在民用建筑电气设计中电涌保护器的选用

刘吉庆

[摘要]在科学研究中，雷电灾害对于人类的伤害较大，死亡率也极高，再加上如今电气设备的普遍运用，其吸引雷电的特性极高，而在雷电天气一旦使用不规范或冒险使用，造成的危害性也较大。基于此，本文对电涌保护器的相关特性作了总结，结合电气设计实例分析，重点对周边电压电流环境、选择保护方式、选择断路器的内容作了介绍，在电气设计中注重电涌保护器的选择与相关特性，能较好解决居民用电情况，保护电器的使用安全。

[关键词]电涌保护器；民用建筑；电气设备；设计

在夏季，雷电天气较多，这时不仅需要如避雷针等建筑物外部的防雷设备起保护作用，内部的电涌保护器也可起到保护建筑物内电气设备的作用，加之人们防电意识薄弱，需要外界设备的帮助，因此在民用建筑电气设计中对于电涌保护器的选用就尤为重要，而判断电涌保护器的性能是否符合民用建筑也是如今备受关注的内容。

1.电涌保护器的工作原理

电涌保护器常被称为SPD，即指在雷电天气或瞬时过压情况下，对电气系统进行保护的设备，其常用于工业领域、家庭住宅、含电气设备的建筑物中，具有多种保护电涌模式，同时其具体设置于建筑中防雷区等电位连接处；其次，电涌保护器的设置需要建筑内的设备进行配合，使得电气设备在两者的相互作用下拥有能够承受住收到的压力耐电涌能力，其工作原理为利用分级电涌保护器，分级释放雷电感应带来的能量，以逐渐降低电气设备承受的电涌电压，保护用户电器设备。另外电涌保护器分为电压开关型电涌保护器、电压限制型电涌保护器以及复合型电涌保护器，主要通过电阻的最大压来抑制线路中带来的过电压与过电流，从而使雷电电流通过产生的工频续流与瞬时电压控制在电气设备可承受的范围内，同时其安装方式也多种多样，比如并联型、串联滤波型、组合型等方法。另外，当线路正常，電涌保护器的显示屏会显示绿色，而一旦民用建筑的电气设备线路遭受雷击或者当瞬时电压过大无法承受时，电涌保护器中的压敏电阻会立即以纳秒速度转化为低阻值状态，使得电压得以被限制在正常较低范围内，同时电涌保护器的显示窗会再次被显示绿色，以显示电流恢复正常状态，电器设备可进行使用。

2.电涌保护器的分类

电涌保护器可分为开关型电涌保护器、限压型电涌保护器、联合型电涌保护器，同时其分类主要按照最大持续运行电压、冲击电流、标称放电电流、保护电压水平等性能指标所规定。因此关于电涌保护器可分为以下三种类别。

2.1一级分类电涌保护器

一级电涌保护器主要用于民用建筑中密封式的电涌保护器，且常被运用于三相四线、三相五线等系统中，而桥接件包括在整体供货范围之间，即为三级保护体系中。其次，一级电涌保护器需离二级电涌保护器导线10m及10m以上的距离，外形尺寸与所有其它标准模块保护器系列相同，同时由于此种设计在各种场合中均可方便桥接，因此运用起来较为方便。

2.2二级分类电涌保护器

按照国标标准规定，导线中的电压电流进入系统前，要遵守设备耐冲击电压大于电涌保护器保护水平，以及电涌保护器保护水平大于电网最高波动电压的原则，并且只有通过测试合格的产品，才能作为二级分类电涌保护器被进行使用。其中，电涌保护器中UC不一定要大于UT，因为UC过低会影响到电涌保护器的运行以及使用寿命，而UC太高会使得电涌保护器的保护电平过高，导致安全事故的发生。其次，二级电涌保护器通常用于无接闪器的建筑物以及二次配电柜等区域，其特点为故障自分断功能、可故障显示、远程报警等情况。

2.3三级电涌保护器

三级电涌保护器被用于设备前端处等地方电位连接，同时三级电涌保护器能力较一、二级更强，其能保护到一、二级电涌保护器所保护不到的电气设备，即当一、二级电涌保护器所得的电压保护水平加上感应电压以及反射波效应，无法保护离其较远的设备时，即可使用三级电涌保护器进行电压电流远程与综合保护，其通常安装于配电柜、控制柜等电气设备中。

3.民用建筑电气设计中电涌保护器的选择分析

3.1综合考虑建筑周边电压电流环境

选择民用建筑电气设计的电涌保护器需要考虑被保护负载特性、现场环境特性、接地系统类型选择、用于保护电涌保护器的断路器选择等因素，其中为了保护电气设备免受大气过电压的危害，必须考虑的参数有被保护设备的冲击耐受电压以及接地系统类型和电网的最高运行电压，而关于现场环境特点的考察，应按有无避雷针或避雷设备的系统区分。如果建筑物安装了避雷针或其它避雷设备，譬如避雷针装在距离建筑物50m范围内或建筑外部，此时应选择安装最大放电流为65kA单位的电涌保护设备，而若建筑物外部或外处一定范围内无避雷针或避雷设施系统，此时的电涌保护器可另做选择。

3.2合理选择保护方式

依据接地系统类型的选择，关于电涌保护器相线与中性线问电压，以及电涌保护器的最大持续运行电压都需测量其范围，并依靠此数据制作表格，选择相线对地和中性线对地的共模保护或是相线与中性线问的保护，同时对TT系统（保护接地系统）和TN-S系统（接零保护系统）必须进行差模保护。

3.3科学选择断路器

电涌保护器的断路器选择需要考虑电涌保护器最大放电电流、断路器、额定电流、脱扣曲线等因素，并且断路器的分断能力需要大于所在之处通过的最大短路电流，且电涌保护器每极都要进行装置保护设计，但须注意的一点是，电涌保护器的后备保护要基于电气安全进行设计，即使开始选择适当的电涌保护器保护力度不够，采取后续的保护措施仍可增加电涌保护器的使用寿命，并且更能安全可靠的保护民用建筑的电气设施。

4.实例分析

某民用建筑物通过数据测量计算，其中可取地形校正系数为1；旷野孤立的建筑为2；砖木结构建筑物取1。河边、山坡下以及湖边山地中土地的地质电阻率较底，下方水露头处与山谷风口，以及特别潮湿的建筑物系数为1.5，建筑物高度大于100m。根据电气系统设备损坏的可被接受的最大一年平均雷击次数Nc与建筑物平均接受闪电次数之比，得到本工程需按A级要求设计防雷击电磁脉冲设施，同时根据防雷设施的等级，此工程需使用低压交流电源系统电涌保护方案，并要实施低压交流电源系统A级防雷电电压保护方案。

5.结语

总之，电器一旦使用不当或者遭受雷电的打击，给人们带来的伤害极大。因此在建筑电气设计过程中，除了要保证建筑电气设备的质量，还需在电气设计中注重电涌保护器的选择，保证建筑及居民生活与安全不受电力的伤害。同时建筑电气防雷防电设计本身就是一项较为复杂也极其重要的事情，所以设计人员对电涌保护器的选择、运用、安装都需格外注意，并需加深对其性能的研究与完善，促使其在电气设计中的进一步发展。