避雷器致线路故障原因分析

摘要：本文从避雷器、断路器、漏电断路器在供电线路中的工作原理出发，结合笔者在工作中遇到的跳闸情况，分析安装了避雷器的线路中各种保护设备跳闸的原因，从而更好地指导防雷实践工作。

关键词：工作原理；故障原因；解决方法

1 引言

雷雨天气时，安装了电源避雷器的供电线路中,线路保护设备时常出现跳闸现象，特别是地处空旷地带的供配电系统，更是频繁地跳闸，严重的设备被雷电击穿损坏，给日常工作带来诸多不便。由于各种原因，避雷器前端串联的断路器也经常发生动作，使避雷器失去保护作用。本文将从解释避雷器的在供电线路中的作用和断路器、漏电断路器的工作性质，结合实际笔者在工作中遇到的跳闸情况,分析安装了避雷器的线路中各种保护设备跳闸的原因。

2 避雷器在线路中的工作原理

电涌保护器（spd），俗称避雷器。低压配电线路中的避雷器主要由半导体元件和空气间隙组成，它们在实质上是一个限位开关，没有雷电波来的时候它两端处于开路状态，对电源和信号没有影响，当雷电波侵入并且超过某一定值时，它迅速成为通路状态，把电压箝制在一个安全范围内，把雷电流大部分泄放入地。当雷电流过后，避雷器又恢复高阻状态，保证后端设备安全正常地工作。

3 安装有避雷器的线路中保护设备故障的原因

通过对线路、避雷器工作原理的分析，我们可以总结出雷雨天气时，装有电源避雷器的线路中各种保护设备（含避雷器前端的保护设备）出现故障的三种原因。

3.1 当电源避雷器前端串联断路器时

为了防止电源避雷器失效时，接地短路故障电流损坏设备，保障人身安全，防雷工程应用中一般在电源spd 前端串联小型断路器作为spd 的前端保护装置。

电源避雷器的失效模式可以分为两类：开路失效模式和短路失效模式。

a）开路失效模式：由于spd 本身的非线性元件形成或由与spd 串联的内部或外部保护设备与供电电源断路所形成，此时，供电电源的连续性在spd 失效的情况下被保证（图1）。

b）短路失效模式：由于spd 本身引起或由某一附加设备引起，那么电源供电将由于系统的后被保护而中断。此时，供电系统受到保护，但是系统不再供电（图2）。

pd—电涌保护器的过流保护装置；

spd—电涌保护器；

e/i—被电涌保护器保护的电气装置或设备；

因此，优先保证供电的连续性还是优先保证过电压保护的连续性，这取决与电源避雷器失效时，断开电源避雷器的前端保护装置所安装的位置[2]。

开路失效模式下，当通过避雷器的过电流持续时间过长，即在微秒级时间内电源避雷器还无法将雷电流全部泄放入地时，串联在电源避雷器前端的保护设备会判断为过流或短路故障，从而发生动作。此时，虽然保证了供电的连续性，但再发生过电压时，无论是电气装置或是设备均得不到保护，而再次出现持续的过电流会使供电线路中的断路器，特别是安装在总配电处的断路器会在过压的状态下发生动作，导致系统供电中断。

短路失效模式下：这种失效模式中，串联在电源避雷器前端的保护设备会在判断为过流或短路故障时使供电线路中的断路器直接动作。

在上述两种失效模式中，如果电源避雷器前端的保护设备选择的参数与避雷器的相关参数不一致时也会发生供电线路断路器的动作，特别是避雷器前端的保护设备更容易发生动作，从而降低避雷器的保护效能和供电的连续性。因此，在防雷工程中一般采用开路失效模式的接线法（现大多数spd产品都直接把pd整合在一起）。

3.2 当线路中有漏电断路器时

在各低压电气系统中，为避免触电危险通常设置漏电短路等保护措施。这种保护措施可以分为以下两种：

a）防直接接触保护：即导体的带电部分必须绝缘、覆盖、包起来或以杜绝接触和电击的方式布置。

b）间接接触情况下的保护：在电气系统出现故障时，金属外壳有意外带电的可能性，这种危险必须得到防护。

通常，最大允许长久接触电压ul为交流50v 和直流120v，更高的接触电压必须在5s 内自动断开（特殊情况下在0.2 以内）。

由于人身保护措施是最优先的，其他保护措施隶属于间接接触保护措施。因此，为防止间接接触事故的发生，通常在电源线路中加装保护器，如tn系统，安装过流保护器和漏电保护器做为防止间接接触保护的措施。但是，由于避雷器存在失效问题，所以在避雷器与漏电断路器同时存在时，会导致冲突。这种冲击常常表现为雷雨天气时，线路中的漏电断路器频繁地动作。

以 tn-s制式为例，当电源避雷器装于漏电断路器的后端时（图3），目的是实现间接接触情况下的保护。但是，在这种布置方式下，当避雷器将浪涌电流释放到pe线路时，可能会被上游的漏电断路器解释成为漏电流。所以漏电断路器会试图切断有关电路，以达到间接接触的保护措施。这就是为什么在雷雨天气时，电源线路上的漏电断路器发生跳闸而导致线路断电的原因。此时供电系统断电，从用户供电安全的角度来看，漏电断路器的误跳是不希望发生的，应该避免。解决的办法是将避雷器安装在漏电断路器的上游，即前端（图4）。

这样泄放的浪涌电流不再经过漏电断路器，也就不会被解释成剩余电流。这样就避免了漏电断路器的误跳，使电气设备用电的不间断性得到保障[3]。将电源避雷器安装于漏电断路器的上游还有另外一个原因：一旦发生设备漏电或人身触电，漏电断路器会清晰地辨认，使漏电断路器及时、安全地断开电路。

对于d级保护，即细保护，如果采用了如图5 所示的保护时，可以安装在漏电断路器的下游。此时，浪涌避雷器泄放的浪涌电流是如此之小以至于不被漏电断路器认为是漏电流。类似结构的避雷器有菲尼克斯的pt 系列。

因此，漏电断路器必须能承受一定幅值的雷电流，即漏电断路器应该有这样的质量：能够安全地承载通过雷电流避雷器泄放的浪涌电流,并且在这样的浪涌电流强度下不误跳。这就要求，漏电断路器应具有不小于3ka（8/20μs）的电涌电流的抗干扰能力[2]，同时，根据不同配电制式合理地选择避雷器的安装位置，将有效地减少雷雨天气时漏电断路器跳闸的次数。