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民用建筑电气设计中电涌保护器的运用

2022/03/10 阅读:

摘要:电子信息设备常见于人们的日常生产、生活中,是重要的生产工具,也是改善生活品质的重要装置。但电子信息设备的耐压水平普遍较低,遭遇雷击时易损坏,需要采取有效的防护措施。电涌保护器则是电子信息设备的重要“保镖”,可抵御雷击电磁脉冲干扰。在民用建筑中电涌保护器得到广泛的应用,但其型式多样,需要合理应用。鉴于此,本文以民用建筑电气设计工作为背景,提出电涌保护器的选用要点以及安装做法,以供参考。

关键词:民用建筑;电涌保护器;防雷措施;选用要点

1建筑物内部防雷系统概述

雷电电涌侵入的形式较多,例如,金属管遭雷击后由导管和导线引导,使雷电顺其进入建筑物内;分布在建筑内的金属构件在接触到雷电后产生感应,从而出现脉冲,依托于电磁波的形式实现传递;雷电对地面造成冲击作用,沿着地网传递至大地,从而出现高电位,此后经由接地线等相关路径进入建筑体。外部防雷系统可用于直击雷的防护,对于雷电电涌侵入的防护要通过内部防雷系统实现。内部防雷系统由等电位连接、共用接地装置、屏蔽、合理布线、电涌保护器等组成。合理设置电涌保护器,对于减小和防止雷电流在需防护空间内所产生的电磁效应是非常有效的。

2按工作原理分类电涌保护器的类别

(1)电压开关型SPD:关键组成包含气体放电瞬态二极管、放电间隙等,无瞬时过电压时保持高阻抗的状态,若产生雷电瞬时过电压,其阻抗值将极快发生变化(突变为低值),使雷电流通过。通常,在建筑物外非雷电保护区安装电压开关型SPD,此布设方式可以有效消除电网后续脉冲电流。不足之处在于存在较高的残压,通常达到2~4kV。

(2)限压型SPD:无瞬时过电压时保持高阻抗的状态,随着电涌电流和电压的增加,阻抗连续变小,电流电压呈现出较为突出的非线性特征。从布设的角度来看,通常将其安装在建筑物内部,用于疏导8/20μs的模拟雷电冲击电流。

(3)分流型SPD:以并联的方法实现与被保护设备的连接,正常工作状态下呈高阻抗,存在雷电脉冲时则快速转变为低阻抗。

(4)扼流型SPD:包含低通滤波器、高通滤波器、扼流线圈、1/4波长断路器等。不同于分流型的是,其与被保护的设备串联。正常工作状态下呈低阻抗,存在雷电脉冲时则快速转变为高阻抗。

3民用建筑电气设计中电涌保护器的选用

根据被保护设备的耐压等级特点,对雷电保护等级做出划分,即形成四个级别,具体内容如表1所示。各个级别均有其特定的防雷作用,具体做如下分析:第一级:阻止传导雷进入,对浪涌电压做有效的抑制处理,将该值稳定在2500~3000V。一般选用电压开关型,设置在户外线路进入建筑物处。第二级:在前述处理的基础上对残留浪涌电压做进一步的限制处理,将其稳定在1200~1500V,在满足此要求的同时采取等电位连接操作。一般选用限压型,设置在建筑物楼层配电箱处。第三级:进一步控制残留浪涌电压,确保该值可以稳定在1000V以内,且尽可能降低,以确保残余浪涌电压不会对建筑内部的精密仪器造成影响。一般选用限压型,设置在设备机房配电箱处。电源浪涌保护器是实现防雷目标的关键装置,在设计时需重点考虑以下几点:合理控制好SPD的位置,其越靠近引来线路入户处时,所产生的保护范围则越广,有更多的设备可以得到SPD的保护,从而取得较佳的保护效果;SPD越靠近待保护的电子设备,取得的保护效果则越好。此外,在设计时需考虑分级数量的控制问题,若仅采用两级防雷的方法便可以高效限制电压(使其能够稳定在设备耐压水平以内,以免造成损伤),则无须额外增设其他的控制层级,即仅采取两级保护的模式即可。如果设备的耐压能力极为有限,为有效保证设备的安全性与稳定性,则需要扩充控制等级,例如,三级或更多的等级,经过逐层防护后避免设备受扰。浪涌保护器的选择需根据实际安装环境而定,室外以带IP65的箱式浪涌保护器为宜,或是根据需求采用模块浪涌保护器加IP65防护等级箱的配套化方案;室内低压配电柜安装中,则以模块式电源浪涌保护器为宜,需保证装置连接线的长度被控制在0.5m内,否则,将由于连接线长度过大而出现额外的电压降。从浪涌保护器自身运行的角度来看,当其出现短路击穿或工频续流问题后将会迫使进线开关跳闸,随之扩大断电的范围。对此,可以对相线支路上的浪涌保护器做出优化,在其前端以串联的方式设置电涌保护器后备保护装置。

4建筑物电涌保护器的安装

4.1基本要求

(1)对于设置在总配电箱和终端配电箱中的电涌保护器,需要合理控制其设置位置,通常应设在进入室内断路器的电源侧,此时,可以规避室内投切过电压所造成的不良影响,确保电子设备可以稳定运行;此外,需将其插座回路上的电涌保护器设在插座回路开关的负载侧。

(2)电子设备的过电压会对其正常使用造成影响,为解决此问题,要求电涌保护器接地引线长度控制在0.5m以内。

(3)为有效抑制雷电残压,需要做好两个方面的防护工作:一是在总进户处信息线与PE线间增设电涌保护器;二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。

(4)线路感应电压维持在稳定的区间内,为减小外部对其的干扰,一级电涌保护器与被保护设备的距离控制在30m内,若超过该距离则需增设二级电涌保护器。

(5)两级电涌保护器的间距需达到10m以上。若距离过近,在一级保护器动作时二级保护器容易出现误动作的情况,或出现二级保护器提前执行动作的情况,此时,均会影响最终的保护效果。

4.2安装流程

(1)首先,是电压确认,此举目的在于明确配电系统的工作电压,确保该值不超过电涌保护器的最大工作电压。经测定后,若安装点的电压值偏高,指的是该值超过电涌保护器的最大操作电压,则不具备安装的条件。

(2)在电压可满足操作要求的前提下,将电涌保护器接入配电系统。合理设计连接线,在不影响正常使用的前提下尽可能缩短连接线的长度;此后确定多余的连接线,将该部分剪去,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。

5电涌保护器的应用效果

电涌保护器具有覆盖范围广、保护能力强的特点,在电子信息系统中可以实现对低压供配电系统的电源保护,也可以对信号传输线路进行保护。日常运行中,电涌保护器能够抑制雷电电磁脉冲干扰。所提的两类保护对象均属于电子信息系统内部的设备,且均采用的是微电子结构,在雷击电磁脉冲的作用下因抵抗能力不足而受到损伤,即便仅存在较小的过电压也依然会造成不良影响。而电子设备在现代建筑中取得了广泛的应用,例如,多媒体教学楼、商务写字楼、大型商超、车站等建筑物,亦或是加油站、粮油棉物资仓库、化工厂等工业建筑,若缺乏有效的防护措施,极容易在雷击电磁脉冲的冲击作用下而出现故障。因此,必须做好防护工作。对于电涌保护器防护的方法,在应用时充分考虑电子设备自身的运行特性、现场环境等基础信息,配套相适应的电涌保护器,并根据防护需求设置单级或多级的电涌保护器,构筑完善的电磁脉冲防御体系,发挥出钳压、分流等作用,尽可能抵御电磁脉冲,使建筑内部的电子设备可稳定运行。

6结语

综上所述,在建筑电子设备的雷击电磁脉冲防护工作中,SPD是较为可行的方法,可抵御雷击电磁脉冲,保证设备的稳定运行。在选择电涌保护器时,需考虑设备在耐压、冲击电流、响应速度等方面的特性;在设置电涌保护器时,考虑等电位连接、共用接地装置、屏蔽、合理布线等相关技术,通过多重技术的共同落实构筑完善的综合防雷体系。

参考文献:

[1]司凯伦.探讨电涌保护器在民用建筑电气设计中的选用[J].工程建设与设计,2020(17):63-64.

作者:林明理 任亚文 单位:郑州大学综合设计研究院有限公司

民用建筑电气设计中电涌保护器的运用

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