试论民用建筑电气设计中电涌保护器的选用

钱森

（国家林业局林产工业规划设计院，北京 100010）

民用建筑内部电子信息设备的发展，让电子信息设备更广泛的得到应用。其中很多电子信息设备自身都存在电压低、耐压水平低的情况，要消除电脉冲对这些设备的影响，就需要加强雷电电磁脉冲的防护处理。电涌保护器就是能够为电子信息设备进行防雷保护的重要部件，简写为SPD。随着越来越多电子技术和电子设备广泛应用，对于集成电路敏感性的保护也越来越得到重视。

1 建筑内部雷电防范区域分析

现从建筑内部如何引入雷电入手，划分出防范区域，分析如何进行建筑内部雷电防范。雷电引入的方法主要包括以下几种：金属管直接遭受到雷击，雷电顺着导管和导线进入到建筑体内；建筑内的金属对雷电产生感应引起脉冲，借助电磁波形式进行传导；雷电直接冲击地面，由地网传入到大地产生高伏电位，再经由接地线或者零线等线路传入建筑体内。

直击雷主要影响的是建筑物外部未受保护装置保护的区域，电磁脉冲则影响的是建筑外部受到保护装置保护但是无法屏蔽电磁脉冲的区域，雷电能量直接导入则主要针对的是建筑内部一些特定的区域。根据这样的区域划分，我们要选取不同的防范装置。比如在会受到直击雷的区域，采用避雷针、避雷网做传统的避雷处理，在接闪装置无法更全面保护的区域，我们就应该采用电涌保护器来进行防护，消除雷击脉冲和电涌电流给建筑内电子设备带来的影响。

2 电涌保护器的基本工作原理

电涌保护器能够对雷击带来的瞬间过电压进行限制，将窜入的电流涌动限制在电子设备或系统能够承受的电压范围内，并且将强大的冲击电流传导到地下，从而保护设备和系统不受到冲击电涌带来的危害。工作原理主要是依靠放电间隙来实现保护。放电间隙就是两根金属棒之间拉开一定的保护间隙，一根金属棒接地，另外一根则和需要进行保护的设备和系统的相线或者零线相连。当出现瞬时过电压的时候，保护间隙将会被击穿，然后通过接地一边的金属棒将过电压引入大地，从而保护金属棒另一端的设备不受到电压升高带来的影响。

电涌保护器根据元件的不同还分为开关型和限压型，电压开关型包括放电间隙、气体放电管和闸流晶体管，这种开关型的电涌保护器在没有电流通关的时候能够保持阻抗，一旦出现高电压就会变成阻抗低值；限压型电涌保护器则包括压敏电阻和抑制二极管，限压型的是在遇到高电压的时候逐渐减少自己的阻抗。如果电涌保护器根据用途来划分，可以分为保护电源系统类、保护信号系统类和保护天馈线系统类。

3 电涌保护器设置的必要性

虽然建筑物都有设置防直击雷的避雷针、避雷带，但是大量的雷击案例都显示出了建筑物内雷电波入侵带来的危害。雷击沿着建筑物的线路入侵到内部的各种设备带来危害，而能够直接防止雷击电波入侵的最好方法就是设置电涌保护器。电涌保护器能够最直接的对建筑内的电子设备进行保护，降低由雷击带来的高电位电波，为电子设备撑开保护伞。

4 民用建筑电气设计中电涌保护器的选用

4.1 选型设计分析

选型对于电涌保护器来说还是比较重要的，可以从功能、参数等方面来进行选择。根据建筑结构的不同以及空间位置的影响，都需要选取不一样的电涌保护器，以达到最好的匹配度。另外在选型上也要注意环境的特点，根据不同的情况来进行设计分析。

影响选型的因素通常包括雷电保护器的等级、安全控件的系数以及其他系统要素，综合这几个方面的因素然后进行设计分析，才能选出最适合的电涌保护器。另外要注意端部引线的感应电压作用，避免电涌保护器的有效电压受到负面影响。还需要把握电涌保护器端部电线的长度，要保证截面最小。

4.2 电涌保护器的选择

根据建筑防雷等级来进行电涌保护器的选择，更准确的满足不同防雷建筑物的要求。第一类防雷建筑物即建筑物装设独立的外部防雷装置，室外低压配电线路先架空后埋地引入，这类建筑物最佳的电涌保护器应该是户外型I级试验产品。如果没有室外型则也可以选择室内型电涌保护器I级试验产品，安装的时候应该放置在IP 54箱内。另外第一类防雷建筑物还应该在电源引入的总配电箱处设置I级试验电涌保护器。第二类以及第三类防雷建筑物需要在两处设置I级试验电涌保护器，分别是低压电源线路引人的总配电箱和总配电柜处。

其中要注意二类及以上的防雷建筑物都应该选择电压保护水平小于等于2.5kV的电涌保护器；三类防雷建筑物则要另外根据建筑物防雷设计规范中的公式进行计算后选择。I级试验电涌保护器可以安装在LPZ1与LPZoB区域的交界处，II级试验电涌保护器一般适用于LPZ1与LPZ2以及更高区，且II级试验电涌保护器标称放电电流大于等于5kA。

4.3 通流容量的选择

电涌保护器的通流容量是指能够吸收而不损坏的最大能量，即最大可承受能量。如果超过这个值，电涌保护器就会失去保护效益出现损坏或者爆裂。在工程上因为无法将能量进行数据化的表示，就将允许通过的规定波形的电流幅值表征称之为通流容量。通流容量决定了一个电涌保护器能够承受多大的雷电波动电流。

不同的电涌保护器通流容量各不相同，所以在不同的场合应该选用不同通流容量的电涌保护器。一般通流容量要根据电涌保护器在系统中所承担的任务来进行选择，简单来说就是根据不同的功能来进行区别。LPZ1与LPZ0去交界处的电涌保护器就可以选择I级分类试验产品，在供配电系统中靠近电源侧的电涌保护器就应该比靠近负荷侧的要拥有更大通流量。

4.4 报警功能的选择

为了保证电涌保护器的安全运行，还需要对其运行状况进行实时监控和把握，所以要设置报警功能，一旦防雷模块出现了损坏就需要通过报警功能来及时提醒。现在所选用的报警系统一般有声光报警和遥信报警。其中声光报警适用于有值班室有值班人员的情况下，通过声光提醒让相应的值班人员能够到现场检测设备运行情况，及时更换损坏的部件。遥信报警则适用于无值班室的区域，遥信报警能够检测到电源断电或者缺项等等异常情况。

5 电涌保护器的后备保护

因为电涌保护器在电源中属于并联安装在电源相对中或相对地间的电气元件，出于电气安全的考虑，就应该在这个元件前安装一个短路保护器，我们比较常见的短路保护器包括断路器和熔断器。后续的保护措施，可以增加电涌保护器的使用寿命，更能安全可靠的保护民用建筑的电气设施。断路器和熔断器都是电涌保护器的后备保护，断路器相对于熔断器来说，在同样冲击电流的情况下能够更好地保护电压稳定。

熔断器具有分断能力高、尺寸小和价格便宜的优势，但是熔断之后并不能及时提示，这样值班人员就不容易发现熔断器已经熔断需要更换，容易出现后续保护不足的情况。断路器则是通过故障进行断开，不需要更换整个元件，只要进行操作即可重新使用，具有智能系统的断路器还可以实现遥信功能，但是断路器的价格相对高。

根据两种不同后备保护元件的优缺点综合分析，得出在低压配电系统中可以选择断路器作为前级保护，后级保护则应该使用熔断器。在日常的设计过程中，应该多因素进行考虑，将电涌保护器与后备保护元件进行多次试验后选取最好的组合方法来进行搭配。

6 结语

家庭电子设备越来越多，要想让这些电子设备进一步得到保护，不再接受来自雷电的电磁波干扰，就需要我们更多的去关注电涌保护器的选用。通过设计和分析选择适合不同建筑需求的电涌保护器，让电涌保护器成为电子设备的保护伞，为延长电子设备的使用周期保驾护航。在今后的民用建筑电气设计中，应该更多的关注到电涌保护器的选择，根据供电系统的整体情况以及环境来选择电涌保护器，让整个供电系统更加的安全可靠，也让所有电路系统中的电子设备能够持续运行而不受损害。

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[2] 王世山,李兆臣.民用建筑电气漏电保护器的应用[J].工程技术,2010,17.

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