隨著現(xiàn)代電子設(shè)備對(duì)防雷保護(hù)的要求日益嚴(yán)格，安裝浪涌保護(hù)器（SurgeProtectionDevice，SPD）抑制線路上的浪涌和瞬時(shí)過(guò)電壓、泄放線路上的過(guò)電流成為現(xiàn)代防雷技術(shù)的重要環(huán)節(jié)之一。眾所周知，構(gòu)成電涌保護(hù)器的重要元器件是壓敏電阻（MOV），而壓敏電阻具有泄漏電流，在長(zhǎng)期使用過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)短路劣化，給系統(tǒng)帶來(lái)安全隱患。這就要求SPD需串聯(lián)過(guò)流保護(hù)裝置使用，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》的附錄J和GB/T18802.12-2014/IEC61643-12：2008《低壓配電系統(tǒng)的電涌保護(hù)器（SPD）第12部分：選擇和使用導(dǎo)則》的附錄K中，都規(guī)定了在電涌保護(hù)器（SPD）靠近相線側(cè)需串聯(lián)安裝過(guò)流保護(hù)器，通常稱為SPD的后備保護(hù)裝置。

在目前的IEC標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)中，通常選用常見(jiàn)的過(guò)電流保護(hù)裝置熔斷器和斷路器作為SPD后備保護(hù)器。由于熔斷器和斷路器主要作為工頻過(guò)電流的保護(hù)裝置，其電涌電流耐受能力并不是很理想。

1.1常見(jiàn)熔斷器的電涌電流耐受能力

關(guān)于熔斷器的電涌電流耐受能力在GB/T18802.12-2014/IEC61643-12：2008附錄P中有規(guī)定，如表1所示。

從表1可以看出：

a.對(duì)于I類分類試驗(yàn)SPD（T1）來(lái)說(shuō)，熔斷器的沖擊電流耐受能力很弱。對(duì)于沖擊電流Iimp為10kA的SPD，需要額定電流為160A的熔斷器作為后

備保護(hù)裝置；對(duì)于Iimp為25kA的SPD，需要額定電流為315A的熔斷器作為后備保護(hù)裝置。

b.對(duì)于II類分類試驗(yàn)SPD（T2）來(lái)說(shuō)，標(biāo)稱放電電流In為25kA的SPD，需要額定電流為80A的熔斷器作為后備保護(hù)裝置；In為40kA的SPD，需要額定電流為125A的熔斷器作為后備保護(hù)裝置。

因此，無(wú)論是T1還是T2類SPD，標(biāo)準(zhǔn)推薦的熔斷器的額定電流都明顯偏大，而且往往會(huì)超過(guò)SPD上游母線上的過(guò)流保護(hù)裝置額定值，從而因過(guò)流保護(hù)參數(shù)倒置而導(dǎo)致SPD后備保護(hù)裝置無(wú)效。

1.2常見(jiàn)斷路器的電涌電流耐受能力（略）

目前，關(guān)于斷路器的電涌電流耐受能力，國(guó)內(nèi)或國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)都沒(méi)有提出明確的匹配建議。上海市防雷中心防雷產(chǎn)品測(cè)試中心與知名斷路器廠家展開(kāi)合作，對(duì)斷路器的電涌電流耐受能力作了深入研究。

由表2和表3（略）可以看出：

a.斷路器在10/350μs沖擊電流下的耐受能力很弱，即使是125A額定電流的斷路器，也僅能耐受約4kA的10/350μs電流，基本無(wú)法和常用的T1類SPD配合使用。

b.斷路器在8/20μs沖擊電流下的耐受能力和熔斷器類似，In為30kA的T2類SPD，需要額定電流為100A或125A的斷路器作為后備保護(hù)裝置，很可能超過(guò)了上游相線上過(guò)流保護(hù)裝置的額定值。

因此，斷路器無(wú)法直接與T1類SPD配合使用，或者因上下游過(guò)流保護(hù)參數(shù)倒置而導(dǎo)致T2類SPD的后備保護(hù)裝置無(wú)效。

可見(jiàn)，無(wú)論是熔斷器還是斷路器，要想成為SPD合格的后備保護(hù)器，電涌電流耐受能力的提升刻不容緩。

由上述分析可知，目前常見(jiàn)的熔斷器或斷路器不能作為SPD專用后備保護(hù)器的矛盾點(diǎn)在于電涌電流的耐受能力和工頻過(guò)電流分?jǐn)嗄芰χg的矛盾。如果并聯(lián)一個(gè)電涌電流耐受能力相對(duì)較高的元件，使電涌電流流過(guò)該元件，而工頻電流仍然流過(guò)熔斷器或斷路器，這樣就提升了產(chǎn)品的整體電涌電流耐受能力，同時(shí)又能分?jǐn)喙ゎl過(guò)電流。氣體放電管（GDT）正好符合這個(gè)特性：在它未擊穿前，由于阻抗非常大，對(duì)工頻電流相當(dāng)于開(kāi)路；而在電涌電流下會(huì)瞬間擊穿（響應(yīng)時(shí)間相對(duì)較快，在ns級(jí)別），擊穿后相當(dāng)于短路，會(huì)分流大部分的電涌電流。

2.1將氣體放電管與熔斷器并聯(lián)使用（略）

將額定電流為63A的熔斷器與通流容量為20kA、直流擊穿電壓為500V的氣體放電管并聯(lián)，研究整體的電涌電流耐受能力，如表4所示（略）。

2.2將氣體放電管與斷路器并聯(lián)使用

將額定電流為10A的斷路器與通流容量為20kA、直流擊穿電壓為500V的氣體放電管并聯(lián)，研究整體的電涌電流耐受能力，如表5所示（略）。

由表1可知，額定電流為63A熔斷器的電涌電流耐受能力為17kA；由表4可知，并聯(lián)一個(gè)20kA、500V的氣體放電管后，可以將熔斷器的電涌電流耐受能力提升到25kA；由表3可知，額定電流為10A斷路器的電涌電流耐受能力為15kA；由表5可知，并聯(lián)一個(gè)20kA、500V的氣體放電管后，可以將斷路器的電涌電流耐受能力提升到45kA。

由此可見(jiàn)，無(wú)論是熔斷器還是斷路器，并聯(lián)一個(gè)氣體放電管后均可以提升電涌電流耐受能力，斷路器的電涌電流耐受能力提升得尤為明顯，這是因?yàn)閿嗦菲鞯淖杩贡热蹟嗥鞯淖杩挂螅瑲怏w放電管擊穿后，根據(jù)并聯(lián)電路的分流原理，電流和電阻成反比，導(dǎo)致并聯(lián)后，流經(jīng)熔斷器的電流大于流經(jīng)斷路器的電流，因此，并聯(lián)后的熔斷器的電涌電流耐受能力不如斷路器。同時(shí)，由于氣體放電管存在續(xù)流，當(dāng)SPD短路劣化、熔斷器熔斷后，如果續(xù)流不能遮斷，很容易引起火災(zāi)。對(duì)斷路器而言，可以將氣體放電管的一個(gè)極并聯(lián)在斷路器的動(dòng)觸頭回路上，當(dāng)斷路器動(dòng)作后，自然也將氣體放電管從電路切斷了，這就避免了由于續(xù)流不能遮斷引起的火災(zāi)。

2.3串聯(lián)負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）進(jìn)一步提升電涌電流耐受能力

由表5可知，并聯(lián)氣體放電管后斷路器的電涌電流耐受能力有了一定程度的提升，但仍不能完全滿足實(shí)際的需求。從并聯(lián)電路的分流原理可知，在斷路器支路串聯(lián)一個(gè)阻抗后可以進(jìn)一步降低斷路器支路的電流，從而再次提升電涌電流耐受能力，而這個(gè)阻抗在工頻電流流過(guò)時(shí)要能迅速變?yōu)楹苄〉淖杩梗瑥亩粫?huì)影響斷路器分?jǐn)喙ゎl過(guò)電流。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻正好符合這個(gè)特性，它靈敏度較高，為毫秒級(jí)別，電阻負(fù)溫度系數(shù)較大，隨著溫度的升高，阻值能迅速地非線性降低。此等結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品可稱為基于斷路器技術(shù)的SPD專用后備保護(hù)器（SSD），如圖1所示。

以額定電流為10A的斷路器分別串聯(lián)5D-20和10D-20的NTC后再與通流容量為40kA、直流擊穿電壓為500V的氣體放電管并聯(lián)，研究整體的電涌電流耐受能力，如表6所示（略）。

由表6可知，串聯(lián)NTC后極大地提升了斷路器的電涌電流耐受能力，由于GDT電涌電流耐受能力的限制，試驗(yàn)中斷路器并未動(dòng)作。但由表6可知，當(dāng)總電流為60kA時(shí)，流過(guò)斷路器的電流僅為1.3kA左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于斷路器的動(dòng)作電流15kA。由此可推斷，串聯(lián)NTC后斷路器的電涌電流耐受能力非常可觀，完全能滿足實(shí)際的使用需求。

按照?qǐng)D1的結(jié)構(gòu)，分別改變斷路器的額定電流、NTC的直徑大小、阻值大小，研究其對(duì)整體工頻短路電流分?jǐn)嗄芰Φ挠绊憽?/span>

3.1斷路器額定電流對(duì)分?jǐn)嗄芰Φ挠绊?/span>（略）

分別以額定電流為10A、20A、25A的斷路器串聯(lián)10D-25的NTC后再與通流容量為20kA、直流擊穿電壓為500V的氣體放電管并聯(lián)，研究整體的工頻短路電路分?jǐn)嗄芰Γ绫?所示。

從表7可知，斷路器的額定電流越小，切斷時(shí)間越短，即增加線圈的匝數(shù)可以縮短切斷時(shí)間，也就是通過(guò)增加線圈匝數(shù)可以使能分?jǐn)嗟墓ゎl過(guò)電流變小。

3.2NTC直徑對(duì)分?jǐn)嗄芰Φ挠绊?/span>

以額定電流為10A的斷路器分別串聯(lián)10D-11、10D-20和10D-25的NTC后再與通流容量為20kA、直流擊穿電壓為500V的氣體放電管并聯(lián)，研究整體的工頻短路電路分?jǐn)嗄芰Γ绫?所示（略）。

由表8可知，當(dāng)NTC阻值相同時(shí)，其直徑越小，切斷時(shí)間越短；但直徑越小，NTC的最大功耗也相應(yīng)變小，就很有可能因?yàn)榘l(fā)熱量大于最大功耗使NTC損壞。

3.3NTC阻值對(duì)分?jǐn)嗄芰Φ挠绊?/span>

以額定電流為10A的斷路器分別串聯(lián)5D-25和10D-25的NTC后再與通流容量為20kA、直流擊穿電壓為500V的氣體放電管并聯(lián)，研究整體的工頻短路電路分?jǐn)嗄芰Γ绫?所示（略）。

由表9可知，當(dāng)NTC直徑相同時(shí)，其阻值越小，切斷時(shí)間越短；但考慮到電涌電流的分流效果，其阻值也不能選擇得過(guò)小，否則會(huì)影響電涌電流耐受能力。

首先，根據(jù)SSD聲稱的分?jǐn)喙ゎl過(guò)電流的幅值確定線圈的匝數(shù)，使SSD能在NB/T42150-2018《低壓電涌保護(hù)器專用保護(hù)設(shè)備》規(guī)定的時(shí)間內(nèi)動(dòng)作；其次，根據(jù)SPD的最大放電電流尋找對(duì)應(yīng)通流能力的GDT（或放電間隙），同時(shí)根據(jù)GDT和MOV串聯(lián)使用時(shí)需使GDT的最小直流擊穿電壓高于線路電壓的峰值來(lái)選擇不同電壓等級(jí)的GDT；再次，從電涌電流的分流關(guān)系選擇合適阻值的NTC；最后，通過(guò)調(diào)整NTC的直徑使工頻電流流過(guò)NTC時(shí)的發(fā)熱量不超過(guò)其最大功耗，以避免試驗(yàn)中NTC的損壞。www.tianhengkj.cn

 

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   作者：陳華暉、沈云新、周岐斌