电涌保护器的后备保护元件分析

　　一、概述

　　雷电灾害是一种人类目前还无法避免的自然灾害之一，电涌保护器(SPD)是抑制由雷电、电气系统操作或静电等所产生的冲击电压，电涌保护器是保护电子信息威廉希尔官方网站 产品必不可少的器件。随着各种电子信息威廉希尔官方网站 产品越来越多地渗入到社会和家庭生活的各个领域，电涌保护器(SPD)的使用范围日益扩大，市场需求量日益增长。电涌保护器是用于保护电气、电子设备免受雷电电磁脉冲破坏的器件，被作为众多高新科技产品的“保护神”，因此产品本身的安全性、可靠性显得尤其重要。

　　二、电涌保护器故障情况

　　限压型电涌保护器(SPD)产品的核心元件为氧化锌压敏(MOV)元件，其失效后故障表现有短路和开路两类形式。短路故障产生原因主要为电涌电流通过MOV产生的热击穿或电涌电流在MOV表面产生的放电造成两极间金属性短路，其工频短路电流值因系统容量不同从几百至几千安培。SPD产品短路故障的另一类表现即因为失效的 MOV并未完全短路且有一定阻抗，流过MOV的故障电流使其发热燃烧，燃烧过程中在没有完全开路前故障电流在几百毫安至几安培间。对于低压配电系统而言，系统故障主要表现是相线通过SPD对PE线或N线过流故障。

　　三、后备保护元件的作用

　　脱离器失效后电涌保护器(SPD)有可能出现两类故障状况，一类热击穿造成L-N/PE线间接地短路，其电流值可使后备过电流保护元件动作;另一类由于接地故障电流小，过流保护元件不动作，元件(MOV)因发热起火，因此必须在位于电涌保护器(SPD)外部的前端，装设后备保护元件。其作用当电涌保护器(SPD)不能切断工频短路电流时，过电流保护电器动作，把电涌保护器(SPD)从并联线路中断开，使电涌保护器(SPD)不会引起过热而导致火灾、爆炸等事故，同时可保证电源的持续供电。图1分析了市场上多数SPD产品在MOV失效后，MOV通过故障电流与SPD脱离器、熔断器、微型断路器配合关系，从图中可以看到多数SPD脱离器与熔断器、微型断路器等过流保护元件间存在一定盲区。对于此类故障标准要求SPD产品的外壳材料通过相应的耐非正常热和耐热试验，如一定对此类故障进行保护，其后备保护元件应是具有接地故障保护的元件。

　　图1 电涌保护器(SPD)与熔断器、断路器保护配合

　　正确、合理的先用后备保护元件，直接关系到系统及电涌保护器(SPD)的安全性和可靠性。

　　四、后备保护元件的特性

　　1、 熔断丝的特性

　　熔断丝的保护特性亦可称熔化特性，它是熔断丝的主要特性。熔化特性表征通过熔体的电流与熔体熔化时间的关系，它和热继电器的保护特性一样，都是反时限的。

　　熔断器的保护特性中有一熔断电流与不熔断电流的分界线，与此相应的电流就是最小熔化电流IR。它是这样一个电流值，当通过熔体的电流等于它时，熔体在额定电流下绝对不应熔断，故IR>Ie。

　　2、断路器的特性

　　断路器的作用是切断和接通负荷电路，以及切断故障电路，防止事故扩大，保证安全运行。

　　断路器的主触点是靠手动操作或电动合闸的。主触点闭合后，自由脱扣机构将主触点锁在合闸位置上。过电流脱扣器的线圈和热脱扣器的热元件与主电路串联，欠电压脱扣器的线圈和电源并联。当电路发生短路或严重过载时，过电流脱扣器的衔铁吸合，使自由脱扣机构动作，主触点断开主电路。当电路过载时，热脱扣器的热元件发热使双金属片上弯曲，推动自由脱扣机构动作。当电路欠电压时，欠电压脱扣器的衔铁释放。也使自由脱扣机构动作。分励脱扣器则作为远距离控制用，在正常工作时，其线圈是断电的，在需要距离控制时，按下起动按钮，使线圈通电，衔铁带动自由脱扣机构动作，使主触点断开。

　　电涌保护器(SPD)后备保护元件在电力系统中的应用，首先必须考虑承载电涌电流的大小，其次需考虑电源短路电流的大小。与短路电流相比，电涌电流是不可避免的，是强加的电流。

　　五、后备保护元件的选择

　　后备保护元件与SPD配合后，应可保护在额定电涌电流作用时，后备保护元件不动作，保证电涌电流的正常泄放，同时其作用在支路上的残压Ur低于用电设备的保护水平Up。以保证系统及用电设备安全。

　　六、采用熔断器和断路器作后备保护的优缺点

　　1、熔断器的主要优点和特点

　　①采用熔断器作为后备保护元件具有残压低,选择性好。上下级熔断器的熔断体额定电流只要符合国标和IEC标准规定的过电流选择比为1.6：1 的要求，即上级熔断体额定电流不小于下级的该值的1.6 倍，就视为上下级能有选择性切断故障电流;

　　② 限流特性好，分断能力高;

　　③ 相对尺寸较小;

　　④ 价格较便宜。

　　2、熔断器的主要缺点和弱点

　　① 故障熔断后必须更换熔断体;

　　② 保护功能单一，只有一段过电流反时限特性，过载、短路和接地故障都用此防护;

　　③ 发生一相熔断时，对三相电动机将导致两相运转的不良后果，当然可用带发报警信号的熔断器予以弥补，一相熔断可断开三相;

　　④ 不能实现遥控，需要与电动刀开关、开关组合才有可能。

　　3、断路器主要优点和特点

　　① 故障断开后，可以手操复位，不必更换元件，除非切断大短路电流后需要维修;

　　② 有反时限特性的长延时脱扣器和瞬时电流脱扣器两段保护功能，分别作为过载和短路防护用，各司其职;

　　③ 带电操机构时可实现遥控。

　　4、主要缺点和弱点

　　①采用断路器做为后备保护元件具有残压高。上下级非选择型断路器间难以实现选择性切断，故障电流较大时，很容易导致上下级断路器均瞬时断开;

　　②相对价格略高;

　　③部分断路器分断能力较小，如额定电流较小的断路器装设在靠近大容量变压器位置时，会使分断能力不够。现在有高分断能力的产品可以满足，但价较高。

　　七、后备保护元件的安装

　　以TN-C-S系统为例，安装方式如图2所示。