智能一体化防雷SPD在大型项目上的应用

杜毅威

(中国建筑西南设计研究院有限公司，成都 610042)

0 引言

民用建筑尤其是如大型机场航站楼类的大型民用建筑项目，信息电子设备使用量大，对雷电电磁脉冲过电压的防护要求很高，浪涌保护器(SPD)使用量很大，对SPD状况的监控就非常重要。笔者所在单位在某新建大型机场工程航站楼、GTC等项目的防雷设计中，设计了智能一体化的浪涌保护器。现将相关技术做个分享，供各位同仁参考，不当之处，欢迎批评指正。

1 概述

机场航站楼属于第二类防雷建筑物，按 GB 50343-2012《建筑物信息系统防雷设计规范》第4.3.1条，其建筑电子信息系统防护等级为A级。航站楼内各类智能化电子设备众多，对雷电防护的连续性和安全性要求很高。防雷系统出现问题，可能会造成重要设备故障损坏、重大财产损失等，甚至会导致系统瘫痪引发重大安全事故。

在各级低压配电系统的进线处设置SPD是防雷电过电压和操作过电压的重要保护措施。本项目设计在航站楼电源系统的总配电柜、分配电箱、机房及设备端的配电箱电源进线处，分别设置了电源型SPD。

2 大型机场航站楼采用常规型SPD存在的问题

对于大型机场航站楼这一类大型工程项目，有着SPD数量庞大、维护不便等特点。由于SPD会在使用过程中逐渐劣化失效，如采用非智能常规型SPD，维修人员需要定期巡检和故障排查，在消耗大量人力、物力的同时，仍无法第一时间发现故障，雷电防护的连续性得不到保障。

常规型SPD存在的问题：无法确认SPD是否起到防护作用；不能及时更换失效的SPD，保证SPD防护的连续性；不能预计SPD的剩余寿命；不能查询SPD维护、雷击事件等档案记录；SPD不能自动发出报警信息等。

3 智能防雷监控系统

针对常规性SPD存在的诸多问题，国内已有多家防雷生产研发企业，研发出了智能防雷监控系统，使维护人员能够实时监控整个防雷系统的运行状态，及时发现故障和需要更换的SPD，有针对性地进行维护，保障各系统安全、正常运行。

智能防雷监控系统采用现代网络和通信技术，对SPD 进行智能化管理，通过收集、整合所有SPD关键数据，实现对SPD的远程监测，同时针对监测数据进行统一的记录、管理，使防雷产品维护管理及时、方便、有效。

3.1 智能防雷监控系统组成

系统主要包括：智能型SPD、数据采集终端、通讯管理单元、智能监测软件。其组成架构图可参见图1。

3.2 智能防雷监控系统功能优势

(1)在线监测

将SPD智能组网，提供图形化监控界面，实时监测SPD运行状况(参见图2)，对SPD全局管理，直接定位故障SPD安装位置，实现防雷、实时监测、运行配置、遥信等功能。

(2)故障告警

SPD的故障包括：热脱扣、熔断器断路、瞬变管损坏、漏流、模块非法拔出、通讯超时等。

当SPD发生以上故障失效时，监控子站或主站能够通过如下方式(可选)发出报警信号：报警灯闪烁、软件监测界面中设备对应图标闪烁、输出到大屏幕显示、发出报警音、故障记录自动打印、将SPD劣化信息以短信的方式发送至负责人的手机等。

另外，报警内容包括故障点名称、故障内容、故障发生时间、处理建议和故障点位置等，通过上位机监控软件可以实现故障的准确定位。可以在上位机画面上锁定故障SPD所在位置，及时有效地进行SPD的维护。

图1 智能防雷监控系统架构图

图2 智能SPD监控系统图形页面

(3)寿命预警

机场项目对SPD更换的及时性要求很高，在SPD劣化到预设程度时自动发出告警信息，提醒维护人员提前更换，从根本上保证了SPD对设备保护的连续性和有效性。图3所示如为系统对SPD设备详细信息的记录及预警信息。

图3 智能SPD监控系统对设备的详细信息记录

(4)查询统计

智能SPD监控系统拥有自动监测并记录雷击发生时间、通流强度、雷击波形、雷击次数等情况的动态数据库，用户可以通过监控主机进行雷击情况查询，并可统计各通流强度范围内雷击次数的累计值，让用户清楚地了解到各SPD的实际防护作用。

用户通过监控主机可以自动查询每个在线SPD的信息，包括运行状况、故障信息、安装位置、维护记录等。该系统提供SPD维护记录、运行状况等各种报表功能，支持打印输出，方便进行数据统计管理存档。

(5)无人值守

防雷系统在报警或预警时，系统能够自动发送故障报警短信给值班负责人手机，实现无人值守，为机场节省大量的人力、财力。

4 SPD专用后备保护装置SCB

SPD后备保护器通常选用断路器或熔断器，SPD失效后，当流过SPD的工频电流处于后备保护装置的动作盲区或后备保护装置因故障无法正常动作时，会存在SPD发热、冒烟、起火等安全隐患，严重的会造成电气火灾事故，需要从根本上避免这种安全隐患。

对于机场航站楼这种人员密集、设备复杂、重要等级高的建筑物，对火灾防护的要求非常高。而传统的SPD存在工频电流防护盲区，存在电气火灾的隐患。

SPD专用后备保护装置(SCB)，通过改进温度脱扣装置材料和结构提升形变与脱扣温差等措施，动作区域覆盖所有电流区间，实现全电流无动作盲区失效保护，解决了SPD通过数安培工频电流时能脱扣，在通过与SPD相匹配的冲击电流时不动作，消除了MOV失效起火的安全隐患，实现了本质安全。

熔断器、断路器及SPD专用后备保护装置实验验证见表1～2。

1 200 V 暂态过电压(TOV)试验数据记录情况 表1

工频故障电流试验数据记录情况 表2

5 智能一体化集成浪涌防护器

国内一些防雷公司已推出智能一体化集成浪涌防护装置，集新型防雷芯片、热保护装置、失效保护装置、后备保护装置(熔断器)于一体，减少了线路盘绕，使SPD器件电感量大幅减小，系统残压大幅降低，提高了防雷系统的保护性能和信息设备的安全性。一体化集成浪涌防护装置采用浪涌防护的多功能模块化、智能化，软硬件结合，组成了完整的防雷保护解决方案。

新型一体化集成浪涌防护装置具有的优势有：采用熔断组合集成技术，减少线路缠绕，提高有效保护水平；改进MOV芯片，采用多管脚结构，有利于雷电流的泄放，有效降低Up值；采用Uc 420V芯片，提高了产品安全性和使用寿命；采用可插拔智能监控模块，实现智能防雷功能。

6 结束语