浪涌保护器SPD的后备保护选用原则

浪涌保护器SPD的后备保护选用原则

浪涌保护器SPD的后备保护选用原则

樀要：通过对建筑物的电子信息系统各级防雷的电源线路浪涌保护器标称放电电流的I2t及电压保护水平的分析，说明浪涌保护器SPD的后备保护宜采用熔断器，并提出于建筑物的电子信息系统各级防雷相对应的电源线路浪涌保护器后备保护熔体额定电流推荐值

关键词浪涌保护器 SPD 后备保护选用涌保护器后备保护熔体额定电流推荐值

随着我国经济、社会的快速发展，各种电子信息技术产品越来越多地渗入到社会和家庭生活的各个领域，雷电过电压产生的危害和损失也越来越大，人们对雷电过电压的防治也空前的重视。因此在民用和工业建筑中SPD（浪涌保护器）被大量的使用。国标《建筑物电子信息系统防雷设计规范》（GB500343－2004）中根据建筑物电子信息系统所处的环境、重要性和使用性质以及遭受雷击的风险，把民用建筑物的电子信息系统防雷分为A、B、C、D四级，其中对SPD的通流容量也进行了规定。详见下表：

电源线路浪涌保护器标称放电电流参数值

一问题的提出：

《建筑物防雷设计规范》（GB-50057-94 2000年版）第6.4.4条规定“电浪涌保护器必须能承受预期通过它的雷电流，并应符合以下两个附加要求：通过电涌时的最大钳压，有能力熄灭在雷电流通过后产生的工频续流。”但由于SPD的老化问题及检修方便，作为SPD故障短路的后备保护，SPD支路过流保护是必要的。规范中只明确SPD后备保护器采用熔丝、断路器或剩余电流保护器，但没有明确多大通流容量的SPD，设置多大整定值的SPD支路过流后备保护。各个SPD生产厂商的推荐标准也不一样，有的厂商甚至推荐不设置。电气设计中究竟采用何种后备保护器以及整定值设为多少，也只能凭设计人员的经验值或厂商的推荐值来选取。笔者查阅大量资料和结合工程实践提出以下几点不成熟的意见。

二SPD为什么要设置后备保护

现在市场上可以购买的SPD主要可分为三种型式：电压开关型、电压限制型和复合型。电压开关型

SPD没有电浪涌时具有高阻抗，有电浪涌时能立即转化成低阻抗，其常用的元件有放电间隙、气体放电管、可控硅整流器等；电压限制型SPD没有电浪涌时具备高阻抗，随着电涌电流、电压的上升，其阻抗持续的减小，常用非线性元件：氧化锌压敏电阻和抑制二极管；复合型SPD常采用电压开关型和电压限制型SPD 串联或并联以满足限制电压或通流量的要求。所有这些双端口装置在遭受瞬态电浪涌时，通过钳制跨接在浪涌保护器两端之间的瞬态电压工作。限制电压的幅值大小取决与瞬态浪涌电流幅值的大小及波形，并且保护器的动作电压一定要达到一定的幅值，避免干扰被保护线路的正常运行。但是由于老化及使用条件的恶劣等原因，电子固态保护器件在暂态抑制过程结束后，并不能有效的切断泄放电流。在被保护线路的工频电压的作用下原先处于导通状态下的电子固态保护器件有可能不会灭弧，出现续流。此时相当于SPD 和系统电源出现短路，SPD中将流过数千安培的短路电流，如此大的短路电流产生的热效将使SPD的电子固态保护器件发生爆裂或爆炸，影响其他设备的安全、正常运行。也可能使上极主开关出现跳闸，扩大了事故面，使系统的可靠性降低。

三如何设置SPD的后备保护

建筑电气低压配电系统中通常在SPD支路中接入一个限流元件作为SPD故障短路的后备保护。此限流元件可以是熔断器、延时型空气开关、剩余电流短路器。采用熔断器来切断续流的接线如图所示：

其中熔断器的额定电流应高于被保护系统的正常运行电流，它的熔断电流应小于SPD电子固态保护器件在电弧区的续流。现有市面上的大部分SPD产品其内部均带有一个熔断器（或热断路器），该熔断器（或热断路器）主要起保护SPD的电子固态保护器件作用，由于SPD使用场所条件恶劣，其内部也可能出现短路，因此在现有的工程实际应用中都要求在SPD线路上加装一组熔断器或断路器、剩余电流保护器（剩余电流保护器，价昂贵实际工程中较少采用），以保护SPD。(Surge protective devices) 笔者现将对用于不同保护等级的三相电涌保护器后备保护用的熔断器、断路器的选用做一个定量的分析。

熔断器作后备保护是一种常用的方案，其特点是熔断体为易熔金属，呈电阻性，电阻为R。电感量很

小，可以忽略。当雷电流(10/350µs或8/20us)冲击时，在线路两端的限制电压为：U熔=Ri+L(di/dt) L为连接导线电感，限制电压主要由L(di/dt)决定，R上压降较小。断路器作后备保护时，因断路器线路中有双金属热敏元件和串联的电磁脱扣器，呈感性阻抗，电感为LAB。当雷电流(10/350µs或8/20us)冲击时在线路两端电压为：U断=Ri+L(di/dt)+LAB(di/dt) ，其中L 为连接导线电感，LAB为断路器电感，一般情况LAB>L,附加电压要大于连接导线上的压降。因为Ri<

上海电器科学研究所测得：对同一型号SPD进行测试：

In=20KA Imax=40KA时，

串联RTl4—63熔断器，在19．8KA大电流冲击时(8／20us)，熔断器断开。测得限制电压U熔为2674V。串联DZ47—63断路器，在18．29KA大电流冲击时，断路器脱扣断开。测得限制电压为u断为5014V，其中断路器附加电压为3KV。

从上述分析和实验表明：用断路器作后备保护时，线路上的限制电压要高于用熔断器作后备保护的线路上的限制电压，故大多数专业SPD供应厂家都采用熔断器作后备保护的原由，另一方面由于断路器电感的存在，其响应时间长，这也是系统不希望的。我们来讨论使用熔断器的情况。

SPD支路上熔断器的主要作用是在SPD设备内部短路情况下能有效的切断短路电流，同时能保证在额定的雷电过电流的情况下SPD起到正常的泄流作用。这就要求熔断器的熔断电流躲过额定波形下额定幅值的雷电流作用，同时小于上级主开关的整定电流，并保证一定的级差，以实现其选择性。

熔断器在瞬时大电流的作用下，其弧前熔断过程没有，因此在瞬时大电流作用下，熔体的熔化过程可以看成一个绝热过程，熔体的额定电流选择应根据I2t 值来选择，因此我门只要算出在不同雷电波形和雷电流幅值的I2t就能确定`：

建筑中常用的短十雷击波形如下图所示：（建筑物防雷设计规范P64页附图6.2）