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[摘 要]對(duì)于并聯(lián)在系統(tǒng)中的電氣設(shè)備，為了防止發(fā)生短路故障，保證供電系統(tǒng)正常運(yùn)行，須在該電氣前安裝短路保護(hù)器件或裝置。 SPD作為雷電過電壓的抑制器件，并聯(lián)安裝在供電系統(tǒng)中，針對(duì)SPD和串聯(lián)過電流保護(hù)器（低壓熔斷器或低壓斷路器）的參數(shù)匹配問題提出了配合的辦法，在實(shí)際應(yīng)用中具有一定的參考價(jià)值。 

1、引言 
      為了使低壓配電正常運(yùn)行，要求在SPD前端串聯(lián)相匹配的低壓斷路器或者熔斷器等過電流保護(hù)裝置。但在實(shí)際運(yùn)行中，由于SPD與過電流保護(hù)器不相匹配，低壓斷路器提前動(dòng)作造成很多停電事故。具體原因主要是當(dāng)雷電過電壓首次侵入時(shí)，低壓斷路器就已經(jīng)動(dòng)作，盡管首次雷電過電壓已得到有效泄放，但是后續(xù)侵入時(shí)，設(shè)備就失去該級(jí)保護(hù)而損壞；由于該動(dòng)作時(shí)不動(dòng)作，使得SPD的后續(xù)電流造成主斷路器動(dòng)作，影響了供電的連續(xù)性，由其當(dāng)老化劣化的SPD漏電流變大時(shí)，溫度逐漸升高還會(huì)引發(fā)火災(zāi)。 

2、SPD和低壓短路保護(hù)器件的原理

2.1 SPD、空氣型斷路器、熔斷器的工作原理  
      浪涌保護(hù)器，又稱電涌保護(hù)器（SPD），是一種低壓配電系統(tǒng)中常用的元件，被并聯(lián)或串聯(lián)安裝在被保護(hù)設(shè)備端，它能根據(jù)各種線路中出現(xiàn)的過電壓過電流及時(shí)做出反應(yīng)，泄放線路中的過電流或?qū)^電壓進(jìn)行鉗制，保護(hù)低壓配電系統(tǒng)中的各種電器免受雷擊電涌或者瞬時(shí)過電壓限制在電器設(shè)備可以接受的范圍內(nèi)，是建筑防雷工作中必不可少的一部分。按工作原理分為限壓型浪涌保護(hù)器、組合型浪涌保護(hù)器、電壓開關(guān)型浪涌保護(hù)器。 
      空氣型斷路器是低壓配電系統(tǒng)中最常使用的低壓斷路器。它的三個(gè)觸頭串聯(lián)在三相主電路中，電磁脫扣器的線圈及熱脫扣器的熱元件與主電路串聯(lián)，欠電壓脫扣器線圈與主電路并聯(lián)。當(dāng)斷路器閉合后，三個(gè)主觸頭保持閉合狀態(tài)。當(dāng)電磁脫扣器吸合或熱脫扣器的雙金屬片受熱彎曲或欠電壓脫扣器釋放，這三者中的任何一個(gè)動(dòng)作發(fā)生，就可使主觸頭分?jǐn)嚯娐贰．?dāng)電路正常工作時(shí)，電磁脫扣器線圈產(chǎn)生的電磁力不能將磁鐵吸合，而當(dāng)電路發(fā)生短路，出現(xiàn)很大過電流時(shí)，主觸頭斷開，切斷主電路；若電路發(fā)生過載，但又達(dá)不到電磁脫扣器動(dòng)作的電流時(shí)，觸頭分開來斷開電路，起到過載保護(hù)作用；若電源電壓下降較多或失去電壓時(shí)，同樣導(dǎo)致觸頭斷開而切斷電路，起到欠電壓或失電壓保護(hù)作用?？諝忾_關(guān)是低壓斷路器的其中一種，它是一種只要有短路形成回路就會(huì)跳閘的開關(guān)。 
      熔斷器是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格低廉的起保護(hù)作用的電器，它串聯(lián)在被保護(hù)電路中，當(dāng)線路或電氣設(shè)備的電流超過規(guī)定值足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，其自身產(chǎn)生的熱量能夠熔斷一個(gè)或幾個(gè)特殊設(shè)計(jì)的和相應(yīng)的部件，斷開其所接入的電路并分?jǐn)嚯娫矗瑥亩鸬奖Ｗo(hù)作用[1]。熔斷器廣泛應(yīng)用于高低壓配電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)以及用電設(shè)備中，作為短路和過電流的保護(hù)器，是應(yīng)用最普遍的保護(hù)器件之一。 

3、SPD串聯(lián)過電流保護(hù)器的作用 
      SPD通常并聯(lián)或串聯(lián)安裝在被保護(hù)設(shè)備端。當(dāng)瞬態(tài)電涌未到時(shí)，呈高阻態(tài)，被保護(hù)電路正常工作，當(dāng)瞬態(tài)電涌到來時(shí)，迅速轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥钁B(tài)，電涌電流旁路，并將被保護(hù)設(shè)備兩端的電壓限制在較低的水平。浪涌過電壓泄放后，又恢復(fù)到高阻狀態(tài)。但在實(shí)際應(yīng)用中又存在問題，因此采用SPD與過電流保護(hù)器串聯(lián)使用來避免出現(xiàn)問題，其主要好處有：一是對(duì)SPD安全的保護(hù)，當(dāng)開關(guān)型SPD發(fā)生工頻續(xù)流，對(duì)地短路時(shí)，過電流保護(hù)器能夠及時(shí)斷開，防止了因開關(guān)型SPD工頻續(xù)流造成電極損壞，影響其使用壽命[2]。如果通過限壓型SPD的暫態(tài)過電壓過大，超過氧化鋅壓敏電阻承受的極限值，則會(huì)導(dǎo)致氧化鋅壓敏電阻持續(xù)發(fā)熱，不能有效地切斷電路，導(dǎo)致氧化鋅壓敏電阻被熱熔擊穿，極易燃燒起火，絕大多數(shù)的SPD起火均是由此引發(fā)；二是對(duì)供電連續(xù)性的保護(hù)，根據(jù)國(guó)標(biāo)和IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的過電流選擇比為1.6：1的要求，即上級(jí)過電流保護(hù)器額定電流不小于下級(jí)的該值的1.6倍，就是為了上下級(jí)過電流保護(hù)器能夠有選擇的斷開過電流[3]。為保證設(shè)備的供電連續(xù)性，短路事故發(fā)生在并聯(lián)支路上時(shí)，主過電流保護(hù)器不應(yīng)動(dòng)作，而該支路過電流保護(hù)器應(yīng)該及時(shí)動(dòng)作，切斷過電流，使得停電范圍最小。 

4、SPD與過電流保護(hù)器的合理匹配 
      合理的選用SPD與過電流保護(hù)器，使其達(dá)到參數(shù)上的匹配，可避免過電流保護(hù)器誤動(dòng)作造成供電中斷或設(shè)備損壞。因此，各級(jí)線路應(yīng)正確整定其參數(shù)，以保證在規(guī)定時(shí)間內(nèi)可靠地有選擇地切斷電路，即要求最靠近故障點(diǎn)的保護(hù)電器動(dòng)作，而其上級(jí)的保護(hù)電器不動(dòng)作，使得被切斷電路的范圍最小。 

4.1、SPD與過電流保護(hù)器參數(shù)匹配分析和配合 
      在SPD與過電流保護(hù)器的串聯(lián)支路中，盡管過流保護(hù)器的響應(yīng)時(shí)間是毫秒級(jí)，SPD的響應(yīng)時(shí)間是納秒級(jí)，但是從SPD經(jīng)過響應(yīng)時(shí)間t1（納秒級(jí)）后開始響應(yīng)，到SPD遮斷雷電流，泄流結(jié)束的時(shí)刻，仍然要經(jīng)歷一個(gè)時(shí)間段t2，如果t1+t2達(dá)到了過電流保護(hù)器的響應(yīng)時(shí)間t3，即t1+t2≥t3，則過電流保護(hù)器可能會(huì)動(dòng)作。而過電壓的泄流時(shí)間與SPD的泄流阻抗Z1和過電流保護(hù)器的泄流阻抗Z2有關(guān)，從選型參數(shù)上來看與標(biāo)稱放電電流In有關(guān)。 
      為防止SPD的失效故障，SPD前端應(yīng)安裝熔絲或熱熔斷器等過電流保護(hù)器。其前端過電流保護(hù)器的保險(xiǎn)電流值與主電路上過電流保護(hù)器的保險(xiǎn)電流值不宜小于1：1.6[4]。SPD失效模式為短路時(shí)，可能會(huì)影響受保護(hù)系統(tǒng)和設(shè)備的正常運(yùn)行。

  5、SPD與過電流保護(hù)器配合使用存在的問題  
      與SPD串聯(lián)的過電流保護(hù)器位于SPD外部的前端，當(dāng)SPD不能切斷工頻短路電流或老化劣化時(shí)，它可使SPD避免過熱和損壞并保證供電的連續(xù)性。對(duì)于SPD的失效模式，主要取決于電涌電流和電壓的幅值和波形、供電系統(tǒng)的短路承受能力和故障時(shí)在SPD上施加電壓值。SPD可能會(huì)在某一時(shí)段內(nèi)處于不確定狀態(tài)[5]，。該狀態(tài)包括能量吸收和最終導(dǎo)致（自身或后備過電流保護(hù)器）開路或短路情況。 

5.1 開關(guān)型SPD和限壓型SPD的缺陷  
      開關(guān)型SPD的致命缺點(diǎn)是在動(dòng)作后會(huì)產(chǎn)生工頻續(xù)流，引起工頻對(duì)地短路事故。限壓型SPD會(huì)產(chǎn)生漏電流，會(huì)使SPD內(nèi)部壓敏電阻片發(fā)熱，加上過電壓的沖擊，導(dǎo)致SPD的老化劣化。 

5.2 SPD失效的兩種主要模式 
       對(duì)于開關(guān)型SPD，經(jīng)過多次放電電弧高溫的作用后，電極將出現(xiàn)氧化、升華和熔化等劣化現(xiàn)象，使得電極變短變細(xì)，從而放電間隙變大，開啟電壓也隨之升高，造成開路失效，無(wú)法再滿足保護(hù)需求[6]。當(dāng)過電壓過后，由于工頻電壓的存在，會(huì)造成短路失效。 
       對(duì)于限壓型SPD，由于沖擊電壓和泄漏電流的長(zhǎng)期作用，將會(huì)出現(xiàn)老化劣化現(xiàn)象，造成短路失效，如果限壓型SPD內(nèi)部的脫扣器及時(shí)斷開，會(huì)造成開路失效。 
如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)SPD已失效并及時(shí)更換SPD，則被保護(hù)線路和設(shè)備不能由其保護(hù)。 

6、結(jié)束語(yǔ) 
      用斷路器作綜合保護(hù)器時(shí)，因斷路器中電磁脫扣結(jié)構(gòu)電感L 的作用，在相同沖擊放電電流情況下，比熔斷器作后備保護(hù)器的試驗(yàn)對(duì)總壓電保護(hù)水平UP 偏高0.1～0.25倍。熔斷器的主要優(yōu)點(diǎn)是分?jǐn)嗄芰Ω?，相?duì)尺寸較小，價(jià)格較便宜；缺點(diǎn)是熔絲熔斷后不能及時(shí)提供動(dòng)作信號(hào)，便于及時(shí)更換。斷路器的主要優(yōu)點(diǎn)是故障斷開后，不必更換器件；缺點(diǎn)是相對(duì)價(jià)格較高，部分?jǐn)嗦菲鞣謹(jǐn)嗄芰^小。 
        綜合考慮斷路器及熔斷器的特性，認(rèn)為在低壓配電系統(tǒng)SPD后備保護(hù)應(yīng)用時(shí)，前級(jí)保護(hù)采用低壓斷路器，后級(jí)保護(hù)采用熔斷器為宜。SPD配合過電流保護(hù)器使用，可以有效解決SPD的缺陷問題，但是應(yīng)當(dāng)合理選用。 
  參考文獻(xiàn) 
[1]梅衛(wèi)群，姜燕茹.建筑防雷[M].氣象出版社.2008.1. 
[2]GB14048.2-01，低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備-低壓斷路器[S].2000. 
[3]IEC60364-5-534，建筑物電氣裝置[S].2002.

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