B+C防雷器烧毁分析

关于室外开关电源柜B+C 防雷器烧毁的分析
近期接到办事处反馈某省移动公司所使用我公司的室外型开关电源系统多个地市从2011年3月至今出现了7次设备内B+C 防雷器烧毁导致设备通讯中断事故。

此事值得我们深入的探讨一番，究竟是什么原因导致此类事件如此频繁的发生呢？
下面是现场的部分照片
图一、长岭六家子基站
从图片上可以看出着火点在B+C 防雷器的B 级U 相开始。

图二 火烧站基站
从图片上可以看出着火点在B+C防雷器的B级V相开始。

从实际照片记录的现场来看，我们能得到如下结论：
1、着火点都是在B级防雷处（最严重的燃点在防雷器阀片靠近下端接线处）；
2、所着火防雷器损毁严重，壳体材料为阻燃材料而非耐火材料。

要了解B+C防雷器着火的原因就需要先了解B+C防雷器的结构及工作原理以及设备的配电结构。

一、B+C组合型防雷器的形成原因
现目前，在设计低压配电系统的过电压防护时，一般都采用多级保护。

采用多级防护的主要目的就是为了即能满足大通流容量的要求，又能满足低于设备耐压水平的残压要求。

GB50057-94《建筑物防雷设计规范》中，第6.4.11条规定“在一般情况下，当在线路上多处安装 SPD 且无准确数据时，电压开关型 SPD 与限压型 SPD 之间的线路长度不宜小于 10m，限压型 SPD 之间的线路长度不宜小于 5m。

”信息产业部行业标准YD／T 5098-2005《通信局（站）防雷与接地工程设计规范》中第9.2.2条也规定“在使用分级保护时，各级浪涌保护器之间应保持必要的退耦距离或增设退耦器件，以确保各级浪涌保护器协调工作。

氧化锌SPD与氧化锌SPD之间退耦距离（电缆长度）应不小于5m。

”而在实际安装过程中，往往因为安装空间问题，基本无法满足两级间的安装距离要求。

为了适应这种需求，防雷器生产厂家一般会推荐客户采用B+C组合型的防雷器。

该类防雷器能够有效解决两级间安装距离的问题，但解决的方式会有差别。

二、B+C组合型防雷器的大致分类
B+C组合型防雷器C级普遍都采用限压型，所以我们就一般按其B级防雷器的类型来划分。

分为限压型和开关型，这两种又分别分为带退耦型与无退耦型。

图三 B+C组合型防雷器分类
目前市场上，各个厂家生产的B+C组合型防雷产品种类繁多，但其基本原理都属于上面四种类型，其中带退耦限压型以及无退耦开关型应用得最为广泛。

针对本文涉及的防雷器我们着重分析一下无退耦开关型B+C组合防雷器。

三、无退耦开关型B+C组合防雷器
无退耦开关型B+C组合防雷器是通过降低B级开关型器件的冲击
放电电压来实现B级开关型器件和C级限压型器件的直接并联。

目前
采用最多的降低冲击放电电压的方式是加一个电子点火装置，在开关
器件两端电压上升的过程中产生一个电火花作为导电通道（如右图），
实现开关器件在低冲击电压下的导通。

一般的设计是当有电子点火装
置时，放电电压在1KV左右，而无电子点火装置时，放电电压在3KV
以上。

无退耦开关型B+C组合防雷器在泄放雷电流时，上升的电流波先通过C级压敏电阻此时输出残压显示压敏电阻特性（Uc）。

当电流上升到一定程度，使得Uc>UB时，B级开关间隙导通，由于开关器件特性，导通后阻抗非常低，相当于短路，因此雷电流将全部由B级开关器件泄放，此时输出残压显示开关型间隙特性。

图四 B+C组合防雷器原理
无退耦开关型B+C组合防雷器通过采用电子点火装置降低了冲击放电电压，实现B级和C级电涌保护器的直接并联安装，取消了级间连接导线长度的限制和退耦器的安装，也消除了由加装退耦器所带来的工作电流的限制，节省了安装空间，优化了导线连接，简化安装技术。

四、本例中的青竹牌B+C组合防雷器（FYBC/ 3+1-100）
下图是西安无线电二厂的青竹牌B+C组合防雷器（FYBC/ 3+1-100）实物图
图五 FYBC/ 3+1-100实物图
下图是FYBC/ 3+1-100的内部基本电路图
图六FYBC/3+1-100的内部基本电路图
从基本电路图来看，当设备遭受雷击或浪涌时是相线对零线放电，零线对地线放电。

五、故障分析
1、从防雷器烧毁情况来看，存在雷击导致烧毁的情况可能性不大，首先如果是雷击现象导致放电管对零对地放电则持续时间很短，基本都会是us级别的时间，这个时间放电管的表面温度爬升不会太高，因为温度还没有升上去致使温度升高的放电动作已经结束了；其次如果是因为防雷器件劣化造成持续放电（续流），那么配电路线路上的空开就会因为线路过电流脱扣或过电流引发热脱扣而导致设备断电，也不会引发火灾。

2、当雷电流经防雷器对地泄放时，由于接地电阻的存在必然引起地电位升高，设备存在的寄生电容及设备的接地与防雷接地间存在电位差，因而产生差模脉冲电压。

当超过设备绝缘耐压的容许限度时必然造成设备的损坏。

所以说如果存在地电压反击那么首先损坏的是设备而非防雷器且防雷器烧毁的可能性不大。

3、虚接导致接触点温升过大导致防雷器损坏的可能性倒是极大。

我们可以从现行的配电结构上分析存在虚接的可能性。

图七 室外柜配电形势图
如上图两路市电经手动输入切换，切换后跳接至防雷器再由防雷器跳接至输出空开，在市电输入到整流器使用这个过程中共有7个节点，在这7个节点上任意一个节点出现问题都将导致设备出现问题，就防雷器损坏程度来看，不是短时间可以造成的，这也从另一个侧面佐证了虚接导致事件的促成。

下面具体的分析一下故障的成因及过程，防雷器的U相或V相输入线因为某种原因未完全紧固或使用中因为导线应力、电流变化、长时间运行等情况松动，导线松动虚接后导致该点接触电阻增大（接触电阻大小更多地取决于整个所施加的压力不是接触面积。

），局部温度上升（可由公式推套，此处不再累述），出现接触打火，随着时间的推移，温度上升急剧加大致使防雷器外壳（阻燃等级符合UL94的V0级即对样品进行两次10秒的燃烧测试后，火焰在30秒内熄灭。

不能有燃烧物掉下）达到燃点并保持燃烧，燃烧高温导致放电管爆裂。

在防雷器燃烧的后期可能会出现两种情况是防雷器燃烧过程结束。

⑴、输入导线因燃烧致使接口损坏并脱落但脱落过程中未出现相间短路现象，后端整流器失电，整个配电线路脱落负载电流为零 ，促成温度上升的原点消失，防雷器自燃一段时间自由熄灭。

（图一）
⑵、输入导线因燃烧致使接口损坏并脱落但脱落过程中出现相间短路现象，瞬间的短路
电流导致前端输入空开脱扣，整个配电线路脱落负载电流为零 ，促成温度上升的原点消失，防雷器自燃一段时间自由熄灭。

（图二）
七、使用建议
1、接线方式的改变
⑴、跳接线使用管状端子进行合压后再进行连接紧固，降低事故风险；
⑵、适当增加导线长度，适度捆扎减少导线应力（需结构设计配合）；
⑶、根据接口形状，适度变化接线形式，避免减小导线接触面积；
⑷、防雷接地线更改接地点（原接机柜体壁，该至接地体）。

2、用户设备维护
⑴、增加巡检工作，每三个月或半年对所有用电端进行紧固，防止接线松动，预防虚接现象发生；
⑵、防雷器劣化不容忽视，尤其是压敏电阻模块，重视防雷器巡视检查工作，对运行多年的防雷器件阀片进行必要更换。

设备内使用防雷器的目的在于尽可能的把电涌限制在设备能够承受的范围之内，合理的选型、使用才能发挥其最大的功用。

不合理的使用习惯、不良的维护流程都势必存在不同程度的安全隐患，只有保持所有组件运行在最佳的状态下才能保证设备的安全运行。

参考文献：
1、GB50057-94（2000年版）《建筑物防雷设计规范》
2、YD／T 5098-2005《通信局（站）防雷与接地工程设计规范》
3、百度文库防雷相关文献资料。