略论电涌保护器在民用建筑电气设计中的选用

黄宏华

摘要：随着人们生活水平的不断提高，电子信息设备在建筑物内的安装是很普遍的，由于其耐压水平较低，所以极易受到雷击。出现雷击时，建筑物外部的避雷针（带、网等）防雷装置可有效的防御直击雷对建筑物结构的破坏，避免造成火灾和人员伤亡。电涌保护器通过降低浪涌电压来保护电气设备。本文首先介绍了电涌保护器的结构原理、保护工作原理、分类及技术参数，然后重点论述了民用建筑电气设计中电涌保护器的选用，最后阐述了建筑物电涌保护器安装技术及要求。

关键词：电涌保护器；民用建筑；选用

中图分类号：F407.6 文献标识码：A 文章编号：

1电涌保护器的结构原理和工作原理

1.1结构原理

电涌保护器一般采用非线性特性极好的限压型元件(压敏电阻)。在正常情况下，浪涌保护器处于极高的电阻状态，漏流几乎为零，从而保证电源系统正常供电。当电源系统出现浪涌过电压时，浪涌保护器立即在纳秒级的时间内导通，将过电压的幅值限制在设备的安全工作范围内，同时将浪涌能量入地释放掉。随后，浪涌保护器又迅速变为高阻状态，从而不影响电源系统的正常供电。浪涌保护器可以在最短的时间(纳秒级)内将被保护线路接入等电位系统中，使设备各端口等电位，同时释放在电路上因雷电感应而产生的大量脉冲电流，将其短路泄放到大地，降低设备各端口的电位差，从而保护设备(或系统)免遭损坏。

1.2工作的原理

利用分级的浪涌保护器，层层泄放雷电感应的能量，逐级降低浪涌电压，从而保护用户设备。电涌保护器适用于220~380V的低压电源保护，其作用是承受预期通过的雷电电流，通过电涌最大钳压，抑制传导过来的线路过电压和过电流，并有效熄灭雷电流通过后产生的工频续流，把侵入电源线、信号线等各种金属线的瞬时电压在发生的瞬间限制在设备或系统所能承受的电压范围内，或者是将强大的雷电流泄入大地，从而保护电子设备和系统免受冲击被损坏。电涌保护器按其工作原理可分为电压开关型电涌保护器、电压限制型电涌保护器和复合型电涌保护器；按其安装形式又可分为并联型、串联滤波型和组合型。线路正常时，电涌保护器模块内的压敏电阻处于高阻状态，线路可正常工作，SPD显示窗为绿色；线路受雷击或操作过电压而引起最大峰值电流和能量耐量内的高能量脉冲影响时，压敏电阻呈纳秒级速度转化为低阻状态，并迅速将过电压限制在一个较低的幅值内，模块续流值为零，SPD显示窗为绿色。

2电涌保护器的分类

电涌保护器是用来限制瞬态过电压及泄放相应的瞬态过电流的装置，它至少应含有一个非线性元件。按工作原理分类可以分为电压开关型(也称“克罗巴型”电涌保护器)、限压型(箝压型)及组合型。按用途分类分为电源浪涌保护器(用于电气系统的电涌保护器)和信号浪涌保护器(用于电子系统的电涌保护器)。

3技术参数

(1)工作电压：SPD适合使用的场所的工作电压。

(2)最大持续工作电压Uc：SPD最大允许使用的场所的工作电压，最大持续工作电压即可持续加于电气系统电涌保护器保护模式的最大方均根电压或直流电压；可持续加于电子系统电涌保护器端子上，且不致引起电涌保护器传输特性减低的最大方均根电压或直流电压。

(3)标称放电电流In：SPD理论上可以承受此强度的冲击无数次后无损坏，标称放电电流即流过电涌保护器8/20μs电流波的峰值。

(4)最大放电电流Imax(8/20μS)：SPD最大允许的放电电流。

(5)电压保护水平Up：表征电涌保护器限制接线端子间电压的性能参数，其值可从优先值的列表中选择；电压保护水平值应大于所测量的限制电压的最高值。

4民用建筑电气设计中电涌保护器的选择

对应GB50057－2010《建筑物防雷设计规范》表6.4.4根据被保护设备的耐压等级将雷电保护级别分为四级，其各级防雷的目的如下，见表1。

表1雷电保护级别

第一级防雷的目的:防止直接的传导雷进入，将上万至数十万伏的浪涌电压限制到2500－3000V。

第二级防雷的目的:进一步将通过第一级防雷器的残余浪涌电压限制到1200－1500V，并实施等电位连接。

第三级防雷的目的:将残余浪涌电压的值降低到1000V以内，使浪涌的能量不致损坏精密设备。

电气设计人员在做低压配电设计时选用电源浪涌保护器的准则是:安装的SPD越靠近引来线路入户处(安装在总配电箱处)，建筑物内将被这处SPD保护到的设备越多(经济利益)；SPD越靠近需要保护的设备，其保护越有效(技术利益)，假如两级防雷就可以做到限制电压低于设备的耐压水平，就只需要做两级保护，假如设备的耐压水平较低，可能需要四级甚至更多级的保护，电源浪涌保护器参数选择见表2。

表2电源浪涌保护器参数选择

在选择浪涌保护器时按《GB50057—2010建筑物防雷设计规范》要求，首先应明确其安装位置，若是室外则选择带IP65的箱式浪涌保护器或选择模块浪涌保护加IP65防护等级箱的方式以满足安装环境的要求，若是安装在室内低压配电柜内则选择模块式电源浪涌保护器，其组合方式应根据接地系统的型式进行选择，有以下几种:三相TN－S、TN－C－S、TT(剩余漏电保护器之后)选择4级模块保护器；三相TT系统(剩余漏电保护器之前)选择3P+1(N－PE)模块保护器；三相TN－C系统选择3级模块保护器；单相TN－S、TN－C－S、TT(剩余漏电保护器之后)选择2级模块保护器；单相TT系统(剩余漏电保护器之前)选择P+1(N－PE)模块保护器。

安装在低压配电柜内的浪涌保护器的连接线(输入线和输出线)长度应小于0.5m，因连接线过长会产生额外的电压降。如果连接线长度不可能小于0.5m，输入线应采用V型连接方式(输入线和输出线的距离尽可能分开布置)。为了防止浪涌保护器本身出现短路击穿或工频续流，造成主电源进线开关跳闸而导致断电范围的扩大。在相线支路上每个浪涌保护器的前端必须串联熔断器或断路器等保护装置。

5建筑物电涌保护器安装技术及要求

5.1电涌保护器的设置原则

1）建筑总配电箱和终端配电箱的电涌保护器应设在进入室内断路器的电源侧，为防止室内投切过电压影响电子设备，还要把其插座回路上的电涌保护器装设在插座回路开关负载侧。2）为最大程度的减小电子设备上的过电压幅度，电涌保护器接地引线要小于0.5m。

3）不仅要在建筑物信息线路的总进户处信息线与PE线之间装设电涌保护器，还应在进入电子设备的信息线与PE线之间安装耐压25V、涌流1KA的电涌保护器，达到全面抑制进入电子设备的雷电残压，充分承接电子设备承受水平。

4）为防止线路感应电压影响，1级电涌保护器与被保护设备间距超过30m时，需在被保护设备前再装设2级电涌保护器。

5）要保证两级电涌保护器间距大于10m，防止2级保护器在一级保护器动作时发生误动作或先于一级保护器动作。

5.2电涌保护器的安装步骤

1）电压确认，是为了确定配电系统工作电压未超过设备所允许的最大工作电压，当测量的安装点电压值高于所安装电涌保护器规定的最大操作电压时，不能安装。

2）电涌保护器接入配电系统。首先科学、合理设计连接线的走向，尽可能达到线路最短；然后剪掉多余连接线部分，把电涌保护器接入配电系统接点，其中电涌保护器的绿色地线与配电系统的母线地线连接，电涌保护器的白色中线与配电系统的母线中线连接，电涌保护器的黑色火线与配电系统的火险连接。

6建筑物电涌保护器防雷设置的应用

电涌保护器的防护范围为电子信息系统中低压供配电系统的电源保护和电子信息系统的信号传输线路保护，可抑制由电源线路或信号线路进入的雷电电磁脉冲干扰，这两种保护对象均为电子信息系统的设备、器件，而且这些设备、器件都是微电子结构，其结构在相同的雷击电磁脉冲下较供配电设备脆弱，较小的过电压极易使这些微电子结构的设备、器件损坏。新建建筑物如学校多媒体教学楼、智能化生活小区、商务写字楼、电影院、车站等建筑区，工业建筑中如加油站、化工厂、易燃易爆场所、粮油棉物资仓库、液化站等均配备电子设备及计算机设备，为降低或避免雷电电磁脉冲引发的雷击事故发生，可根据建筑物设备所处的地理位置、环境和功能重要性等，来选择安装合理的电涌保护器是信息系统防御电磁脉冲的一个重要措施，同时起到拦截、分流和等电位联结的作用。

7结束语

SPD只是雷击电磁脉冲保护措施之一，SPD不应滥用。根据不同的需要和保护形式，与其他防雷措施密切配合，选择相应的电涌保护器做好接闪、分流、接地、等电位连接、屏蔽、综合布线等技术建设成综合防雷体系，同时要选择持续耐压高、通流容量大、残压低、响应速度快、使用寿命长等特点的电涌保护器，满足防雷安全设施需求，提高建筑物及其设备防灾减灾能力建设。一个建筑物内并非所有的配电箱都需要设置SPD。设计人员要根据所保护设备的位置、重要性和数量进行技术经济比较进行配合好的电源电涌保护器选用。

参考文献：

[1]JGJ16－2008，民用建筑电气设计规范［S］．

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[3]关象石.浪涌保护器的性能要求和使用原则[J].广东气象,2000.

[4]CECS174-2004建筑物低压电源电涌保护器选用、安装、验收和运行规程[S]