[摘  要] 智能建筑（IB）是一種新型建筑，為今后建筑發(fā)展的方向。本文通過(guò)對(duì)GB50057—2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)中電涌保護(hù)器設(shè)計(jì)圖的分析，比較了RCD裝在SPD的電源側(cè)，和RCD則裝在SPD的負(fù)載側(cè)的不同，得出當(dāng)采用“3+NPE”模式進(jìn)行保護(hù)時(shí)，由于NPE模塊是一種放電間隙型模塊,不會(huì)在線路中導(dǎo)致接地故障，因此可解決電涌保護(hù)器（SPD）安裝位置受限制及高接地電阻地區(qū)電涌保護(hù)器（SPD）因串聯(lián)斷路器無(wú)法脫扣導(dǎo)致的燒毀等設(shè)計(jì)問(wèn)題。

 

[關(guān)鍵詞]  3+NPE  電涌保護(hù)器（SPD）  智能建筑

 

1、前言

 

智能建筑（Intelligent Building，IB）是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)建筑物內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制和管理并對(duì)用戶(hù)提供信息和通信服務(wù)等的一種新型建筑。智能建筑以建筑為平臺(tái)，兼?zhèn)渫ㄐ拧⑥k公、建筑設(shè)備自動(dòng)化等功能，集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理為一體，向人們提供一個(gè)高效、舒適、便利的建筑環(huán)境。根據(jù)建設(shè)部《2000年小康型城鄉(xiāng)住宅科技產(chǎn)業(yè)工程項(xiàng)目實(shí)施方案》和《全國(guó)住宅小區(qū)智能化技術(shù)示范工程建設(shè)工作大綱》的方針與精神，國(guó)家已將建設(shè)智能化小康示范小區(qū)列為今后重點(diǎn)發(fā)展方向。近年來(lái)興起的現(xiàn)代高科技和信息技術(shù)(IT)正在由智能大廈(IB)走向智能住宅小區(qū)，進(jìn)而走進(jìn)家庭(SH)。現(xiàn)代社會(huì)的家庭成員正在以追求家庭智能化帶來(lái)的多元化信息和安全、舒適與便利的生活環(huán)境作為一個(gè)理想的目標(biāo)。

 

隨著現(xiàn)代化電子設(shè)備在智能建筑中的廣泛應(yīng)用，因雷擊導(dǎo)致的系統(tǒng)設(shè)備損壞數(shù)量不斷增多，其危害不僅在于受損設(shè)備的直接經(jīng)濟(jì)損失巨大，而且由此產(chǎn)生的間接損失和嚴(yán)重后果更難以估量。國(guó)際電工委員會(huì)第81技術(shù)委員會(huì)關(guān)于“防雷”的IEC61312-1(1995)文件中強(qiáng)調(diào)指出：“鑒于各種形式電子系統(tǒng)的應(yīng)用不斷增加，使本標(biāo)準(zhǔn)的制定成為必須。這些系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、控制系統(tǒng)等（統(tǒng)稱(chēng)信息系統(tǒng)）。這些系統(tǒng)應(yīng)用于商業(yè)和工業(yè)的許多部門(mén)，包括相當(dāng)大的資金投入、規(guī)模和復(fù)雜性很大的工業(yè)控制系統(tǒng)。出于代價(jià)和安全的考慮，雷電對(duì)其造成運(yùn)轉(zhuǎn)停頓的影響是不可估量的”。 

 

早時(shí)期單一的、片面的防雷措施已不能保證通信、網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備的可靠、安全、和暢通。雷電災(zāi)害被國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）稱(chēng)為“電子化時(shí)代的一大公害”，雷電災(zāi)害給全球千百萬(wàn)的經(jīng)濟(jì)損失每年在十多億美元以上。在雷擊災(zāi)難與事故的背后，人們?cè)絹?lái)越深刻認(rèn)識(shí)到富蘭克林時(shí)代的防雷技術(shù)已跟不上信息時(shí)代的發(fā)展腳步。雷電災(zāi)害與高科技的發(fā)展相伴，要將雷電災(zāi)害減至最低，就必須全面實(shí)施信息時(shí)代的綜合防雷治理。

 

現(xiàn)代綜合防雷原則強(qiáng)調(diào)“全方位防治，綜合治理，層層設(shè)防，把防雷當(dāng)作一個(gè)系統(tǒng)工程”。按照相關(guān)的防雷規(guī)范，在建筑物外部和內(nèi)部及各電子設(shè)備安裝相應(yīng)的防雷措施。完整的設(shè)備系統(tǒng)防雷方案包括外部防雷和內(nèi)部防雷兩個(gè)方面。外部防雷系統(tǒng)包括避雷針、避雷帶、引下線、接地極等等，其主要的功能是為了確保建筑物本體免受直擊雷的侵襲，將可能擊中建筑物的雷電通過(guò)避雷針、避雷帶、引下線等，泄放入大地。內(nèi)部防雷系統(tǒng)是為保護(hù)建筑物內(nèi)部的設(shè)備以及人員的安全而設(shè)置的。在需要保護(hù)設(shè)備的前端安裝合適的電涌保護(hù)器，使設(shè)備、線路與大地形成一個(gè)有條件的等電位體，將可能進(jìn)入的雷電流阻攔在外，將因雷擊而使內(nèi)部設(shè)施所感應(yīng)到的雷電流得以安全泄放入地，確保后接設(shè)備的安全。

 

2、電涌保護(hù)器（SPD）在智能建筑電氣設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

 

2.1、開(kāi)關(guān)型SPD和限壓型SPD的區(qū)別

 

開(kāi)關(guān)型SPD為間隙放電型器件，其雷電能量瀉放能力大，在線路上使用的主要作用是泄放雷電能量；限壓型SPD為氧化鋅壓敏電阻器件，其雷電能量瀉放能力小，但其過(guò)電壓抑制能力好，在線路上使用的主要作用是限制過(guò)電壓。因此，一般在建筑物入口處選用開(kāi)關(guān)型SPD來(lái)泄放雷電能量，然后，在后級(jí)電路使用限壓型SPD來(lái)限制因前級(jí)雷電能量瀉放后，在后級(jí)線路產(chǎn)生的高過(guò)電壓。兩種SPD需配合使用，方能保證配電線路中設(shè)備的安全。

 

2.2、RCD作用的有限性

 

有一種觀點(diǎn)認(rèn)為裝用RCD后就不會(huì)發(fā)生人身電擊事故了，其實(shí)不然，它的作用是有限的。RCD對(duì)接地故障危害的防范有很高的動(dòng)作靈敏度，能在數(shù)十毫秒的時(shí)間內(nèi)有效地切斷小至毫安計(jì)的故障電流。即使發(fā)生直接接觸電擊，接觸電壓高達(dá)220V，高靈敏度的RCD也只能在人體發(fā)生心室纖顫導(dǎo)致死亡以前快速切斷電源。但它只能在所保護(hù)的回路內(nèi)發(fā)生故障時(shí)起作用，不能防止從別處沿PE線或裝置外導(dǎo)電部分傳導(dǎo)來(lái)的故障電壓引起的電擊事故。因此，在N與PE之間安裝電涌保護(hù)器（SPD）并做可靠的等電位連接是必要的。

　

2.3、3+NPE模式SPD在電氣設(shè)計(jì)的應(yīng)用

 

   依據(jù)GB50057—2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)，在圖6.4.5-1和圖6.4.5-3中，總配電箱內(nèi)都裝有作用于跳閘或報(bào)警信號(hào)的RCD，它是用于防接地電弧火災(zāi)和作為下級(jí)RCD的后備RCD用的。在圖6.4.5-3中RCD裝在SPD的電源側(cè)，而在圖6.4.5-1中的RCD則裝在SPD的負(fù)載側(cè)，這是IEC標(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)GB50057—2010第六章內(nèi)的規(guī)定，這一規(guī)定是必要的。

    因?yàn)椋瑝好綦娮桀?lèi)的SPD即使是新品，在施加正常的相電壓后也會(huì)有微量的泄漏電流流通。隨著時(shí)間的推移，此泄漏電流會(huì)逐漸增大，最終導(dǎo)致SPD短路失效而壽命終了。維護(hù)管理人員發(fā)現(xiàn)SPD顯示行將失效的標(biāo)志后若未及時(shí)更換備品，則失效的SPD將對(duì)地短路成為接地故障，將引發(fā)種種電氣事故。例如流過(guò)SPD的對(duì)地短路電流在接地電阻RA和接地引線上的電壓降，使PE線帶故障電壓而引起間接接觸電擊事故等。

 

    將RCD裝在SPD的電源側(cè)可檢測(cè)出這一故障電流，防止這一危險(xiǎn)的發(fā)生。這一要求也適用于為防接地電弧火災(zāi)而裝設(shè)在電源進(jìn)線處的RCD。在圖6.4.5-3中因有放電間隙將SPD與PE線隔離，SPD的失效短路不會(huì)導(dǎo)致接地故障，故可將RCD裝設(shè)在SPD的負(fù)荷側(cè)，以避免電源進(jìn)線處大幅值的雷電脈沖電流不必要地通過(guò)RCD的零序電流互感器。

 

    因此在采用“3+NPE”模式進(jìn)行保護(hù)時(shí)，由于NPE模塊是一種放電間隙型模塊,不會(huì)在線路中導(dǎo)致接地故障，因此其安裝位置可安裝于RCD電源側(cè)也可安裝于RCD負(fù)荷側(cè)。而采用“每線對(duì)地”模式進(jìn)行保護(hù)時(shí),就需要合理的選擇安裝位置。

 

2.4、3+NPE模式SPD在高工頻接地電阻條件下的應(yīng)用

 

   在供電環(huán)境惡劣的地區(qū)，或不清楚供電情況的地區(qū)，建議用戶(hù)采用3+NPE電涌保護(hù)器。3+NPE電涌保護(hù)器是指相線與零線之間安裝壓敏電阻防雷模塊，而零線和地線之間安裝放電間隙防雷模塊。此種保護(hù)結(jié)構(gòu)較傳統(tǒng)的相線與地線間安裝防雷模塊，具有更可靠之優(yōu)點(diǎn)。

 

   在TT電網(wǎng)之下，電涌保護(hù)器如連接在市電相線與地線之間，回路阻抗主要是接地電阻，在不同的工地接地電阻差異很大，某些地方地阻值偏高，并非不常見(jiàn)。

 

   電網(wǎng)故障時(shí)，比如說(shuō)中性線斷開(kāi)或零點(diǎn)漂移，形成市電故障電壓長(zhǎng)期高于電涌保護(hù)器最大持續(xù)工作電壓（Uc），電涌保護(hù)器損壞產(chǎn)生回路故障電流。在接地電阻值偏高或地線接觸不良的情況下，流經(jīng)電涌保護(hù)器的短路電流太小，無(wú)法使前級(jí)保險(xiǎn)絲跳脫，使電涌保護(hù)器持續(xù)過(guò)電流，造成損壞。

 

   采用NPE模塊的3+NPE結(jié)構(gòu)電涌保護(hù)器在電網(wǎng)故障時(shí)，即使接地電阻值高或地線接觸不良的情況下，因?yàn)殡娪勘Ｗo(hù)器接在市電線與零線之間，而市電相線與零線回路阻抗，主要是供電變壓器及供電電纜，阻抗很低，故此故障電流很大，流經(jīng)電涌保護(hù)器的電流可使前級(jí)保險(xiǎn)絲（空開(kāi)）跳脫，使電涌保護(hù)器與電網(wǎng)隔離，確保電路安全。

結(jié)束語(yǔ)

   智能建筑（IB）這種采用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)建筑物內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制和管理并對(duì)用戶(hù)提供信息和通信服務(wù)的新型建筑對(duì)安防與防雷問(wèn)題所提出了的新要求，使用傳統(tǒng)的雷電防護(hù)手段已經(jīng)無(wú)法解決日益增加的雷電事故。依據(jù)國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，針對(duì)智能建筑電氣設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，在采用“3+NPE”模式進(jìn)行保護(hù)時(shí)，由于NPE模塊是一種放電間隙型模塊,不會(huì)在線路中導(dǎo)致接地故障，因此可解決電涌保護(hù)器（SPD）安裝位置受限制及高接地電阻地區(qū)電涌保護(hù)器（SPD）因串聯(lián)斷路器無(wú)法脫扣導(dǎo)致的燒毀等設(shè)計(jì)問(wèn)題。