電涌保護(hù)器的后備保護(hù)元件分析

　　一、概述

　　雷電災(zāi)害是一種人類目前還無(wú)法避免的自然災(zāi)害之一，電涌保護(hù)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(hù)器是保護(hù)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(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(hù)器(SPD)的使用范圍日益擴(kuò)大，市場(chǎng)需求量日益增長(zhǎng)。電涌保護(hù)器是用于保護(hù)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(hù)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(hù)器故障情況

　　限壓型電涌保護(hù)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(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(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?yàn)槭У?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)有完全開路前故障電流在幾百毫安至幾安培間。對(duì)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(guò)SPD對(duì)PE線或N線過(guò)流故障。

　　三、后備保護(hù)元件的作用

　　脫離器失效后電涌保護(hù)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(guò)電流保護(hù)元件動(dòng)作;另一類由于接地故障電流小，過(guò)流保護(hù)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(hù)器(SPD)外部的前端，裝設(shè)后備保護(hù)元件。其作用當(dāng)電涌保護(hù)器(SPD)不能切斷工頻短路電流時(shí)，過(guò)電流保護(hù)電器動(dòng)作，把電涌保護(hù)器(SPD)從并聯(lián)線路中斷開，使電涌保護(hù)器(SPD)不會(huì)引起過(guò)熱而導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸等事故，同時(shí)可保證電源的持續(xù)供電。圖1分析了市場(chǎng)上多數(shù)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(shù)SPD脫離器與熔斷器、微型斷路器等過(guò)流保護(hù)元件間存在一定盲區(qū)。對(duì)于此類故障標(biāo)準(zhǔn)要求SPD產(chǎn)品的外殼材料通過(guò)相應(yīng)的耐非正常熱和耐熱試驗(yàn)，如一定對(duì)此類故障進(jìn)行保護(hù)，其后備保護(hù)元件應(yīng)是具有接地故障保護(hù)的元件。

　　圖1 電涌保護(hù)器(SPD)與熔斷器、斷路器保護(hù)配合

　　正確、合理的先用后備保護(hù)元件，直接關(guān)系到系統(tǒng)及電涌保護(hù)器(SPD)的安全性和可靠性。

　　四、后備保護(hù)元件的特性

　　1、 熔斷絲的特性

　　熔斷絲的保護(hù)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(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(hù)特性一樣，都是反時(shí)限的。

　　熔斷器的保護(hù)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(gè)電流值，當(dāng)通過(guò)熔體的電流等于它時(shí)，熔體在額定電流下絕對(duì)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(kuò)大，保證安全運(yùn)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(jī)構(gòu)將主觸點(diǎn)鎖在合閘位置上。過(guò)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(guò)載時(shí)，過(guò)電流脫扣器的銜鐵吸合，使自由脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作，主觸點(diǎn)斷開主電路。當(dāng)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(jī)構(gòu)動(dòng)作。當(dāng)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(jī)構(gòu)動(dòng)作。分勵(lì)脫扣器則作為遠(yuǎn)距離控制用，在正常工作時(shí)，其線圈是斷電的，在需要距離控制時(shí)，按下起動(dòng)按鈕，使線圈通電，銜鐵帶動(dòng)自由脫扣機(jī)構(gòu)動(dòng)作，使主觸點(diǎn)斷開。

　　電涌保護(hù)器(SPD)后備保護(hù)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(qiáng)加的電流。

　　五、后備保護(hù)元件的選擇

　　后備保護(hù)元件與SPD配合后，應(yīng)可保護(hù)在額定電涌電流作用時(shí)，后備保護(hù)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(shè)備的保護(hù)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(hù)的優(yōu)缺點(diǎn)

　　1、熔斷器的主要優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)

　?、俨捎萌蹟嗥髯鳛楹髠浔Ｗo(hù)元件具有殘壓低,選擇性好。上下級(jí)熔斷器的熔斷體額定電流只要符合國(guó)標(biāo)和IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的過(guò)電流選擇比為1.6：1 的要求，即上級(jí)熔斷體額定電流不小于下級(jí)的該值的1.6 倍，就視為上下級(jí)能有選擇性切斷故障電流;

　?、?限流特性好，分?jǐn)嗄芰Ω?

　　③ 相對(duì)尺寸較小;

　?、?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;

　?、?保護(hù)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(hù);

　?、?發(fā)生一相熔斷時(shí)，對(duì)三相電動(dòng)機(jī)將導(dǎo)致兩相運(yùn)轉(zhuǎn)的不良后果，當(dāng)然可用帶發(fā)報(bào)警信號(hào)的熔斷器予以彌補(bǔ)，一相熔斷可斷開三相;

　?、?不能實(shí)現(xiàn)遙控，需要與電動(dòng)刀開關(guān)、開關(guān)組合才有可能。

　　3、斷路器主要優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)

　?、?故障斷開后，可以手操?gòu)?fù)位，不必更換元件，除非切斷大短路電流后需要維修;

　?、?有反時(shí)限特性的長(zhǎng)延時(shí)脫扣器和瞬時(shí)電流脫扣器兩段保護(hù)功能，分別作為過(guò)載和短路防護(hù)用，各司其職;

　?、?帶電操機(jī)構(gòu)時(shí)可實(shí)現(xiàn)遙控。

　　4、主要缺點(diǎn)和弱點(diǎn)

　?、俨捎脭嗦菲髯鰹楹髠浔Ｗo(hù)元件具有殘壓高。上下級(jí)非選擇型斷路器間難以實(shí)現(xiàn)選擇性切斷，故障電流較大時(shí)，很容易導(dǎo)致上下級(jí)斷路器均瞬時(shí)斷開;

　　②相對(duì)價(jià)格略高;

　?、鄄糠?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(shí)，會(huì)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(jià)較高。

　　七、后備保護(hù)元件的安裝

　　以TN-C-S系統(tǒng)為例，安裝方式如圖2所示。