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[摘 要]對于并聯在系統中的電氣設備，為了防止發生短路故障，保證供電系統正常運行，須在該電氣前安裝短路保護器件或裝置。 SPD作為雷電過電壓的抑制器件，并聯安裝在供電系統中，針對SPD和串聯過電流保護器（低壓熔斷器或低壓斷路器）的參數匹配問題提出了配合的辦法，在實際應用中具有一定的參考價值。
1、引言
為了使低壓配電正常運行，要求在SPD前端串聯相匹配的低壓斷路器或者熔斷器等過電流保護裝置。但在實際運行中，由于SPD與過電流保護器不相匹配，低壓斷路器提前動作造成很多停電事故。具體原因主要是當雷電過電壓首次侵入時，低壓斷路器就已經動作，盡管首次雷電過電壓已得到有效泄放，但是后續侵入時，設備就失去該級保護而損壞；由于該動作時不動作，使得SPD的后續電流造成主斷路器動作，影響了供電的連續性，由其當老化劣化的SPD漏電流變大時，溫度逐漸升高還會引發火災。
2、SPD和低壓短路保護器件的原理
2.1 SPD、空氣型斷路器、熔斷器的工作原理
浪涌保護器，又稱電涌保護器（SPD），是一種低壓配電系統中常用的元件，被并聯或串聯安裝在被保護設備端，它能根據各種線路中出現的過電壓過電流及時做出反應，泄放線路中的過電流或對過電壓進行鉗制，保護低壓配電系統中的各種電器免受雷擊電涌或者瞬時過電壓限制在電器設備可以接受的范圍內，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器、組合型浪涌保護器、電壓開關型浪涌保護器。
空氣型斷路器是低壓配電系統中最常使用的低壓斷路器。它的三個觸頭串聯在三相主電路中，電磁脫扣器的線圈及熱脫扣器的熱元件與主電路串聯，欠電壓脫扣器線圈與主電路并聯。當斷路器閉合后，三個主觸頭保持閉合狀態。當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動作發生，就可使主觸頭分斷電路。當電路正常工作時，電磁脫扣器線圈產生的電磁力不能將磁鐵吸合，而當電路發生短路，出現很大過電流時，主觸頭斷開，切斷主電路；若電路發生過載，但又達不到電磁脫扣器動作的電流時，觸頭分開來斷開電路，起到過載保護作用；若電源電壓下降較多或失去電壓時，同樣導致觸頭斷開而切斷電路，起到欠電壓或失電壓保護作用。空氣開關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跳閘的開關。
熔斷器是一種結構簡單、使用方便、價格低廉的起保護作用的電器，它串聯在被保護電路中，當線路或電氣設備的電流超過規定值足夠長的時間后，其自身產生的熱量能夠熔斷一個或幾個特殊設計的和相應的部件，斷開其所接入的電路并分斷電源，從而起到保護作用[1]。熔斷器廣泛應用于高低壓配電系統和控制系統以及用電設備中，作為短路和過電流的保護器，是應用最普遍的保護器件之一。
3、SPD串聯過電流保護器的作用
SPD通常并聯或串聯安裝在被保護設備端。當瞬態電涌未到時，呈高阻態，被保護電路正常工作，當瞬態電涌到來時，迅速轉變為低阻態，電涌電流旁路，并將被保護設備兩端的電壓限制在較低的水平。浪涌過電壓泄放后，又恢復到高阻狀態。但在實際應用中又存在問題，因此采用SPD與過電流保護器串聯使用來避免出現問題，其主要好處有：一是對SPD安全的保護，當開關型SPD發生工頻續流，對地短路時，過電流保護器能夠及時斷開，防止了因開關型SPD工頻續流造成電極損壞，影響其使用壽命[2]。如果通過限壓型SPD的暫態過電壓過大，超過氧化鋅壓敏電阻承受的極限值，則會導致氧化鋅壓敏電阻持續發熱，不能有效地切斷電路，導致氧化鋅壓敏電阻被熱熔擊穿，極易燃燒起火，絕大多數的SPD起火均是由此引發；二是對供電連續性的保護，根據國標和IEC標準規定的過電流選擇比為1.6：1的要求，即上級過電流保護器額定電流不小于下級的該值的1.6倍，就是為了上下級過電流保護器能夠有選擇的斷開過電流[3]。為保證設備的供電連續性，短路事故發生在并聯支路上時，主過電流保護器不應動作，而該支路過電流保護器應該及時動作，切斷過電流，使得停電范圍最小。
4、SPD與過電流保護器的合理匹配
合理的選用SPD與過電流保護器，使其達到參數上的匹配，可避免過電流保護器誤動作造成供電中斷或設備損壞。因此，各級線路應正確整定其參數，以保證在規定時間內可靠地有選擇地切斷電路，即要求最靠近故障點的保護電器動作，而其上級的保護電器不動作，使得被切斷電路的范圍最小。
4.1、SPD與過電流保護器參數匹配分析和配合
在SPD與過電流保護器的串聯支路中，盡管過流保護器的響應時間是毫秒級，SPD的響應時間是納秒級，但是從SPD經過響應時間t1（納秒級）后開始響應，到SPD遮斷雷電流，泄流結束的時刻，仍然要經歷一個時間段t2，如果t1+t2達到了過電流保護器的響應時間t3，即t1+t2≥t3，則過電流保護器可能會動作。而過電壓的泄流時間與SPD的泄流阻抗Z1和過電流保護器的泄流阻抗Z2有關，從選型參數上來看與標稱放電電流In有關。
為防止SPD的失效故障，SPD前端應安裝熔絲或熱熔斷器等過電流保護器。其前端過電流保護器的保險電流值與主電路上過電流保護器的保險電流值不宜小于1：1.6[4]。SPD失效模式為短路時，可能會影響受保護系統和設備的正常運行。
5、SPD與過電流保護器配合使用存在的問題
與SPD串聯的過電流保護器位于SPD外部的前端，當SPD不能切斷工頻短路電流或老化劣化時，它可使SPD避免過熱和損壞并保證供電的連續性。對于SPD的失效模式，主要取決于電涌電流和電壓的幅值和波形、供電系統的短路承受能力和故障時在SPD上施加電壓值。SPD可能會在某一時段內處于不確定狀態[5]，。該狀態包括能量吸收和最終導致（自身或后備過電流保護器）開路或短路情況。
5.1 開關型SPD和限壓型SPD的缺陷
開關型SPD的致命缺點是在動作后會產生工頻續流，引起工頻對地短路事故。限壓型SPD會產生漏電流，會使SPD內部壓敏電阻片發熱，加上過電壓的沖擊，導致SPD的老化劣化。
5.2 SPD失效的兩種主要模式
對于開關型SPD，經過多次放電電弧高溫的作用后，電極將出現氧化、升華和熔化等劣化現象，使得電極變短變細，從而放電間隙變大，開啟電壓也隨之升高，造成開路失效，無法再滿足保護需求[6]。當過電壓過后，由于工頻電壓的存在，會造成短路失效。
對于限壓型SPD，由于沖擊電壓和泄漏電流的長期作用，將會出現老化劣化現象，造成短路失效，如果限壓型SPD內部的脫扣器及時斷開，會造成開路失效。
如果不能及時發現SPD已失效并及時更換SPD，則被保護線路和設備不能由其保護。
6、結束語
用斷路器作綜合保護器時，因斷路器中電磁脫扣結構電感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器的試驗對總壓電保護水平UP 偏高0.1～0.25倍。熔斷器的主要優點是分斷能力高，相對尺寸較小，價格較便宜；缺點是熔絲熔斷后不能及時提供動作信號，便于及時更換。斷路器的主要優點是故障斷開后，不必更換器件；缺點是相對價格較高，部分斷路器分斷能力較小。
綜合考慮斷路器及熔斷器的特性，認為在低壓配電系統SPD后備保護應用時，前級保護采用低壓斷路器，后級保護采用熔斷器為宜。SPD配合過電流保護器使用，可以有效解決SPD的缺陷問題，但是應當合理選用。
參考文獻
[1]梅衛群，姜燕茹.建筑防雷[M].氣象出版社.2008.1.
[2]GB14048.2-01，低壓開關設備和控制設備-低壓斷路器[S].2000.
[3]IEC60364-5-534，建筑物電氣裝置[S].2002.
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