电涌保护器在建筑电气设计中的应用分析

陈 琳

（厦门市气象灾害防御技术中心， 福建 厦门 361012）

0 引言

为了满足人们的生活、生产需求，现代建筑的电气系统越来越健全和完备。不过需要引起关注和重视的是，在建筑电气系统的使用和运行过程当中， 雷击或是其他外界干扰因素， 可能导致建筑电气系统回路出现尖峰电流或者电压，从而引发电气系统故障，甚至引起安全事故[1]。为了增强建筑电气系统的安全性， 就应当在建筑电气系统的设计过程当中， 将电涌保护器的应用作为一项关键课题，积极加强研究、探讨与实践，一方面既要客观认识电涌保护器的作用效果和工作原理， 了解电涌保护器的不同分类，另一方面更要正确、合理的选择与安装电涌保护器。确保电涌保护器的应用，能够切实增强建筑电气系统的安全性，保障建筑电气系统安全。

1 电涌保护器的作用效果和工作原理

1.1 电涌保护器的作用效果

最原始的电涌保护器在19 世纪末期就已经出现，当时主要被应用于架空输电线路， 可以有效避免雷击造成的事故。 经过百余年的发展，电涌保护器在结构、功能等方面，都越来越健全和完善，安全保护性能也越来越强[2]。 如当前的电涌保护器，一是保护通流量大，残压极低，响应时间快，可以在极端的时间内做出反应；二是当前的电涌保护器都采用了灭弧技术，能够显著降低火灾的发生率；三是内置热保护，能够通过温控的方式，为电路提供安全保护； 再者是当前的电涌保护器在结构上更加稳定、可靠，并且都带有电源状态指示，能够直观反映电涌保护器的工作状态[3]。 总之，在各种类型的建筑中，其电气系统的设计，都可以通过电涌保护器的应用，来增强建筑的安全性，强化建筑电气系统安全保护。

1.2 电涌保护器的工作原理

建筑电气系统在雷击下，会瞬间承受非常高的电流或是电压，这会对电气系统造成破坏，并损坏与电气系统连接的各种仪器、仪表设备，甚至引发火灾等安全事故。 电涌保护器能够在建筑电气系统受到雷击的时候，对电压进行有效的限制，将冲击电流传导进入地下，从而保证电气系统免受异常电流、电压的危害[4]。 其具体的作用原理，主要是通过放电间隙，来为电气系统提供保护。 所谓的放电间隙，简单来说就是在两根金属棒之间，拉开一定的距离，其中一根金属棒与需要保护的电气系统或相应设备的零线或相线相互连接，另一根金属棒直接接地。如果在雷击或是其他外界因素的作用下， 电气系统出现了瞬时过电压，两根金属棒之间的间隙就会被击穿，接地的金属棒，此时就可以将电压有效的引入地下， 这样受保护的电气系统或相应设备，就可以免受异常电压的影响。现目前电涌保护器按照其所使用的元件的不同， 可以分为开关型和与限压型， 其中开关型电涌保护器的组成主要包括了闸流晶体管、气体放电管与放电间隙，这种电涌保护器的主要特点，是能够在不存在电流通关的情况下，始终保持阻抗。 而在有异常电压出现的情况下，其阻抗就会变低。与开关型电涌保护器不同， 限压型电涌保护器的组成主要包括了抑制二极管及，压敏电阻。这种类型的电涌保护器，在出现异常电压的时候，能够逐渐降低阻抗[5]。建筑防雷是现代建筑在设计、建设和使用过程当中，必须要关注和重视的问题， 特别是在建筑电气系统集成度越来越高的情况下，更需要做好防雷工作。虽然现代建筑都会普遍性的使用到避雷带、避雷针，但是其并不能完全保证建筑安全，不少实际的案例都显示，在雷击作用下，即使拥有避雷带、避雷针的保护，电气系统也依然可能受到破坏，容易发生仪表、设备等损坏。 面对这样的情况，就必须要在建筑电气设计中，科学、合理的应用好电涌保护器，最大限度保障建筑及其电气系统安全。

2 电涌保护器的不同分类

2.1 一级电涌保护器

从实际的情况来看， 电涌保护器可以分为不同的种类，而且分类依据的标准不一，分类方式也各不相同。 如除了可以按照其不同的构造分类之外， 还可以按照不同的等级对其进行分类。一级电涌保护器多为密封式电涌保护器，另外在三相五线和三相四线的系统当中，也较为常用。应当注意的一个问题是，只有在一级电涌保护器的桥接件处在整体供电区域内，才能够起到真正有效的保护作用[6]。 同时，一级电涌保护器与二级电涌保护器之间的距离，不少少于10m。从外形和尺寸上来看，一级电涌保护器与标准的电涌保护器并没有明显的差异，而且相较而言，一级电涌保护器的桥接方式更加便捷，所以应用也较为高效。

2.2 二级电涌保护器

在经过了一级电涌保护器之后， 还会有残余的电涌电压存在，此时就需要二级电涌保护器继续发挥作用，将残余的电涌电压控制到1500V 到2000V， 并对第一防护区和第二防护区进行电位连接。如果二级保护为分配电柜线路输出的电涌保护器，需要采用的电涌保护器类型应当为限压型，雷电流容量至少需要达到20kA。 其安装位置，应当位于重要或敏感的用电设备的分路配电处。 这样一来， 二级电涌保护器便可以对残余电涌能量起到很好的吸收作用，有效抑制瞬态过电压。二级电涌保护器需要采用C 类保护器，进行包括中—地、相—地和相—中在内的全保护，响应启动的时间，要小于25ns。

2.3 三级电涌保护器

如果说一级电涌保护器是为了保护整体， 二级电涌保护器是为了保护局部， 那么三级电涌保护器就是为了保护具体的电气系统设备。 三级电涌保护器一般情况下都位于设备的前端， 其能够直接将异常电压降到1000V一下，从而防止设备应异常高电压受到损坏。

3 建筑电气设计中电涌保护器的选择

3.1 电涌保护器选型

在前文当中已经提到， 电涌保护器可以分为不同的类型，这些不同类型的电涌保护器，在实际的使用时，有着不同的功能特点，正确的选型，才能保证电涌保护器发挥出应有的保护作用。实践当中，必须要正确的选择电涌保护器，才能确保其发挥出应有的作用。应当根据不同的建筑结构、空间位置，选择具有相应参数和功能的电涌保护器，提高建筑和电涌保护器的匹配度。 如首先是需要做好对建筑的环境分析工作， 根据环境情况选择电涌保护器。 影响电涌保护器选型的因素多，如系统要素、安全控件系数，以及雷电保护器等级等。需要对各方面的因素进行综合考虑，科学、系统的进行分析，才能满足实际需求。作为技术人员，需要尤为注意端部引线感应电压，避免对保护器的有效电压造成影响。除此之外，还需要对保护器端部电线的长度，进行合理的控制，做到截面最小化。

3.2 电涌保护器选择

不同的建筑由于其高度、结构、功能的不同，所以其对于防雷保护的需求也不同，对于这样的情况，应合理选择电涌保护器，针对性的满足建筑防雷需求。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，安装通过一级分类试验的电涌保护器或限压型电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[7]。 在第一防护区之后的各分区（包含LPZ1区）交界处安装限压型电涌保护器，作为二、三级或更高等级保护。通过一级保护器之后，还会存在残余电压，依然具有安全危害， 二级保护器则是针对残余电压的保护设备，同时其还可以防护区内感应雷击。也就是说，如果在一级保护器之后，能量不能被完全吸收，可能对用电设备或三级保护造成安全危害， 就必须要使用到二级保护。 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。在线路的长度较长的情况下，感应雷能量也就会相应增大，此时必须要在二级电涌保护器的作用下，对能量进行安全的泄放。 通过二级电涌保护器的残余能量会降到更低， 通过三级电涌保护器可以完成进一步的安全保护[8]。 按照用电设备的耐压等级，如果二级防雷就能够将电压控制在耐压等级之内，就可以不用三级防护。相应的，如果用电设备的耐压等级低，就需要三级、四级甚至是更多的安全保护。

3.3 通流容量的选择

电涌保护器的通流容量参数， 指的是它能够吸收的最大能量， 也就是其可以承受的最大能量。 如果能量过大，超过了其通流容量参数，那么电涌保护器就会失去应有的保护作用，发生损坏、引发事故。在实际的工程当中，没有办法采用数据化的方式对能量进行表示， 可以利用波形电路幅值，来表示通流容量，如此便可以了解其能够承受的最大能量。电涌保护器的通流容量各有差异，在不同的情况下，需要根据实际需求进行选择[9]。 意思应当合理的选择通流容量的电涌保护器， 而是需要进行合理的分区，对于LPZ1、LPZ0 交界处的保护器，可以使用分类试验产品。 在供配电系统中，靠近电源侧电涌保护器，通流量应当高于负荷侧。

4 建筑电涌保护器的安装

4.1 建筑电涌保护器安装的基本要求

在建筑电气设计中， 对于电涌保护器的安装也应当给出明确的规范。 如首先需要明确建筑电涌保护器安装的基本要求， 第一是如果电涌保护器被设计在总配电箱火终端配电箱中， 应当对其具体的安装位置加以合理的控制。 一般情况下，需要位于进入室内断路器的电源侧，防止对电气设备的正常运行，造成异常影响。而且需要将插座回路上的电涌保护器设在插座回路开关的负载侧；第二是考虑到电气设备的过电压会影响到其正常使用，要想解决这一问题， 就需要保证电涌保护器的接地引线不短于0.5m；第三是要想切实、有效的防止雷电残压带来的危害和影响，应当细致做好两个方面的工作，首先是在总进户处信息线与PE 线间增设电涌保护器。其次是电子设备的信息线与PE 线间需要适配电涌保护器（耐压25V、涌流1kA）。 在两个区域的电涌保护器的联合作用下抑制进入电子设备的雷电残压， 尽可能减小对电子设备的干扰；第四是需要注意对线路感应电压进行维持，使其保持稳定，尽量避免外界带来的干扰，被保护的电气设备与一级电涌保护器之间的距离， 不能超过30m 没如果超过了这个距离，就应当考虑安装二级电涌保护器。第五是两级电涌保护器相互之间的距离，应当在10m 以上，如果其二者之间的距离过近，就可能产生相互影响。如一级保护器在发生动作的时候，可能致使二级保护器出现失误动作，难以起到最好的保护效果。

4.2 建筑电涌保护器安装流程

在实际的建筑电涌保护器安装过程当中， 需要首先对电压进行准确的确认，明确配电系统的工作电压，确认系统工作电压在电涌保护器的最大工作电压之内。 而且需要进行现场测试，如果安装点的电压值偏高，超过了电涌保护器的最大工作电压，就不具备安装条件，不能进行安装。确认符合安装条件之后，便可以将电涌保护器接入系统当中，对于连接线的长短，应当进行合理控制，在保证正常安装的情况下，应当尽可能的缩短连接线，避免连接线过长，确实过长的连接线，需要使用工具剪去，再向配电系统接点处接入电涌保护器，装置的黄绿色地线、蓝色中线、黄绿红色火线均要连接至指定位置，按照“黄绿色地线连接配电系统的母线地线、 蓝色中线连接配电系统的母线中线、黄绿红色火线连接配电系统的火线”的对应关系将各线路连接到位。安装完成之后，进行全面的检查，保证电涌保护器能够正常的工作。

5 结束语

为了保障建筑安全， 在现代建筑的电气设计过程当中，应当重视并切实应用好电涌保护器。通过电涌保护器保证建筑在受到雷击，或是发生其他意外情况的时候，可以快速导通分流，防止建筑电气系统发生故障，避免电气系统设备损坏，预防安全事故发生。