浪涌保护器在民用建筑电气设计中的选用

朱成烈

（广东省建筑设计研究院有限公司，广东 广州 510010）

0 引言

雷电灾害是较严重的自然灾害，在民用建筑中，必须注重电气系统的设备防雷保护，预防财产损失。通过设置浪涌保护器可有效保护建筑内部的电气设备。在建筑电气设计中，合理选择浪涌保护器及其后备保护装置是一个重要的课题。

1 浪涌保护器工作原理

浪涌保护器是在雷电天气、瞬时过压状态下，有效保护电气系统的设备，多应用在住宅建筑、商业建筑、工业建筑中。电涌保护模式较多，大多设置在配电柜或配电箱中。设置浪涌保护器必须配合建筑内部电气设备，确保电气设备配合度及承受耐电涌能力。工作原理是通过分级浪涌保护器，分级释放雷电感应能量，使电气设备承受电涌电压降低，对用户电气设备予以保护。此外，浪涌保护器分为开关型、电压限制型、复合型，利用电阻最大压，对线路过电流、过电涌进行抑制，确保雷电电流产生工频续流、瞬时电压均处于电气设备可承受范围内，形成多元化安装方式，如组合型、串联滤波型、并联型。此外，线路正常运行时，浪涌保护器显示屏为绿色，当电气设备线路遭受雷击伤害、瞬时电压较大时，浪涌保护器中压敏电阻以纳秒速度转化为低阻值状态，将电压限制在被保护设备的耐受电压范围内，并泄放电涌电流，当浪涌保护器显示窗转为绿色时，表示电流恢复正常，可正常使用电器设备。

2 浪涌保护器在民用建筑电气设计中的选用

2.1 分析选型设计

选型对于浪涌保护器的影响非常大，基于参数、功能角度分析，按照不同建筑结构、空间位置需选择不同浪涌保护器，以此确保匹配度最佳化。在选型时，注重环境特点分析，按照不同情况做好优化设计。选型影响因素较多，如雷电保护器等级、安全控件系数、系统要素等。联合上述因素，做好科学化设计分析，方可确保浪涌保护器选型效果。技术人员应当关注端部引线感应电压作用，防止影响浪涌保护器有效电压；同时合理控制浪涌保护器端部电线长度，确保截面最小化。

2.2 合理选择浪涌保护器

按照建筑物防雷保护等级合理选择浪涌保护器，以此满足不同防雷建筑物需求。在直击雷非防护区（LPZ0A）或在直击雷防护区（LPZ0B）与第一防护区（LPZ1）交界处，安装通过Ⅰ级分类试验的浪涌保护器或限压型浪涌保护器作为第一级保护，对直击雷电流进行泄放，或当电源传输线路遭受直接雷击时，将传导的巨大能量进行泄放。在第一防护区之后的各分区（包含LPZ1区）交界处安装限压型浪涌保护器，作为二、三级或更高等级保护。第二级保护器是针对前级保护器的残余电压以及区内感应雷击的防护设备，在前级发生较大雷击能量吸收时，仍有一部分对设备或第三级保护器而言是相当巨大的能量传导过来，需要第二级保护器进一步吸收。同时，经过第一级防雷器的传输线路也会感应雷击电磁脉冲辐射。当线路足够长时，感应雷的能量就变得足够大，需要第二级保护器进一步对雷击能量实施泄放。第三级保护器对通过第二级保护器的残余雷击能量进行保护。根据被保护设备的耐压等级，假如2级防雷即可达到限制电压低于设备的耐压水平，只需做两级保护；假如设备的耐压水平较低，可能需要4级甚至更多级的保护。

2.3 合理选择通流容量

浪涌保护器通流容量是可吸收最大能量，为最大可承受能量。当超过最大可承受能量时，浪涌保护器无法起到保护效果，并产生爆裂和损坏问题。在工程上，无法通过数据化方式表示能量，允许通过波形电路幅值表示通流容量。通过通流容量，可了解浪涌保护器的雷电波动电流承受极限。

当浪涌保护器不同时，则通流容量也不同。因此在不同场合中，选择通流容量不同的浪涌保护器。按照浪涌保护器的任务承担度，合理选择通流容量，按照不同功能做好区分。对于LPZ1、LPZ0交界位置浪涌保护器，可选择分类试验产品。在供配电系统中，靠近电源侧浪涌保护器，通流量应当高于负荷侧。

2.4 合理选择报警功能

为确保浪涌保护器运行安全，需实时监控和把握运行状态，科学设置报警功能。当防雷模块损坏时，需利用报警功能提醒。选择报警系统时，可选择遥信报警、声光报警。其中，声光报警可应用到值班状态，利用声光提醒，确保值班人员及时到达现场，对设备运行状态进行监测，同时更换损坏部件。遥信报警可应用到无值班状态，通过遥信报警，可以电源断电、缺项进行检测。

3 浪涌保护器后备保护选择

在SPD专用浪涌保护器面世之前，常用的后备保护装置有微型断路器、塑壳断路器、熔断器。在选择后备保护装置时，应当考虑到电涌耐受能力、工频过载保护能力、电压保护水平。其中，断路器、熔断器电涌耐受能力如表1，2所示。通过比较可知，当额定电流一致时，熔断器耐受能力不及断路器。大规格熔断器可耐受大电涌冲击，但尺寸较大。

表1 断路器电涌耐受能力

表2 熔断器电涌耐受能力

对于断路器、熔断器工频过载保护能力，微型断路器分段能力达到15kA，可将低压配电系统末端浪涌保护器安装位置最大预期短路电流。针对第一级和第二级浪涌保护器，安装位置预期短路电流可能无法安全分断。塑壳断路器、熔断器均具备较强分断能力，可对第一级、第二级浪涌保护器安装位置预期短路电流进行分断，然而低短路分断存在问题，整体尺寸比较大。

断路器残压非常高，使SPD支路的有效电压保护水平Up/f大幅升高，设备两端实际的保护水平很低；熔断器在低电涌冲击时的残压较低，但在高电涌冲击下的残压也很高，使得SPD支路的有效电压保护水平Up/f大幅升高，设备两端实际的保护水平很低；而SPD专用后备保护器可以解决上述缺点，因其具备如下能力：分断SPD安装线路的预期短路电流、耐受通过SPD的电涌电流不断开、分断SPD内置热保护所不能断开的工频电流，其将来很好的选择。

4 结语

电子信息设备支持下，由于耐压水平、电压水平低，因此要消除电脉冲的不良影响，需注重防护雷电电磁脉冲。电子技术与电子设备的推广应用，开始关注到集成电路敏感性保护，通过浪涌保护器，可为电子信息设备提供保护。