余 斌

(雅克设计有限公司南昌分公司,江西 南昌 330000)

1 传统建筑防雷系统存在的问题分析

(1)避雷针本身设计功能受限。避雷针的基本原理是当雷云放电逐渐和地面接近时,会导致地面的电场生发生畸变,进而在避雷针顶端形成局部电场强度密集空间,过于集中的电流会对雷电先导电方向产生一定的影响,随即影响雷电放针指向,进一步影响系统其他设计节点运行情况。通过设置一定的接地装置,进而将雷电流引入地面,更好地保障地面上物体和人类的安危。避雷针可在一定程度上说是引雷针,如果考虑周边环境或者雷击情况比较严重,技术不过关,就会导致起到反作用,影响防雷效果。

(2)保护范围的影响。不同部位对避雷针的保护范围也会产生不同的影响,计算方式差异非常大,常用计算方法包括曲线法、有线法和改进折线法等,方法计算方式虽然不同,但是有一个通性,即保护范围和针数量成正比,也就是说,如果建筑物楼层高度非常高,那么即使安装上避雷针在顶层,下面的楼层也会可能受到侧击雷的影响。

(3)避雷针二次雷击侵袭现象。在建筑物身上安装避雷针,会通过避雷针将电流引入大地,由于大地本身存在电阻,雷电电荷不能快速中和大地负电荷,这样会造成局部电位升高,引发感应过电压、接触电压等二次效应。这样会对人类以及设备本身产生很大的不良影响。

2 SPD浪涌保护器基本原理及应用原则分析

SPD浪涌保护器,是目前国内上最早列为电压保护器的装置,国家标准GB50057建筑物防雷设计规范体系中统称为浪涌保护器。作为一种电压保护器,不仅可起到抑制电压的作用,还能实现对浪涌电流分流处理。浪涌保护器通常是由放电间隙、压敏电阻、抑制二极管、扼流线圈、1/4波长短路器等元器件构成,是一种电子装置,在防雷系统设计中发挥着重要的作用。还可细分为电压开关型浪涌保护器、限压型浪涌保护器以及组合型浪涌保护器。不同类型的浪涌保护器功能和适用范围各不相同。

在应用SPD时,在选型设计方面需坚持一定的原则,才能确保设计的科学性和合理性。一方面要从整体的角度进行设计,确保各个子系统防雷保护装置正常运转,同时还需考虑各个子系统和供配电等其它系统之间的关系,从而进行科学配置,设计更加合理经济,运行衔接更加顺畅。另一方面对结合国家建筑防雷设计等规范要求和标准,对雷电保护区域进行科学划分,并考虑安防工程机电系统分散分布情况,构建分级保护体系,还要选用匹配的防雷保护接闪装置、电涌保护器SPD,制定周密的技术方案并反复论证,对SPD电气性能参数、产品性能等进行层层审核管理,确保符合现场实际应用需求。下图为SPD电源防雷器基础模型设计图示：

3 智能楼宇建筑防雷SPD的设计研究

对于智能建筑物而言,通常受到雷电点击主要有直击雷、雷电感应、雷电波侵袭等三种形式。结合SPD选型设计原则,在智能建筑防雷SPD设计中,需对电源、类型、关键性能参数、告警方式、信号SPD等方面综合考虑,才能提高设计科学化水平,具体在设计中需从以下方面分析：

(1)充分考虑电网运行电压最高限值。为进一步提高智能建筑防雷SPD设计性能,确保智能楼宇建筑物内的电气设备免受雷击过压等不良影响和破坏,要对防雷SPD电压保护水平Up进行科学控制,要确保其值比电气设备能承受电压更低,同时还要确保其比电网最高电压更高。这样才能确保电气设备安全运行。

图1

(2)由于电涌保护器SPD电压保护水平设计需一定的标准,需控制在电气设备能承受电压范围内,所以在选择时,如果进线端的电涌保护器SPD电压保护水平大于电气设备可承受电压,就需增加配置新的浪涌保护器。对于SPD与智能建筑电气设备两端的引线,应当控制在严格的范围之内,尽量取短。为确保电气设备正常运行,减少雷击伤害,能同时担负高电流、小残压的双重影响,需对电气设备进行一级、二级双重保护,这样既可及时灭弧,又可起到降低残余电压的作用。在实际设计中,如果进线端SPD和智能楼宇电气设备之间的距离超过既定标准,就需再次配置新的浪涌保护装置,如果不注意防护和配置,就无法起到有效的防护作用,通常距离大于30米,就需设置一个。

针对电源系统的防护,仅满足于上述条件还不够,还需在电源端的进线位置配置一级SPD保护装置,在关键设备的电源进线位置还需配置2-3级的SPD保护装置,在末端配电位置,还需配置4级SPD保护装置,依次配置相匹配的电压选型分别为三相电压开关型SPD、限压型SPD、限压型SPD。还要依据建筑物防雷等级最后科学计算和确定SPD级数。

(3)对SPD安装具体点位、导线连接方面的注意事项。由于智能建筑防雷SPD设计本身比较复杂,技术性较强,涉及很多的元部件,所以需针对不同的点位确定具体的安装位置以及连接导线。通常SPD装置安装在设备电源线前端位置,接线位置要和配电箱的端子进行分别配置后连接,同时其接地位置还要和配电箱的接地线接地端子板按顺序进行逐项连接起来。接电端子板同时连接所在位置防雷区域等电位体端子板。这几个点位都需进行精心设计,选取具体的连接部位,并按程序进行操作。如果SPD装置配有接线端子,要做好压接,用线鼻子和接线柱相连。如果SPD装置在电路上进行配置,还要考虑增加保险丝或者空气开关等置于其前端进行保护,避免受损。

除上述情况,选择SPD装置进行智能建筑防雷设计与安装时,要充分考虑现实需求和环境变化,确保设备容量满足设计要求标准,加强维护保养,定期开展检测检修,不断提高安装及设计操作人员素质和技能,全面研究国家有关规范要求和标准,并结合实际,动态调整设计安装方案。上述操作完成后进行试验分析,加强各个环节安全防控,一旦发现问题及时处理纠偏,提高智能建筑防雷整体性能。