基于低壓配電系統電涌保護器的后備保護方案

雷電災害是一種人類(lèi)目前還無(wú)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(zhù)各種電子信息技術(shù)產(chǎn)品越來(lái)越多地滲入到社會(huì )和家庭生活的各個(gè)領(lǐng)域，電涌保護器（SPD）的使用范圍日益擴大，市場(chǎng)需求量日益增長(cháng)。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(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，其失效后故障表現有短路和開(kāi)路兩類(lèi)形式。短路故障產(chǎn)生原因主要為電涌電流通過(guò)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容量不同從幾百至幾千安培。SPD產(chǎn)品短路故障的另一類(lèi)表現即因為失效的 MOV并未完全短路且有一定阻抗，流過(guò)MOV的故障電流使其發(fā)熱燃燒，燃燒過(guò)程中在沒(méi)有完全開(kāi)路前故障電流在幾百毫安至幾安培間。對于低壓配電系統而言，系統故障主要表現是相線(xiàn)通過(guò)SPD對PE線(xiàn)或N線(xiàn)過(guò)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）有可能出現兩類(lèi)故障狀況，一類(lèi)熱擊穿造成L-N/PE線(xiàn)間接地短路，其電流值可使后備過(guò)電流保護元件動(dòng)作；另一類(lèi)由于接地故障電流小，過(guò)流保護元件不動(dòng)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(shí)，過(guò)電流保護電器動(dòng)作，把電涌保護器（SPD）從并聯(lián)線(xiàn)路中斷開(kāi)，使電涌保護器（SPD）不會(huì )引起過(guò)熱而導致火災、爆炸等事故，同時(shí)可保證電源的持續供電。圖1分析了市場(chǎng)上多數SPD產(chǎn)品在MOV失效后，MOV通過(guò)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SPD脫離器與熔斷器、微型斷路器等過(guò)流保護元件間存在一定盲區。對于此類(lèi)故障標準要求SPD產(chǎn)品的外殼材料通過(guò)相應的耐非正常熱和耐熱試驗，如一定對此類(lèi)故障進(jìn)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(guān)系到系統及電涌保護器（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(chēng)熔化特性，它是熔斷絲的主要特性。熔化特性表征通過(guò)熔體的電流與熔體熔化時(shí)間的關(guān)系，它和熱繼電器的保護特性一樣，都是反時(shí)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(xiàn)，與此相應的電流就是最小熔化電流IR。它是這樣一個(gè)電流值，當通過(guò)熔體的電流等于它時(shí)，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(diǎn)是靠手動(dòng)操作或電動(dòng)合閘的。主觸點(diǎn)閉合后，自由脫扣機構將主觸點(diǎn)鎖在合閘位置上。過(guò)電流脫扣器的線(xiàn)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(xiàn)圈和電源并聯(lián)。當電路發(fā)生短路或嚴重過(guò)載時(shí)，過(guò)電流脫扣器的銜鐵吸合，使自由脫扣機構動(dòng)作，主觸點(diǎn)斷開(kāi)主電路。當電路過(guò)載時(shí)，熱脫扣器的熱元件發(fā)熱使雙金屬片上彎曲，推動(dòng)自由脫扣機構動(dòng)作。當電路欠電壓時(shí)，欠電壓脫扣器的銜鐵釋放。也使自由脫扣機構動(dòng)作。分勵脫扣器則作為遠距離控制用，在正常工作時(shí)，其線(xiàn)圈是斷電的，在需要距離控制時(shí)，按下起動(dòng)按鈕，使線(xiàn)圈通電，銜鐵帶動(dòng)自由脫扣機構動(dòng)作，使主觸點(diǎn)斷開(kāi)。

電涌保護器（SPD）后備保護元件在電力系統中的應用，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(shí)，后備保護元件不動(dòng)作，保證電涌電流的正常泄放，同時(shí)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(diǎn)

1、熔斷器的主要優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)

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標準規定的過(guò)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??；

④ 價(jià)格較便宜。

2、熔斷器的主要缺點(diǎn)和弱點(diǎn)

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(guò)電流反時(shí)限特性，過(guò)載、短路和接地故障都用此防護；

③ 發(fā)生一相熔斷時(shí)，對三相電動(dòng)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(kāi)三相；

④ 不能實(shí)現遙控，需要與電動(dòng)刀開(kāi)關(guān)、開(kāi)關(guān)組合才有可能。

3、斷路器主要優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)

① 故障斷開(kāi)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(shí)限特性的長(cháng)延時(shí)脫扣器和瞬時(shí)電流脫扣器兩段保護功能，分別作為過(guò)載和短路防護用，各司其職；

③ 帶電操機構時(shí)可實(shí)現遙控。

4、主要缺點(diǎn)和弱點(diǎn)

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(shí)現選擇性切斷，故障電流較大時(shí)，很容易導致上下級斷路器均瞬時(shí)斷開(kāi)；

②相對價(jià)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(shí)，會(huì )使分斷能力不夠?，F在有高分斷能力的產(chǎn)品可以滿(mǎn)足，但價(jià)較高。

七、后備保護元件的安裝

以TN-C-S系統為例，安裝方式如圖2所示。