低壓系統SPD現場應用安全性思考

張 旭 / 盛小宇(天津市中力防雷技術有限公司，天津 300384)

低壓系統SPD現場應用安全性思考

張 旭 / 盛小宇
(天津市中力防雷技術有限公司，天津 300384)

關于SPD現場應用的安全可靠性研究方向較多，現以SPD在工程現場的應用與要求分析SPD的失效狀態、SPD的失效保護裝置及其應用風險、相關標準和產品的現狀與發展，并提出一些思考。

電涌保護器 壓敏電阻 集成浪涌保護單元 失效狀態 失效保護裝置

0 引言

在低壓配電系統的雷電防護中，電涌保護器(以下簡稱“SPD”)對雷電電磁脈沖的防護承擔著相當重的分量。隨著SPD的普遍應用，其失效狀態所帶來的現場安全事故也逐漸得到重視，人們對于SPD的工程應用較為關注的兩個方面是：1)SPD產品應用的實際保護效果；2)SPD現場使用的安全性和可靠性。如何在不嚴重影響SPD防護性能的同時提高SPD工程現場應用的安全性和可靠性，是值得深入探討和研究的問題。本文對此提出了一些觀點，供廣大設計人員參考。

1 SPD的失效狀態分析

眾所周知，SPD是一種防雷電電磁脈沖型保護產品，核心器件為壓敏電阻(MOV)，對用電設備的防護原理是讓絕大部分脈沖過壓和浪涌電流通過自身對地泄放，這是一種以犧牲自身防護性能為代價，以確保用電設備免于承受過高的電壓、電流而損壞的防護方式。MOV的這種特性決定了SPD在使用了較長時間后會逐漸凸顯出劣化特性——阻值從正常的高阻態(兆歐級)逐步劣化到幾千歐姆、幾十歐姆甚至幾歐姆，此時流過它的工頻電流會從微安級躍升到幾十毫安、幾百毫安甚至幾百安培，逐漸增大的對地泄漏電流會導致最終短路的失效狀態，給配電系統帶來不必要的電能損耗與SPD本體發熱(過熱則可能引發火災事故)。

2 針對性的保護措施——失效保護裝置

對于壓敏電阻的這種失效特性，一般的電源類SPD產品都會設置熱保護脫離裝置。這種脫離裝置能夠在SPD對地泄露電流到達一定值(一般為幾十到上百毫安)時，將SPD從配電線路中脫離開來，防止SPD過熱引發火災。

然而，當壓敏電阻劣化到一定程度時，其上流經的漏電流會呈指數上升，導致SPD本體迅速發熱，若迅速發熱的SPD不能與熱保護脫離裝置的熱傳遞達到平衡，則無法驅動熱保護脫離裝置動作，SPD同樣可能因過熱引發火災。針對上述情況，可設置另外一種失效保護裝置——過流保護脫離裝置，就是在SPD出現較大過流值(一般為300A以上或制造商聲稱值)時，SPD的過流保護脫離裝置會迅速動作切斷電流，阻止SPD持續過流引發的供電受損及火災事故的發生。

以上兩種保護脫離裝置都屬于SPD的失效保護裝置，通常是與SPD串聯使用的，當SPD處在正常工作狀態時，失效保護裝置不動作；只有在SPD發生過熱或過流故障時，失效保護裝置才會動作，將SPD與配電線路切斷。這兩種失效保護裝置無疑都是在時效方面預防SPD過熱引發的火災事故。

3 目前國內相關標準要求

關于SPD的過熱和過流保護脫離裝置，GB 18802.1-2011《低壓電涌保護器 第1部分：低壓配電系統的電涌保護器性能要求和試驗方法》、TB/T 2311-2008《鐵路信號設備用浪涌保護器》、YD/T 1235.1-2002 《通信局(站)低壓配電系統用電涌保護器技術要求》及YD/T 1235.2-2002《通信局(站)低壓配電系統用電涌保護器測試方法》等標準里都提及了相應的技術要求和測試方法。

然而，無論是國標還是行業標準，對于SPD的熱保護脫離裝置的測試要求僅限于小工頻電流(≤5A)的熱穩定性試驗；對于SPD的過流保護脫離裝置的測試要求也僅明確了大工頻電流(制造商聲稱值或300A)的短路耐受及TOV試驗的指標，而對于介乎二者之間的電流值則沒有明確的測試要求。

4 存在的隱患

通過了標準規定的上述兩種針對SPD過熱和過流保護脫離裝置的測試試驗，就能真正確保SPD在工程現場應用的安全性和可靠性嗎？下面的測試給出了答案。

筆者隨機從市場上購買了同等級的十余種國內外不同品牌的SPD產品，并經過人工劣化處理，模擬實際低壓配電系統中SPD劣化后的工作狀態，再把SPD與其后備保護裝置(統一采用某品牌32A/63AC型斷路器)串聯連接到L-PE為AC 220V的工頻電源中，調整幾個恒定電流值作為試驗電流，試驗結果見表1。

表1 SPD工頻短路電流耐受試驗統計表

備注：*①：過流保護裝置為32A斷路器；*②：過流保護裝置為63A斷路器。

由表1可知，即使通過了國家、行業標準規定的安全性能檢測的SPD，在工程實際應用中仍舊存在安全隱患，原因除了不同廠家工藝制造水平參差不齊外，SPD的熱保護脫離裝置和過流保護脫離裝置在SPD劣化失效后不能做到全電流保護，存在動作盲區，也是SPD引發電氣火災事故的主要原因之一，業內不少人士都發現了SPD動作盲區的這個問題，并采取了不同的方案去嘗試解決這個問題。

5 國內外標準的發展

針對SPD存在動作盲區的問題，目前國內外行業有以下標準：日本由于最早使用壓敏電阻，現已有針對SPD動作盲區的保護脫離裝置SPF(SPD專用熔斷器)產品，并在日本國內形成相應的產品檢測標準?，F有的IEC和國內標準尚沒有對SPD動作盲區的問題做出明確規定，但新版的IEC 61643.12《Low-voltage surge protective devices—Part 12：Surge protective devices connected tolow-voltage power distribution systems—Selection and application principles》已考慮補充此部分內容，國內針對此問題的標準工作也在同步進行，但仍有較長的一段路要走。

6 對應的產品發展和應用簡介

盡管標準工作相對滯后，但市場需求驅動產品發展，以天津中力公司產品為例，該公司推出的集成浪涌保護單元“ISPU”就是解決此應用缺陷的SPD產品。

該產品現已成功應用于某網絡數據中心項目。項目所使用的ISPU浪涌防護產品，集新型防雷芯片、熱保護脫離裝置、失效保護裝置、熔斷器和可插拔的智能監控模塊于一體，有效突破了普通浪涌保護器和后備保護裝置難匹配的瓶頸，解決了線路纏繞、殘壓高、保護效果差的問題。不僅具有浪涌防護和全電流無盲區的工頻電流防護功能，其自帶的智能監控系統也是一大亮點，可將防雷模塊使用壽命、雷擊及故障信息等上傳至監控主機，提醒維護人員及時操作，實現實時監控和通信組網功能，確保浪涌防護的連續性和安全性。此外，中力采用的自動化生產工藝能夠有效解決以往產品一致性差、性能不穩定等問題，從而避免SPD引發火災的安全隱患，切實提高產品的防護效果，真正做到產品應用的安全、有效、靈活、穩定。

7 結束語

綜上所述，筆者認為，通過合理手段切實有效提高浪涌保護器產品的安全可靠性能，并在標準規范上提高SPD安全性能檢測要求，加強現有的檢測標準，淘汰一些工藝性能不合格乃至假冒偽劣產品，將是行業深入研究和推廣的重要方向。

SafetyofFieldApplicationsaboutSPDinLow-voltageSystem

Zhang Xu / Sheng Xiaoyu

There are many research directions about the SPD’s field application safety,now the failure state of SPD, the failure protection device and its application risk of SPD, the present situation and development of related standards and products in SPD’sengineering field are analyzed, and some thoughts are put forward.

SPD, MOV, ISPU, failure state, failure protection device