低壓配電系統(tǒng)電涌保護器的后備保護

一、概述

雷電災害是一種人類目前還無法避免的自然災害之一，電涌保護器(SPD)是抑制由雷電、電氣系統(tǒng)操作或靜電等所產生的沖擊電壓，電涌保護器是保護電子信息技術產品必不可少的器件。隨著各種電子信息技術產品越來越多地滲入到社會和家庭生活的各個領域，電涌保護器（SPD）的使用范圍日益擴大，市場需求量日益增長。電涌保護器是用于保護電氣、電子設備免受雷電電磁脈沖破壞的器件，被作為眾多高新科技產品的“保護神”，因此產品本身的安全性、可靠性顯得尤其重要。

二、電涌保護器故障情況

限壓型電涌保護器（SPD）產品的核心元件為氧化鋅壓敏（MOV）元件，其失效后故障表現(xiàn)有短路和開路兩類形式。短路故障產生原因主要為電涌電流通過MOV產生的熱擊穿或電涌電流在MOV表面產生的放電造成兩極間金屬性短路，其工頻短路電流值因系統(tǒng)容量不同從幾百至幾千安培。SPD產品短路故障的另一類表現(xiàn)即因為失效的 MOV并未完全短路且有一定阻抗，流過MOV的故障電流使其發(fā)熱燃燒，燃燒過程中在沒有完全開路前故障電流在幾百毫安至幾安培間。對于低壓配電系統(tǒng)而言，系統(tǒng)故障主要表現(xiàn)是相線通過SPD對PE線或N線過流故障。

三、后備保護元件的作用

脫離器失效后電涌保護器（SPD）有可能出現(xiàn)兩類故障狀況，一類熱擊穿造成L-N/PE線間接地短路，其電流值可使后備過電流保護元件動作；另一類由于接地故障電流小，過流保護元件不動作，元件（MOV）因發(fā)熱起火，因此必須在位于電涌保護器（SPD）外部的前端，裝設后備保護元件。其作用當電涌保護器（SPD）不能切斷工頻短路電流時，過電流保護電器動作，把電涌保護器（SPD）從并聯(lián)線路中斷開，使電涌保護器（SPD）不會引起過熱而導致火災、爆炸等事故，同時可保證電源的持續(xù)供電。圖1分析了市場上多數(shù)SPD產品在MOV失效后，MOV通過故障電流與SPD脫離器、熔斷器、微型斷路器配合關系，從圖中可以看到多數(shù)SPD脫離器與熔斷器、微型斷路器等過流保護元件間存在一定盲區(qū)。對于此類故障標準要求SPD產品的外殼材料通過相應的耐非正常熱和耐熱試驗，如一定對此類故障進行保護，其后備保護元件應是具有接地故障保護的元件。

正確、合理的先用后備保護元件，直接關系到系統(tǒng)及電涌保護器（SPD）的安全性和可靠性。

圖1 電涌保護器（SPD）與熔斷器、斷路器保護配合

四、后備保護元件的特性

1、 熔斷絲的特性

熔斷絲的保護特性亦可稱熔化特性，它是熔斷絲的主要特性。熔化特性表征通過熔體的電流與熔體熔化時間的關系，它和熱繼電器的保護特性一樣，都是反時限的。

熔斷器的保護特性中有一熔斷電流與不熔斷電流的分界線，與此相應的電流就是最小熔化電流IR。它是這樣一個電流值，當通過熔體的電流等于它時，熔體在額定電流下絕對不應熔斷，故IR>Ie。

2、斷路器的特性

斷路器的作用是切斷和接通負荷電路，以及切斷故障電路，防止事故擴大，保證安全運行。

斷路器的主觸點是靠手動操作或電動合閘的。主觸點閉合后，自由脫扣機構將主觸點鎖在合閘位置上。過電流脫扣器的線圈和熱脫扣器的熱元件與主電路串聯(lián)，欠電壓脫扣器的線圈和電源并聯(lián)。當電路發(fā)生短路或嚴重過載時，過電流脫扣器的銜鐵吸合，使自由脫扣機構動作，主觸點斷開主電路。當電路過載時，熱脫扣器的熱元件發(fā)熱使雙金屬片上彎曲，推動自由脫扣機構動作。當電路欠電壓時，欠電壓脫扣器的銜鐵釋放。也使自由脫扣機構動作。分勵脫扣器則作為遠距離控制用，在正常工作時，其線圈是斷電的，在需要距離控制時，按下起動按鈕，使線圈通電，銜鐵帶動自由脫扣機構動作，使主觸點斷開。

電涌保護器（SPD）后備保護元件在電力系統(tǒng)中的應用，首先必須考慮承載電涌電流的大小，其次需考慮電源短路電流的大小。與短路電流相比，電涌電流是不可避免的，是強加的電流。

五、后備保護元件的選擇

后備保護元件與SPD配合后，應可保護在額定電涌電流作用時，后備保護元件不動作，保證電涌電流的正常泄放，同時其作用在支路上的殘壓Ur低于用電設備的保護水平Up。以保證系統(tǒng)及用電設備安全。

六采用熔斷器和斷路器作后備保護的優(yōu)缺點

1、熔斷器的主要優(yōu)點和特點

①采用熔斷器作為后備保護元件具有殘壓低,選擇性好。上下級熔斷器的熔斷體額定電流只要符合國標和IEC標準規(guī)定的過電流選擇比為1.6：1 的要求，即上級熔斷體額定電
流不小于下級的該值的1.6 倍，就視為上下級能有選擇性切斷故障電流；
② 限流特性好，分斷能力高；
③ 相對尺寸較小；
④ 價格較便宜。

2、熔斷器的主要缺點和弱點

① 故障熔斷后必須更換熔斷體；
② 保護功能單一，只有一段過電流反時限特性，過載、短路和接地故障都用此防護；
③ 發(fā)生一相熔斷時，對三相電動機將導致兩相運轉的不良后果，當然可用帶發(fā)報警信號的熔斷器予以彌補，一相熔斷可斷開三相；
④ 不能實現(xiàn)遙控，需要與電動刀開關、開關組合才有可能。

3、斷路器主要優(yōu)點和特點
① 故障斷開后，可以手操復位，不必更換元件，除非切斷大短路電流后需要維修；
② 有反時限特性的長延時脫扣器和瞬時電流脫扣器兩段保護功能，分別作為過載和短路防護用，各司其職；
③ 帶電操機構時可實現(xiàn)遙控。

4、主要缺點和弱點

①采用斷路器做為后備保護元件具有殘壓高。上下級非選擇型斷路器間難以實現(xiàn)選擇性切斷，故障電流較大時，很容易導致上下級斷路器均瞬時斷開；

②相對價格略高；

③部分斷路器分斷能力較小，如額定電流較小的斷路器裝設在靠近大容量變壓器位置時，會使分斷能力不夠?，F(xiàn)在有高分斷能力的產品可以滿足，但價較高。

七、后備保護元件的安裝

以TN-C-S系統(tǒng)為例，安裝方式如圖2所示。