姜 洋
建筑物的保護(hù)在現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)中非常重要,尤其是在雷電活動(dòng)頻繁的地區(qū)?;诮ㄖ锏姆览籽b置必須安裝到位。長(zhǎng)期以來(lái),避雷器是建筑物防雷的重要設(shè)備,發(fā)揮了一定的作用。如今,隨著時(shí)代的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步,安裝在建筑物內(nèi)部的電涌保護(hù)器備受關(guān)注。由于公眾的防雷意識(shí)薄弱,電涌保護(hù)器的選擇成為一個(gè)重要問(wèn)題。哪種電涌保護(hù)器才能滿足民用建筑的需求,從而為其提供切實(shí)有效的保護(hù)?這種研究一直在推進(jìn)。
雷電電涌侵入的形式較多,例如,金屬管遭雷擊后由導(dǎo)管和導(dǎo)線引導(dǎo),使雷電順其進(jìn)入建筑物內(nèi);分布在建筑內(nèi)的金屬構(gòu)件在接觸到雷電后產(chǎn)生感應(yīng),從而出現(xiàn)脈沖,依托于電磁波的形式實(shí)現(xiàn)傳遞;雷電對(duì)地面造成沖擊作用,沿著地網(wǎng)傳遞至大地,從而出現(xiàn)高電位,此后經(jīng)由接地線等相關(guān)路徑進(jìn)入建筑體。外部防雷系統(tǒng)可用于直擊雷的防護(hù),對(duì)于雷電電涌侵入的防護(hù)要通過(guò)內(nèi)部防雷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。內(nèi)部防雷系統(tǒng)由等電位連接、共用接地裝置、屏蔽、合理布線、電涌保護(hù)器等組成。合理設(shè)置電涌保護(hù)器,對(duì)于降低雷電流在需防護(hù)空間內(nèi)所產(chǎn)生的電磁效應(yīng)是非常有效的。
電涌保護(hù)器和系統(tǒng)可以通過(guò)將閃電引起的即時(shí)電壓限制在電子設(shè)備或系統(tǒng)可以承受的電壓范圍內(nèi),并將強(qiáng)烈的沖擊電壓引導(dǎo)到地面上,從而保護(hù)您免受沖擊電壓的影響。主要利用距離保護(hù)原理。電氣距離是兩個(gè)金屬支架之間的安全距離,其中一個(gè)金屬支架接地,另一個(gè)連接到要保護(hù)的設(shè)備和系統(tǒng)的相鄰中性線上。如果設(shè)置了瞬態(tài)電壓,則電路中斷時(shí)會(huì)被跟蹤,繼而地面上的過(guò)壓會(huì)隨金屬桿一起移動(dòng),從而電壓提升中移除金屬穩(wěn)定的固定裝置。電涌保護(hù)器也是一個(gè)開(kāi)關(guān)和電壓限制,具體取決于組件。電壓開(kāi)關(guān)包括自由電壓間隙、氣體腔和晶體管,在沒(méi)有電流的情況下,以及當(dāng)高電壓成為阻抗開(kāi)關(guān)的低值時(shí),這些開(kāi)關(guān)可以保持阻抗,避免電擊電路造成生命危險(xiǎn)。電涌保護(hù)器按用途分類,可以分為保護(hù)系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)類和保護(hù)天線系統(tǒng)類。
關(guān)于電涌保護(hù)器類型,主要有開(kāi)關(guān)類型、限壓類型和組合類型。分類依據(jù)主要基于具體指標(biāo),如最大持續(xù)工作電壓、沖擊電流和電壓保護(hù)水平。以下是對(duì)這些類別的詳細(xì)分析。
2.2.1 一級(jí)電涌保護(hù)器
這種電涌保護(hù)裝置在民用建筑的密封電涌保護(hù)裝置中較為常見(jiàn),同時(shí)也經(jīng)常用于三到四線以及三到五線的系統(tǒng)運(yùn)行中。需要指出的是,只有橋梁產(chǎn)品在總的供應(yīng)區(qū)域內(nèi),才會(huì)真正建立起三級(jí)保護(hù)系統(tǒng)。第一和第二類型過(guò)壓限制器之間的距離應(yīng)不小于10m。對(duì)于外形尺寸,一般與標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)器沒(méi)有區(qū)別,加上它的橋路風(fēng)格更方便,因此具體應(yīng)用時(shí)效果更好。
2.2.2 二級(jí)電涌保護(hù)器
在電線中的電壓和電流按照國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)入系統(tǒng)之前,需遵守設(shè)備抗沖擊電壓大于過(guò)電壓保護(hù)水平以及過(guò)電壓保護(hù)水平大于電網(wǎng)振蕩最高電壓的原則,并且只有經(jīng)過(guò)試驗(yàn)合格的產(chǎn)品才能作為二級(jí)分類過(guò)電壓保護(hù)裝置。其中電涌保護(hù)器中的UC不一定大于UT,因?yàn)閁C過(guò)低會(huì)影響電涌保護(hù)器的工作以及使用壽命,而UC過(guò)高會(huì)使電涌保護(hù)器的保護(hù)水平過(guò)高,導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。其次,二級(jí)電涌保護(hù)裝置通常適用于沒(méi)有接閃器的建筑物以及二級(jí)配電柜等區(qū)域,這些區(qū)域具有故障自診斷功能、故障指示能力、遠(yuǎn)程報(bào)警等作用。
2.2.3 第三級(jí)電涌保護(hù)器
對(duì)于三級(jí)電涌保護(hù)器,它通常用于設(shè)備正面,因?yàn)閮蓚€(gè)級(jí)別中的一個(gè)級(jí)別的保護(hù)更為突出,因此通常用于第2類響應(yīng)不足的情況。保護(hù)更全面,電壓電流的遠(yuǎn)程控制就是這樣進(jìn)行的。
為民用建筑的電氣設(shè)計(jì)選擇電涌保護(hù)器時(shí),應(yīng)考慮以下因素:受保護(hù)的負(fù)荷特性、場(chǎng)地環(huán)境特性、接地系統(tǒng)類型的選擇、用于保護(hù)電涌保護(hù)器的斷路器的選擇,包括需要考慮的參數(shù)。如果建筑物裝有避雷針或其他防雷裝置,例如安裝在建筑物50米以外或建筑物外的避雷針,則應(yīng)選擇安裝最大功率為65kA的避雷針,如果建筑物不具備下列條件,則應(yīng)選擇安裝防雷裝置。
選擇電涌保護(hù)器上的斷路器時(shí),必須考慮最大放電電流、斷路器、額定電流、拉伸曲線等因素。斷路器切斷能力應(yīng)大于短路電流—最大電流通過(guò)其所在位置,斷路器兩端應(yīng)設(shè)計(jì)為保護(hù)裝置。應(yīng)當(dāng)指出的是,斷路器的應(yīng)急保護(hù)必須以電氣安全為基礎(chǔ),即使斷路器的適當(dāng)保護(hù)水平不足,隨后的保護(hù)措施也可以延長(zhǎng)斷路器的壽命,并確保民用建筑得到更安全和可靠的保護(hù)。
電涌保護(hù)器的流量是指在不損壞的情況下可以吸收的最大能量,即可以容納的能量。如果超過(guò)該值,電涌保護(hù)器將失去保護(hù)優(yōu)勢(shì),并會(huì)損壞。在工程中,由于不能用數(shù)據(jù)表示能量,因此允許通過(guò)的指定波形的電流幅度值稱為電流容量。電流容量決定了電涌保護(hù)器抵御閃電電流波動(dòng)的能力。由于不同的電涌保護(hù)器具有不同的電流容量,因此建議您在不同的場(chǎng)合選擇具有不同電流容量的電涌保護(hù)器。一般電流容量是根據(jù)系統(tǒng)中電涌保護(hù)器的任務(wù)來(lái)選擇的,簡(jiǎn)單地說(shuō),是根據(jù)不同的功能來(lái)選擇的。LPZ1和LPZ0連接處的電涌保護(hù)器可以選擇I類分級(jí)測(cè)試產(chǎn)品,在電力和配電系統(tǒng)中,靠近電源側(cè)的電涌保護(hù)器的流量必須高于靠近負(fù)載側(cè)的電涌保護(hù)器。
根據(jù)建筑物的防護(hù)等級(jí)選擇適當(dāng)?shù)碾娪勘Wo(hù)器,以滿足排雷行動(dòng)的不同需要。安裝電涌保護(hù)器或560類低壓保護(hù)裝置作為主保護(hù)裝置,以導(dǎo)出直接電流,或在直接保護(hù)區(qū)(LPZ0A)與主保護(hù)區(qū)(LPZ1)碰撞的位置,釋放當(dāng)電源電路直接被擊中時(shí)傳輸?shù)木薮竽芰俊T诘谝槐Wo(hù)區(qū)(包括LPZ1部分)之后的區(qū)域交點(diǎn)處安裝有限電涌保護(hù)器,作為第二、第三或更高的保護(hù)裝置。二級(jí)保護(hù)裝置是一種保護(hù)裝置,用于前保護(hù)的殘余電壓和內(nèi)部傳感器,在前面較大電流沖擊時(shí),仍會(huì)將相當(dāng)一部分能量傳輸給設(shè)備或三級(jí)保護(hù),需要二級(jí)保護(hù)的進(jìn)一步吸收。同時(shí),通過(guò)第一個(gè)避震器的輸電線路檢測(cè)雷電的電磁脈沖發(fā)射。如果有足夠的電路,感覺(jué)能量就會(huì)足夠大,需要第二個(gè)保護(hù)機(jī)制來(lái)進(jìn)一步發(fā)泄閃電的能量。第三類保護(hù)通過(guò)二級(jí)保護(hù)保護(hù)剩余能量。根據(jù)保護(hù)裝置的壓力等級(jí),如果殘余電壓低于設(shè)備的電壓等級(jí),則只需要兩個(gè)保護(hù)等級(jí)。如果設(shè)備的抗震能力較低,則可能需要更多的防護(hù)等級(jí)4。
為了保證電涌保護(hù)器的安全運(yùn)行,需要實(shí)時(shí)監(jiān)控和設(shè)置運(yùn)行狀態(tài),并對(duì)科學(xué)設(shè)置進(jìn)行報(bào)警。對(duì)于損壞的安的列斯模塊,應(yīng)使用防盜開(kāi)關(guān)。選擇報(bào)警系統(tǒng)時(shí),您可以選擇電信報(bào)警或聲報(bào)警。在這種情況下,聲報(bào)警可以應(yīng)用于層狀狀態(tài),方法是使用聲報(bào)警來(lái)確保層狀工人及時(shí)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng),監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),并更換故障部件。電信警報(bào)可應(yīng)用于意外狀態(tài),在這種狀態(tài)下,電源會(huì)關(guān)閉并檢測(cè)到故障。
通信防雷大致分為三類:主保護(hù)、綜合保護(hù)、精細(xì)保護(hù)。①基本保護(hù)水平:位于LPZ0~LPZ2區(qū)間(b級(jí))作為雷電泄放電流,為1級(jí)保護(hù),安裝在鋼絲繩進(jìn)入房屋的位置。②綜合防護(hù)等級(jí):位于LPZ0~LPZ3區(qū)間(c級(jí)),作為厚度和厚度的綜合防護(hù),可直接安裝在設(shè)備前端(如設(shè)備在靠近線纜進(jìn)入房屋的位置)。③精細(xì)保護(hù)等級(jí):位于LPZ1~LPZ3區(qū)間(f級(jí)),主要用于限制浪涌保護(hù)器,b級(jí)間距≥5m,一般安裝在設(shè)備側(cè)。通信線路保護(hù)裝置串聯(lián)安裝在線路上,因此在選擇防雷裝置時(shí),應(yīng)保證防雷裝置能與保護(hù)配合,還應(yīng)考慮防雷裝置與通信線路的匹配問(wèn)題。因此,防雷設(shè)施的選擇主要考慮以下問(wèn)題:①電壓等級(jí)的選擇。通信線路防雷裝置的最大工作電壓根據(jù)數(shù)據(jù)通信線路的工作電壓來(lái)確定。它是選擇通信線路防雷設(shè)施時(shí)的一個(gè)重要參數(shù),但在實(shí)際應(yīng)用中,沒(méi)有選擇不同通信線路的通用標(biāo)準(zhǔn)。防雷裝置的最大工作電壓應(yīng)大于通信線路工作電壓的1.2倍。由于設(shè)備供應(yīng)商不同,通信線路的工作電壓可能與表中的數(shù)據(jù)不同。②速度選擇。不同通信系統(tǒng)的傳輸速率不同,在將通信線路的防雷設(shè)施安裝在信號(hào)線上時(shí),它們必須至少保持通信系統(tǒng)本身的傳輸速率,否則會(huì)導(dǎo)致通信中斷或誤碼率增加,影響通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行。③接口類型的選擇。通信線路保護(hù)裝置按順序安裝在線路上,為了匹配阻抗并保持最小接觸電阻,應(yīng)選擇與通信線路相同類型的接口。RJ、SD型接口應(yīng)注意線對(duì)的配合,同軸接口應(yīng)注意公母的配合。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮上述三個(gè)方面,結(jié)合具體生產(chǎn)廠家的樣品,確定通信線路防雷裝置的具體型號(hào)。
電涌保護(hù)器的選擇主要是從功能實(shí)用性和參數(shù)合理性兩方面的綜合考慮中選擇的。功能實(shí)用性是指根據(jù)建筑的重要性、地理位置和環(huán)境特點(diǎn),選擇功能性電涌保護(hù)器,以達(dá)到安全可靠、維護(hù)方便、降低運(yùn)行成本的目的。參數(shù)合理性是指根據(jù)建筑物所處的防雷區(qū)范圍、系統(tǒng)性能以及安裝位置,確定電涌保護(hù)器的電氣性能的各個(gè)最佳參數(shù)。此時(shí),選擇電涌保護(hù)裝置時(shí),應(yīng)考慮其兩端感應(yīng)電壓在電涌保護(hù)裝置允許電壓水平上的降低。工程中應(yīng)縮短電涌保護(hù)器兩端的連接長(zhǎng)度,應(yīng)滿足最小截面要求。
電涌保護(hù)器具有覆蓋范圍廣、保護(hù)能力強(qiáng)的特點(diǎn),在電子信息系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)對(duì)低壓供配電系統(tǒng)的電源保護(hù),也可以對(duì)信號(hào)傳輸線路進(jìn)行保護(hù)。日常運(yùn)行中,電涌保護(hù)器能夠抑制雷電電磁脈沖干擾。所提的兩類保護(hù)對(duì)象均屬于電子信息系統(tǒng)內(nèi)部的設(shè)備,且均采用的是微電子結(jié)構(gòu),在雷擊電磁脈沖的作用下因抵抗能力不足而受到損傷,即便僅存在較小的過(guò)電壓也依然會(huì)造成不良影響。而電子設(shè)備在現(xiàn)代建筑中取得了廣泛的應(yīng)用,例如,多媒體教學(xué)樓、商務(wù)寫(xiě)字樓、大型商超、車站等建筑物,亦或是加油站、糧油棉物資倉(cāng)庫(kù)、化工廠等工業(yè)建筑,若缺乏有效的防護(hù)措施,極容易在雷擊電磁脈沖的沖擊作用下而出現(xiàn)故障。因此,必須做好防護(hù)工作。對(duì)于電涌保護(hù)器防護(hù)的方法,在應(yīng)用時(shí)充分考慮電子設(shè)備自身的運(yùn)行特性、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等基礎(chǔ)信息,配套相適應(yīng)的電涌保護(hù)器,并根據(jù)防護(hù)需求設(shè)置單級(jí)或多級(jí)的電涌保護(hù)器,構(gòu)筑完善的電磁脈沖防御體系,發(fā)揮出鉗壓、分流等作用盡可能抵御電磁脈沖,使建筑內(nèi)部的電子設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。
一般來(lái)說(shuō),電氣系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)原則是指建筑節(jié)能電氣設(shè)計(jì)工作中,應(yīng)當(dāng)以整個(gè)建筑內(nèi)部的實(shí)際供電功能為設(shè)計(jì)基礎(chǔ),以保障建筑其他工程設(shè)計(jì)任務(wù)的順利進(jìn)行。利用既有建筑電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)基礎(chǔ)上,再加強(qiáng)建筑節(jié)能電氣的設(shè)計(jì)。既要確保建筑物整體用電設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn),也要保證電氣系統(tǒng)的供電功能運(yùn)行使用正常。因此在進(jìn)行民用智能建筑節(jié)能電氣設(shè)計(jì)中,要從實(shí)際情況出發(fā),結(jié)合具體功能需求,保證整個(gè)工程安全不受任何負(fù)面影響,再進(jìn)行節(jié)能電氣設(shè)計(jì)。
在建筑節(jié)能工程設(shè)計(jì)中,要充分發(fā)揮科學(xué)信息技術(shù)的綜合優(yōu)勢(shì),不斷學(xué)習(xí)新的先進(jìn)技術(shù),提高企業(yè)節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的科學(xué)可行性和技術(shù)先進(jìn)性。同時(shí),在實(shí)際經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中,仍然還需及時(shí)制定一套科學(xué)合理的政策措施,以提高節(jié)能建筑設(shè)計(jì)的實(shí)際效果。
雖然說(shuō)現(xiàn)在很多工程項(xiàng)目都已經(jīng)開(kāi)始將建筑智能化應(yīng)用到具體的方面,也有相應(yīng)完整的制度,但是智能建筑在建筑行業(yè)里的占比率依然很低,如果想要大規(guī)模的應(yīng)用建筑智能化技術(shù),還是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作。雖然有些建筑也簡(jiǎn)單的應(yīng)用了電氣智能化技術(shù),但是沒(méi)有充分發(fā)揮出它的使用價(jià)值,加上智能建筑的維護(hù)周期比較短,大概在2-3年之內(nèi)就需要進(jìn)行全面的衛(wèi)華,在這方面很多工作人員的技術(shù)能力還達(dá)不到要求,所以這個(gè)問(wèn)題是值得我們深思熟慮的。同時(shí),建筑工程一般都是前期資金短缺,項(xiàng)目的所需要各種花費(fèi)的資金不夠,加上智能化建筑的要比傳統(tǒng)的費(fèi)用高,還有就是相應(yīng)的技術(shù)還不夠成熟,相應(yīng)的建筑成本也會(huì)大幅度增加,這就是現(xiàn)在建筑智能化應(yīng)用程度不高的原因。雖然說(shuō)智能化建筑聽(tīng)起來(lái)比較高端,但是在一定程度上還是不夠完善,而且加上每個(gè)人對(duì)居住環(huán)境和認(rèn)知的不同,智能化不能滿足普通大眾的要求,對(duì)于其他有特殊要求的,也沒(méi)有辦法滿足。
供配電系統(tǒng)是建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的“基石”,從系統(tǒng)邏輯上分析,一個(gè)單體建筑內(nèi)外電氣系統(tǒng)是否運(yùn)行穩(wěn)定、高效低耗,主要取決于配供電系統(tǒng)供電質(zhì)量,而影響質(zhì)量的因素主要包括諧波含量、功率因數(shù)、三相平衡三方面。第一,諧波含量控制。由于發(fā)電系統(tǒng)、輸電系統(tǒng)、供電系統(tǒng)及用電設(shè)備的綜合作用,輸送到建筑電氣系統(tǒng)中的電力并非一直維持50Hz的正弦交流電,其中或多或少夾雜著一定分量的諧波,嚴(yán)重影響電氣系統(tǒng)的安全性,同時(shí)也會(huì)造成額外的能源損耗。例如,諧波電流會(huì)造成線纜發(fā)燙、變壓器過(guò)熱,相當(dāng)一部分電力能源被浪費(fèi)掉,更嚴(yán)重的是會(huì)影響建筑電氣系統(tǒng)功能體驗(yàn)。如,經(jīng)常跳閘、燒毀電子元件;基于此,建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)必須重視諧波治理,目前主要采用的方法有兩種,其一是面向電網(wǎng)展開(kāi)治理,通過(guò)運(yùn)用非線性負(fù)載設(shè)備來(lái)減少諧波電流,但這已經(jīng)不屬于本文探討的范圍;其二,針對(duì)電氣系統(tǒng)中的運(yùn)行設(shè)備展開(kāi),即在進(jìn)行電氣節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí),要綜合多方面因素、通過(guò)科學(xué)計(jì)算,將運(yùn)行設(shè)備的供電控制在諧波含量安全的水平。第二,提高功率因數(shù)。物理學(xué)意義上的“功率因數(shù)”是指有功功率與視在功率的比,這一指標(biāo)對(duì)于電氣節(jié)能設(shè)計(jì)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。因?yàn)榻ㄖ姎庠O(shè)備多為感性負(fù)載,自身功率因數(shù)維持在較低水平,考慮到無(wú)功功率的存在,就不得不提高視在功率,這就牽涉電動(dòng)機(jī)、變壓器等裝機(jī)容量的持續(xù)上升,同時(shí),功率因數(shù)值低還會(huì)造成一定的線路損耗。解決這一問(wèn)題的方法,目前較有效且較經(jīng)濟(jì)的就是安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置。不僅可以有效減少電能損耗,同時(shí)電氣系統(tǒng)配備小容量電動(dòng)機(jī)、變壓器即可,整個(gè)電氣線路也可以使用截面較小的導(dǎo)線。第三,保障三相平衡。電氣系統(tǒng)中三相不平衡的危害主要有線路損耗、電機(jī)附加發(fā)熱及振動(dòng)、縮減電機(jī)壽命等,為保障三相平衡,需要注意以下事項(xiàng)。①建筑中用電設(shè)備在設(shè)計(jì)接入220V/380V三相系統(tǒng)時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行三相平衡,杜絕三相負(fù)荷不平衡的現(xiàn)象,從根源上實(shí)現(xiàn)有效治理。②電氣系統(tǒng)進(jìn)行功能劃分,其中照明系統(tǒng)接入低壓電網(wǎng)供電(220V),如果電流小于60A可采用單相供電,做到三相平衡供電,大于60A應(yīng)采用220V/380V三相四線制供電。③在電氣系統(tǒng)中安裝平衡裝置。
由以上論述可以看出,建筑物中配置相應(yīng)的防雷設(shè)備是重要的一項(xiàng)舉措,其不僅關(guān)乎建筑物穩(wěn)定安全地運(yùn)行,而且也事關(guān)社會(huì)穩(wěn)定,一旦處理不當(dāng)或布局失策,必將會(huì)對(duì)區(qū)域的建筑物使用造成不良影響,并會(huì)給人民的生活造成極大的困擾。因此,在具體實(shí)施電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)時(shí),既要保證其質(zhì)量效果,同時(shí),對(duì)于其中涉及的電涌保護(hù)器的選擇也應(yīng)高度重視,以將雷電可能對(duì)建筑物造成的傷害降到安全的區(qū)間內(nèi)。正是由于建筑電氣防雷防電的設(shè)計(jì)極為復(fù)雜且又是極為重要的部分,因此,務(wù)必要認(rèn)真精細(xì)地對(duì)待電涌保護(hù)器的選擇和具體配置。另外,還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)其研究和實(shí)踐,以使其性能和配置效果更為科學(xué)穩(wěn)定,從而更好地服務(wù)于建筑物的安全保障。