為低阻值狀態(tài)，將電壓限制在被保護(hù)設(shè)備的耐受電壓范圍內(nèi)，并泄放電涌電流，當(dāng)浪涌保護(hù)器顯示窗轉(zhuǎn)為綠色時(shí)，表示電流恢復(fù)正常，可正常使用電器設(shè)備。

2 浪涌保護(hù)器在民用建筑電氣設(shè)計(jì)中的選用

2.1 分析選型設(shè)計(jì)

選型對(duì)于浪涌保護(hù)器的影響非常大，基于參數(shù)、功能角度分析，按照不同建筑結(jié)構(gòu)、空間位置需選擇不同浪涌保護(hù)器，以此確保匹配度最佳化。在選型時(shí)，注重環(huán)境特點(diǎn)分析，按照不同情況做好優(yōu)化設(shè)計(jì)。選型影響因素較多，如雷電保護(hù)器等級(jí)、安全控件系數(shù)、系統(tǒng)要素等。聯(lián)合上述因素，做好科學(xué)化設(shè)計(jì)分析，方可確保浪涌保護(hù)器選型效果。技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)關(guān)注端部引線感應(yīng)電壓作用，防止影響浪涌保護(hù)器有效電壓；同時(shí)合理控制浪涌保護(hù)器端部電線長(zhǎng)度，確保截面最小化。

2.2 合理選擇浪涌保護(hù)器

按照建筑物防雷保護(hù)等級(jí)合理選擇浪涌保護(hù)器，以此滿足不同防雷建筑物需求。在直擊雷非防護(hù)區(qū)（LPZ0A）或在直擊雷防護(hù)區(qū)（LPZ0B）與第一防護(hù)區(qū)（LPZ1）交界處，安裝通過(guò)Ⅰ級(jí)分類試驗(yàn)的浪涌保護(hù)器或限壓型浪涌保護(hù)器作為第一級(jí)保護(hù)，對(duì)直擊雷電流進(jìn)行泄放，或當(dāng)電源傳輸線路遭受直接雷擊時(shí)，將傳導(dǎo)的巨大能量進(jìn)行泄放。在第一防護(hù)區(qū)之后的各分區(qū)（包含LPZ1區(qū)）交界處安裝限壓型浪涌保護(hù)器，作為二、三級(jí)或更高等級(jí)保護(hù)。第二級(jí)保護(hù)器是針對(duì)前級(jí)保護(hù)器的殘余電壓以及區(qū)內(nèi)感應(yīng)雷擊的防護(hù)設(shè)備，在前級(jí)發(fā)生較大雷擊能量吸收時(shí)，仍有一部分對(duì)設(shè)備或第三級(jí)保護(hù)器而言是相當(dāng)巨大的能量傳導(dǎo)過(guò)來(lái)，需要第二級(jí)保護(hù)器進(jìn)一步吸收。同時(shí)，經(jīng)過(guò)第一級(jí)防雷器的傳輸線路也會(huì)感應(yīng)雷擊電磁脈沖輻射。當(dāng)線路足夠長(zhǎng)時(shí)，感應(yīng)雷的能量就變得足夠大，需要第二級(jí)保護(hù)器進(jìn)一步對(duì)雷擊能量實(shí)施泄放。第三級(jí)保護(hù)器對(duì)通過(guò)第二級(jí)保護(hù)器的殘余雷擊能量進(jìn)行保護(hù)。根據(jù)被保護(hù)設(shè)備的耐壓等級(jí)，假如2級(jí)防雷即可達(dá)到限制電壓低于設(shè)備的耐壓水平，只需做兩級(jí)保護(hù)；假如設(shè)備的耐壓水平較低，可能需要4級(jí)甚至更多級(jí)的保護(hù)。

2.3 合理選擇通流容量

浪涌保護(hù)器通流容量是可吸收最大能量，為最大可承受能量。當(dāng)超過(guò)最大可承受能量時(shí)，浪涌保護(hù)器無(wú)法起到保護(hù)效果，并產(chǎn)生爆裂和損壞問(wèn)題。在工程上，無(wú)法通過(guò)數(shù)據(jù)化方式表示能量，允許通過(guò)波形電路幅值表示通流容量。通過(guò)通流容量，可了解浪涌保護(hù)器的雷電波動(dòng)電流承受極限。

當(dāng)浪涌保護(hù)器不同時(shí)，則通流容量也不同。因此在不同場(chǎng)合中，選擇通流容量不同的浪涌保護(hù)器。按照浪涌保護(hù)器的任務(wù)承擔(dān)度，合理選擇通流容量，按照不同功能做好區(qū)分。對(duì)于LPZ1、LPZ0交界位置浪涌保護(hù)器，可選擇分類試驗(yàn)產(chǎn)品。在供配電系統(tǒng)中，靠近電源側(cè)浪涌保護(hù)器，通流量應(yīng)當(dāng)高于負(fù)荷側(cè)。

2.4 合理選擇報(bào)警功能

為確保浪涌保護(hù)器運(yùn)行安全，需實(shí)時(shí)監(jiān)控和把握運(yùn)行狀態(tài)，科學(xué)設(shè)置報(bào)警功能。當(dāng)防雷模塊損壞時(shí)，需利用報(bào)警功能提醒。選擇報(bào)警系統(tǒng)時(shí)，可選擇遙信報(bào)警、聲光報(bào)警。其中，聲光報(bào)警可應(yīng)用到值班狀態(tài)，利用聲光提醒，確保值班人員及時(shí)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)更換損壞部件。遙信報(bào)警可應(yīng)用到無(wú)值班狀態(tài)，通過(guò)遙信報(bào)警，可以電源斷電、缺項(xiàng)進(jìn)行檢測(cè)。

3 浪涌保護(hù)器后備保護(hù)選擇

在SPD專用浪涌保護(hù)器面世之前，常用的后備保護(hù)裝置有微型斷路器、塑殼斷路器、熔斷器。在選擇后備保護(hù)裝置時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮到電涌耐受能力、工頻過(guò)載保護(hù)能力、電壓保護(hù)水平。其中，斷路器、熔斷器電涌耐受能力如表1，2所示。通過(guò)比較可知，當(dāng)額定電流一致時(shí)，熔斷器耐受能力不及斷路器。大規(guī)格熔斷器可耐受大電涌沖擊，但尺寸較大。

表1 斷路器電涌耐受能力

表2 熔斷器電涌耐受能力

對(duì)于斷路器、熔斷器工頻過(guò)載保護(hù)能力，微型斷路器分段能力達(dá)到15kA，可將低壓配電系統(tǒng)末端浪涌保護(hù)器安裝位置最大預(yù)期短路電流。針對(duì)第一級(jí)和第二級(jí)浪涌保護(hù)器，安裝位置預(yù)期短路電流可能無(wú)法安全分?jǐn)?。塑殼斷路器、熔斷器均具備較強(qiáng)分?jǐn)嗄芰?，可?duì)第一級(jí)、第二級(jí)浪涌保護(hù)器安裝位置預(yù)期短路電流進(jìn)行分?jǐn)?，然而低短路分?jǐn)啻嬖趩?wèn)題，整體尺寸比較大。

斷路器殘壓非常高，使SPD支路的有效電壓保護(hù)水平Up/f大幅升高，設(shè)備兩端實(shí)際的保護(hù)水平很低；熔斷器在低電涌沖擊時(shí)的殘壓較低，但在高電涌沖擊下的殘壓也很高，使得SPD支路的有效電壓保護(hù)水平Up/f大幅升高，設(shè)備兩端實(shí)際的保護(hù)水平很低；而SPD專用后備保護(hù)器可以解決上述缺點(diǎn)，因其具備如下能力：分?jǐn)郤PD安裝線路的預(yù)期短路電流、耐受通過(guò)SPD的電涌電流不斷開、分?jǐn)郤PD內(nèi)置熱保護(hù)所不能斷開的工頻電流，其將來(lái)很好的選擇。

4 結(jié)語(yǔ)

電子信息設(shè)備支持下，由于耐壓水平、電壓水平低，因此要消除電脈沖的不良影響，需注重防護(hù)雷電電磁脈沖。電子技術(shù)與電子設(shè)備的推廣應(yīng)用，開始關(guān)注到集成電路敏感性保護(hù)，通過(guò)浪涌保護(hù)器，可為電子信息設(shè)備提供保護(hù)。