低壓配電系統(tǒng)電涌保護器的后備保護

一、概述

雷電災(zāi)害是一種人類目前還無法避免的自然災(zāi)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(chǎn)生的沖擊電壓，電涌保護器是保護電子信息技術(shù)產(chǎn)品必不可少的器件。隨著各種電子信息技術(shù)產(chǎn)品越來越多地滲入到社會和家庭生活的各個領(lǐng)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(shè)備免受雷電電磁脈沖破壞的器件，被作為眾多高新科技產(chǎn)品的“保護神”，因此產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)生原因主要為電涌電流通過MOV產(chǎn)生的熱擊穿或電涌電流在MOV表面產(chǎn)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(chǎn)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(shè)后備保護元件。其作用當(dāng)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(dǎo)致火災(zāi)、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(chǎn)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(guān)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(biāo)準(zhǔn)要求SPD產(chǎn)品的外殼材料通過相應(yīng)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(yīng)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(guān)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(guān)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(yīng)的電流就是最小熔化電流IR。它是這樣一個電流值，當(dāng)通過熔體的電流等于它時，熔體在額定電流下絕對不應(yīng)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(fù)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(gòu)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(dāng)電路發(fā)生短路或嚴(yán)重過載時，過電流脫扣器的銜鐵吸合，使自由脫扣機構(gòu)動作，主觸點斷開主電路。當(dāng)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(gòu)動作。當(dāng)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(gòu)動作。分勵脫扣器則作為遠(yuǎn)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(gòu)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(yīng)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(yīng)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(shè)備的保護水平Up。以保證系統(tǒng)及用電設(shè)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(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?jǐn)嗄芰Ω撸?br />③ 相對尺寸較?。?br />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(dǎo)致兩相運轉(zhuǎn)的不良后果，當(dāng)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(guān)、開關(guān)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(fù)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(gòu)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(dǎo)致上下級斷路器均瞬時斷開；

②相對價格略高；

③部分?jǐn)嗦菲鞣謹(jǐn)嗄芰^小，如額定電流較小的斷路器裝設(shè)在靠近大容量變壓器位置時，會使分?jǐn)嗄芰Σ粔颉，F(xiàn)在有高分?jǐn)嗄芰Φ漠a(chǎn)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。