SPD后備保護裝置

王萬里

摘 要：本文著重分析了用斷路器、 熔斷器兩種保護元件的不同特性。就SPD前端保護元件的選擇和保護整定問題進行了研究。

關鍵詞：浪涌保護器；斷路器；熔斷器；過流保護

1 浪涌保護器（SPD）前為什么要加保護元件

（1）對于使用氧化鋅壓敏器件的SPD，當浪涌電流通過壓敏電阻超過它的承受能力時，壓敏電壓下降，嚴重時將被擊穿。隨著放電次數的增加，性能逐漸下降，當失效損壞時，往往是短路的形式。所以必須依靠熔斷器或斷路器切斷電源；

（2）對于間隙類SPD，一般沒有要求一定安裝過流保護裝置，但因放電間隙在放電過程中可能會存在續流，電弧無法熄滅的問題，因此通常也是安裝過流保護裝置的；

（3）方便維護，無過流保護裝置更換SPD時需停整個電路的電，但安裝了過流保護裝置則只須斷開過流保護裝置即可更換；

（4）同時相關標準要求在電涌保護器上串聯斷路裝置， 杜絕和減少因電涌保護器損壞而造成的用戶斷電事故。

2 SPD保護原件設計選用存在問題

（1）SPD參數均有標準規范的明確規定，但是關于SPD后備保護的參數選擇卻無明確說明，即使有也無法方便的指導設計人進行選用；

（2）由于標準中并未明確指定上串聯斷路裝置的技術類別及參數， 所以執行標準時就可能出現“偏差和誤解”；

（3）出現雷擊時， 微型斷路器分斷， 出現后續雷擊燒毀設備的事故。

3 SPD過流保護設置注意事項

3.1 SPD過流保護的特點

SPD的過流保護包括過負荷和短路保護。SPD過電流保護的目的，是保護電源系統，防止因SPD損壞導致整個電流系統故障，而不是為了保護SPD本身。因為若是保護SPD，則電流整定值很小，而要在雷電流通過時不動作，則電流整體值很大，兩者不易兼顧。

同時，SPD在雷電流通過時，保護元件不應該動作。故此時可不驗證雷電流情況下的斷流能力，但需核算雷電流通過時的熱效應。

3.2 過負荷保護

SPD前端加裝過負荷保護，是希望由于SPD的劣化導致漏電流大于整定值后，開關按反時限特性動作，切斷電路。

3.3 短路保護

（1）斷路器作為短路保護：

通過SPD的雷電流通常時間很短，約幾十微秒到幾百微秒，電流從幾千安培幾十千安培，其動作脫扣由瞬動脫扣器實現。但瞬動脫扣器的機械特性的動作時間不小于5ms。也就是說，無論保護整定值大小，雷電流通過期間都不會脫扣。

所以，SPD的短路保護整定，是為防止非雷擊狀態，由于SPD損壞而引起的短路。其過電流整定值大于SPD漏電流1.5倍即可，瞬時整定值應按該處短路電流校驗。因SPD漏電流很小，而一般線路短路電流很大，這樣保護整定取值范圍將很寬，從幾安培到幾十安培甚至上百安培都可以。這樣就需要考慮斷路器的通流容量，斷路器通流容量通常是開斷容量的2.5倍。

（2）熔斷器作為短路保護：

熔斷器的作用原理為熱效應直接熔斷，熔絲的熔斷時間與電流為反時限特性。因此為了避開雷電流引起的熱效應，應根據熔斷器的實際時間特性曲線進行整定。

3.4 標準規范要求

（1）IEC 61643 12：2008要求：

浪涌保護器和過電流保護器配合時，在標稱放電電流下，建議過電流保護器應不動作。當電流比In大，可以動作；對于可復位的過電流保護器如斷路器，不應被這種電涌損壞。

（2）GB /T 21431-2008《建筑物防雷裝置檢測技術規范》要求：

浪涌保護器（SPD）的前端應有后備保護裝置—過電流保器，如熔斷器等，SPD后備保護熔斷器的電流值應與主電路的熔斷電流值相互配合。

（3）GB 18802.1-2011和IEC 61643 }：2005要求：

如果制造商給出了過電流保護裝置的最大額定值，那么過電流保護裝置需隨浪涌保護器進（SPD）行以下試驗：動作負載試驗、短路耐受能力試驗等。

現有標準中對浪涌保護器（SPD）后備保護裝置的要求不盡且存在不完整的方面，而一些制造商后備保護推薦方案不盡相同也不夠詳細。GB 18802.12-2014和GB 18802.1-2011中對于后備保護裝置沖擊耐受電流的要求也不盡相同，但對于后備保護裝置的基本要求：應能承受相應的沖擊電壓或沖擊電流且不誤動作，同時能及時地切除當SPD發生短路故障時的故障電流。

4 斷路器和熔斷器保護的對比分析

4.1 斷路器

斷路器可重復使用（當保護斷路器因回路故障斷開后可簡單復位而不需更換器件）、便于安裝、便于SPD的維護檢修等優點。但當電涌電流流過回路時殘壓較高，對被保護負載構成了一定威脅，且容易誤斷。

斷路器的動作無論是短路瞬動還是過負荷，均通過脫扣器來實現。SPD放電不足以引起斷路器誤動，但不排除特殊情況下持續時間長的浪涌放電，引起動作。

一般相同結構的斷路器，當額定電流增大，其沖擊耐受電流值也隨之增大，但由于設計結構不同的斷路器在相同額定電流等級及脫扣特性下的電流耐受沖擊能力會有較大的差異，所以SPD廠商給出的保護裝置型號不應簡單地給出斷路器的脫扣特性和額定電流值，而應明確產品的出具體型號以確認保護裝置的詳細電氣特性。

4.2 熔斷器

熔斷器相對于斷路器可以耐受較大的雷電流沖擊，并且殘壓較低。同時熔斷器保護無死區，當選型正確，可保證雷電流多次泄放不會熔斷，而當線路出現過負荷或短路時又能起到保護作用，且價格便宜。但熔斷器作為后備保護裝置使用時，當熔斷器動作后必須進行更換，不便于安裝和維修。

5 結語

浪涌保護器（SPD）前端的保護裝置斷路器及熔斷器各有利弊，從理論上說都是可行的。但斷路器在與SPD配合使用時， 受到很多局限，如果在沒有經過任何標定和檢測的情況下隨意使用，可能會導致事故的發生， 因此采用斷路器作為SPD的后備保護裝置需十分慎重。而熔斷器電流覆蓋面較廣， 與微型斷路器相比具備許多優點，在SPD前端安裝熔斷器是更為穩妥的方法，但也必須建立檢測和標定手段，不可以隨意使用。

參考文獻：

[1]趙洋.電涌保護器（SPD）和后備保護斷路器的配合研究[D].上海：上海交通大學，2011.

[2]吳正華，蔡振新.低壓配電系統用SPD后備保護的選擇與應用.電氣工程應用，2007（2）.

[3]GB18802.1.低壓配電系統的電涌保護器（SPD）第1部分：性能要求和試驗方法.

[4]GB50057.建筑物防雷設計規范.