对高层建筑SPD参数的选择与应用的阐述

周昕炜

【摘要】雷电是一种频发的自然现象，雷电灾害是自然灾害中最为严重的种类之一，依据高层建筑特点，将外部、内部防雷协调统一，应用有效的防护措施，确保安全不受影响。采用建筑低压配电系统防雷设置电涌保护器（SPD）可以将雷击时电子设备电磁环境改善，经少经济损失。

【关键词】高层建筑；spd参数选择；spd的应用

一、雷电的产生

大气中的强对流会伴随着电荷分布的变化，大气电场也会随之发生变化，从而形成雷雨云（专业称“积雨云”），雷雨云团之间或雷雨云团与大地之间就可能发生剧烈的放电现象，这种强烈的放电就是闪电，又称雷电或雷击。

我国平均每年因雷击灾害所造成的损失为几十亿元。针对雷电灾害我国近年来先后出台了多部防雷标准和规范，为减少和防止雷电灾害的发生，各级政府部门，施工单位应严格按照标准、规范的要求监督实施。

二、浪涌保护器

浪涌保护器（SPD，Surge Protective Device）也即是我們常说的防雷器，又叫做电涌保护器、避雷器，是一种用于保护各种电子设备、仪器仪表、通讯线路免遭雷电电磁脉冲或操作过电压破坏的电子装置，是电子设备雷电防护中一种不可或缺的装置。SPD的作用是在直接或间接雷击时，能释放雷击涌流以及箝压功能，使得被保护设备不因雷击或操作过电压及浪涌电流而损坏；同时，在不能破坏电气系统正常运行。基于上述目的，

浪涌保护器采用的是温控保护电路和最新的灭弧技术，内置有热保护，能够彻底地避免火灾，且具有保护通流量大、残压低、响应时间快、结构严谨、性能可靠、工作稳定的优点，同时带有电源状态指示，能够对浪涌保护器的工作状态进行指示，在安防、通讯、交通、石化等领域内的电子设备和系统防雷防护中都有着广泛的应用。

三、目前使用的SPD主要有以下类型

（1）电压开关型。既是一个电涌电压控制的导通和高阻两种运行状态，当电涌电压超过规定数值时，SPD突然变为低阻，与使得巨大浪涌电流泄防至大地。

（2）限压型。与电压开关型SPD的区别是，阻抗随着电涌电压的增大，连续下降至低阻导通状态，其主要非线性原件是具有箝压功能的压敏电阻及瞬态抑制二极管，且其箝压水平较电压开关型要低。

（3）混合型的SPD。将电压开关型和限压型两种特性组合在一起的SPD，具体呈现那种特性由所承受的冲击电压决定。

（4）弱电系统专用SPD。现代民用建筑弱电系统日益复杂，各种电子设备逐渐渗透至建筑的各种功能中，基于电子设备本身对过压和过流的敏感和脆弱，该类SPD需针对不同的弱电应用系统来类型匹配。

根据上述SPD的类型可知，不同SPD表现出的箝压和泄流能力应与所处的应用环境遭受雷击后产生的电涌电压和电流数据相适应。否则，如SPD选择过大，则SPD保护能力浪费，且产生资金浪费；反之，选择过小则存在安全隐患，不能保证设备安全。因此研究雷击时在民用建筑电气系统中产生的电涌电压和电流值，以及分析被保护对象的防雷需求，对合理选择SPD至关重要。

四、SPD在防雷设计中的选择与应用

针对不同原因产生的过电压，其电涌保护器SPD的选用也不同。在实际应用中，要考虑一下几方面选择使用：

（一）电涌保护器SPD通常安装在电源线、信号线上对其进行保护。对于安装在电源线的SPD，要根据被保护对象的电气参数选择SPD的通流量、负载能力、残压和响应速度等，以便与被保护设备配合使用。对于信号线上安装的SPD，要根据信号线传输的信号电压选取。由于信号传输一般都为低电压，在不影响信号的传输前提下，通常采用限制线路上传输的最高电压从而保护线路。

（二）电涌保护器的电压保护电压值应小于被保护设备的冲击耐压值，这是基本原则。当线路电压超过被保护设备冲击耐压值时，被保护设备将受到损坏。当进线端电涌保护器保护电压与被保护设备耐压值之比过高时，可以加装二级电压保护器。采样逐级降压引流的方式可以达到保护效果。

（三）采样多级SPD保护时，其流通量应是逐级减小的。第一级应选用大通流量SPD，第二、三级选择通流量小的SPD。需要注意的是，当采用多级SPD保护时，要避免SPD残压过高和响应速度慢的原因，从而使被保护电路受损。

（四）尽量减小电涌保护器和被保护设备两端引接线的长度，每只并联SPD引接线总长度不宜超过0.5m，以减少引线的电感产生的压降对设备的影响。

（五）当进线端电涌保护器与被保护设备电气间的距离大于30m时，应在离被保护设备尽可能近的位置加装另一个电涌保护器。

（六）在实际应用中应选较大通流量或者热备份SPD。雷击过程往往是多次瞬间产生，通流量大的SPD使用寿命较长，有利于设备的保护。

（七）对于SPD引入和引出线应用扎带或胶布将其紧密捆扎在一起，这样能有效地消除感应磁场，降低压降。

五、SPD的参数的选择和相关问题

（一）电压保护水平Up：SPD限制接线端子间的电压值，以保证被保护设备处在耐压范围内，避免过压损坏设备。设计中，Up与SPD引线两端的感应电压总和要小于被保护设备的绝缘耐压值的0.8倍。

（二）最大箝压：箝压（Clamping Voltage ：CV） 是SPD 起作用时的限制电压。对压敏电阻这类SPD 来讲，最大箝压是SPD 箝压功能恶化情况下的残压。

（三） 最大持续运行电压Ue：可能持续加于SPD 两端的最大交流电压有效值和直流电压之和。超过此值运行时，SPD 将遭受热致损坏。

（四）最大冲击电流波形Iimp，规定SPD需满足何种冲击分类试验程序。在设计中，与SPD的保护分级一一对应，根据GB50057-1994（2000年版）规定和IEC61312，试验程序见表1。建筑物电气总进线的SPD采用10/350μs ，而不是8/20μs波形的原因是，前者的泄放电涌电流能力是后者的约20倍，具有很大的泄放容量；同时，该SPD安装处的雷电流参量本身为150kA，10/350μs的波形。因此，很多实际工程中在电源端选择8/20μs是不合理的。

（五）标称放电电流In：SPD承受预期雷电涌流的能力。因此所选SPD的In应高于安装处预期雷电涌流值。

雷电流进入建筑物后，约有50%通过相线与中性线的SPD泄放入大地。按照这种最不利条件得到SPD每相上的雷电流是：有屏蔽时，Iimp = 5.625kA；无屏蔽时为18.75kA。因此，电源进线端处，规范规定首级SPD的每相标称放电电流应大于15kA（10/350μs）；对三相系统IEC-T81规定Iimp 不小于50kA。规定的In 值按照防直击雷考虑，因此也可以防范感应雷和内部操作过电压在电源进线处产生的浪涌电流和过电压损害。建筑内的配电干线一般都为非屏蔽电缆线路，楼层配电盘的SPD，其每相Iin应大于20kA（8/20μs）。终端设备配电箱处安装的SPD，其每相Iin应大于3kA（8/20μs）。

结束语：

因此，正确的选择SPD是非常重要的，我们必须重视起来严格按各类规定规范进行选择设计，为工程提供最经济实用安全的防雷设计方案。

参考文献：

[1]陈谦，解读《建筑物防雷设计规范》如何选择SPD [J] 建筑电气，2012，（12）

[2]惠建新，石化电气工程浪涌保护器的应用 [J] 科技创新与应用，2012，（14）

[3]建筑物防雷设计规范（GB50057-94，2000）