引言
     目前，低壓配電系統(tǒng)中普遍采用電壓限制型浪涌保護器，其核心部件非線性壓敏電阻器( MOV) 是一個由氧化鋅粉末通過冶金方式壓制的陶瓷體，其安裝在一個塑料絕緣底座中，通過導線連接在低壓配電系統(tǒng)的相線( L) 與接地線( PE) 之間。
      浪涌保護器 的伏安特性在正常電網(wǎng)電壓下呈高阻抗，泄漏電流( 阻性) 1 mA 以下; 當電網(wǎng)遭雷擊發(fā)生瞬態(tài)過電壓時呈低阻抗，泄放雷電流，以限制過電壓。浪涌保護器 的“脫離器”用于防止電網(wǎng)發(fā)生暫態(tài)過電壓故障或 MOV 老化( 劣化) 時，泄放電流異常增加，導致 浪涌保護器 發(fā)熱起火事故發(fā)生。斷路器( 或熔斷器) 作后備保護，防止線路或設備發(fā)生短路故障。
      但是 浪涌保護器 本身是一種保護電器，其運行特性不同于一般的電器負載，在常態(tài)運行時電流趨于零; 保護動作時，泄放數(shù)千安的脈沖電流; 其故障狀態(tài)是如上所述的( 數(shù)毫安至安培) 異常泄漏電流導致發(fā)熱起火。所以，其與常規(guī)的斷路器或熔斷器的保護特性不匹配，不能為其提供充分的保護。

1、浪涌后備保護裝置現(xiàn)狀
 
1．1 浪涌保護器故障類型
      浪涌保護器主要故障現(xiàn)象是異常發(fā)熱，原因是電網(wǎng)故障，出現(xiàn)超過其最高持續(xù)運行電壓UC的暫態(tài)工頻過電壓，泄漏電流產(chǎn)生的熱效應; 而浪涌保護器老化( 劣化) ，非線性拐點( 導通電壓) 降低，同樣使泄漏電流增加，產(chǎn)生熱效應。異常發(fā)熱加速其老化( 劣化) ，二者互為因果。
      因雷電強度超預期，泄放電流大于其額定值( Iimp 、Iimx ) ，浪涌保護器被擊穿或炸裂，導致電網(wǎng)短路。浪涌保護器 在老化( 劣化) 階段運行，待機功耗增加，長期運行的能耗不容忽略，不符合節(jié)能減排的大趨勢。
      由于上述原因，或MOV本身的工藝技術質(zhì)量缺陷，導致浪涌保護器內(nèi)部引線脫落、電阻體斷裂等故障，造成保護失效的隱形虛假運行，也需引起關注。
 
1．2 浪涌保護器后備保護裝置現(xiàn)狀
      NB /T 42150《低壓電涌保護器專用保護裝置》規(guī)定專用保護裝置性能。專用后備保護器示意如圖1所示。專用后備保護器主要由一個具有非線性的放電間隙( T) 和一個脫扣線圈( L) 并聯(lián)的斷路器組成，其有如下二種運行狀態(tài)。

       ( 1) 當?shù)蛪号潆娤到y(tǒng)遭雷擊，發(fā)生脈沖過電壓時，放電間隙擊穿導通，經(jīng)浪涌保護器釋放雷電流，以限制過電壓。而脫扣線圈對脈沖電流呈高阻抗，避免脫扣斷路器分閘。但此狀態(tài)下低壓系統(tǒng)的過電壓限制值是放電間隙的殘壓和浪涌保護器的殘壓疊加，降低鉗制電壓的性能，也增加被保護的電子設備擊穿損害的風險。
      ( 2) 當?shù)蛪号潆娤到y(tǒng)電壓正常，放電間隙截止呈高阻抗。浪涌保護器劣化時，工頻故障電流經(jīng)脫扣線圈形成回路，達到設定動作值( 0．5 ～ 15 A) 時，驅(qū)動斷路器分閘，切斷故障電流。或當電網(wǎng)電壓波動，出現(xiàn)工頻暫態(tài)過電壓，導致浪涌保護器產(chǎn)生故障電流時，也由脫扣線圈驅(qū)動斷路器分閘。
      這類浪涌保護器后備保護裝置，過電流保護的( 最小) 動作值為 0．5 A，浪涌保護器的待機功耗達 110 W。同時也沒有對浪涌保護器退出運行的故障( 開路狀態(tài))采取監(jiān)控措施。

2、智能型浪涌保護器專用后備保護器的結(jié)構(gòu)
       智能型浪涌保護器專用后備保護器是一個特殊結(jié)構(gòu)的單極斷路器與控制器的組合。每個單極對應一個浪涌保護器，在三相電路中，3 個單極斷路器與控制器組合，分別檢測、控制、保護 3個浪涌保護器。智能型浪涌保護器專用后備保護器結(jié)構(gòu)原理圖如圖 2 所示。
 
2．1 專用斷路器的結(jié)構(gòu)
      斷路器的外殼及形式、操作機構(gòu)、觸頭系統(tǒng)及滅弧系統(tǒng)與100A的小型斷路器( MCB) 基本相似。專用斷路器結(jié)構(gòu)如圖3所示。斷路器內(nèi)部的主電路直通導體用于浪涌保護器與低壓配電系統(tǒng)，是泄放雷電流的導電途徑，沒有線圈結(jié)構(gòu)不會對雷擊沖擊電流產(chǎn)生高頻阻抗，不會產(chǎn)生殘壓，也不會對浪涌保護器的運行性能產(chǎn)生不利影響。拍合式瞬動電磁脫 扣器在浪涌保護器 發(fā)生電擊穿短路時，驅(qū)動斷路器脫扣機構(gòu)動作，切斷短路故障電流。
      電流檢測線圈( 環(huán)型電流互感器) 與控制器連接，用于檢測浪涌保護器運行中的泄漏電流。脫扣線圈是由控制器驅(qū)動。
 

 
 2．2 智能型控制器的結(jié)構(gòu)
      控制器的核心部件是 N76E003AT20 型中央處理器( CPU) ，其由輔助電源模塊供電，電流信號經(jīng)放大器輸入CPU。當信號強度達到設定的閾值時，通過脫扣線圈，驅(qū)動斷路器分閘，并驅(qū)動指示燈、蜂鳴器發(fā)出聲光報警或預警。另有一個溫度傳感器( 熱敏電阻) 接口，如果需要，可連接浪涌保護器外殼上的溫度傳感器。
      控制器內(nèi)置的通信模塊經(jīng)ＲS-485 接口，可與低壓配電系統(tǒng)的管理網(wǎng)絡連接，將電流、溫度信息及預警、報警信號傳送至上位機，使運維人員、管理人員直觀了解浪涌保護器運行的全周期，使浪涌保護器運行的管理方式與低壓配電自動化管理系統(tǒng)配套一致。控制器原理框圖如圖 4 所示。
 
3、智能型浪涌保護器專用后備保護器的特性
      保護器以環(huán)型電流互感器與控制器組合，形成電流檢測控制功能單元。檢測浪涌保護器的泄漏電流變化特征，判別其運行狀況。
      ( 1) 浪涌保護器投入運行初期，產(chǎn)生數(shù)毫安的容性( 工頻) 電流，以此作為浪涌保護器在線運行的判別電流，若電流趨于零，可判定浪涌保護器已退出運行，控制器報警，提示運維人員及時檢修。
      ( 2) 在浪涌保護器投運中期，經(jīng)自然熱老化，或遭雷擊產(chǎn)生泄放電流的熱老化，泄漏電流增加到數(shù)十毫安至數(shù)百毫安。浪涌保護器的待機功耗隨老化程度而增加，但其溫度( 溫升) 仍正常，維持正常運行。
      ( 3) 在浪涌保護器投運后期，處于臨界劣化狀態(tài)，其泄漏電流在數(shù)百毫安至1A，但待機功耗明顯增加。
      ( 4) 當檢測到大于1A 的泄漏電流時，浪涌保護器已發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的劣化，或電網(wǎng)出現(xiàn)暫態(tài)過電壓。該故障電流會導致 浪涌保護器嚴重發(fā)熱，引發(fā)其塑料底座熔化或燃燒。控制器按反時限安秒特性( 如 10 A·s) 驅(qū)動斷路器分閘，并報警。若在反時限動作的運行時間內(nèi)，故障電流下降，則判定是電網(wǎng)暫態(tài)過電壓消失，浪涌保護器仍維持運行 。該反時限特性也避免了浪涌保護器再泄放雷電流時的誤動作，提高運行可靠性。
      另外，當浪涌保護器發(fā)生擊穿短路事故，或其他原因?qū)е聰嗦菲饕韵码娐钒l(fā)生短路事故，則由拍合式瞬動脫扣器直接驅(qū)動斷路器分閘，切斷電源并報警。
      熱敏電阻直接檢測浪涌保護器 的運行溫度，不但與泄漏電流相關，還受環(huán)境溫度、電網(wǎng)電壓波動、泄漏電流變化的熱積累影響，所以更直觀反映 浪涌保護器的發(fā)熱狀態(tài)。當檢測到 105 ℃ 時，控制器驅(qū)動斷路器分閘并發(fā)出報警。
 
4、結(jié)語
      本文探討環(huán)型電流互感器與電子式控制電路結(jié)合的方法，擴展浪涌保護器泄漏電流檢測的范圍，從正常泄漏電流、監(jiān)界劣化泄漏電流至發(fā)熱故障電流，以實現(xiàn)其使用壽命全周期的運行監(jiān)控，特別是在 浪涌保護器 使用壽命后期，檢測泄漏電流數(shù)據(jù)反映了待機功耗，可提前預警，避免劣化過程中的高能耗運行。
      浪涌保護器 專用保護裝置實現(xiàn)保護特性與被保護對象的運行特性匹配; 具有通信功能，可與既有的低壓配電管理網(wǎng)絡連接，可使斷路器、浪涌保護器 受監(jiān)管平臺監(jiān)控，進一步提高運行可靠性，且能減輕運維人員現(xiàn)場巡視的工作量。
 
參考文獻
［1］ 尹天文． 低壓電器技術手冊［M］． 北京: 機械工業(yè)出版社，2014．
［2］ 低壓電涌保護器專用保護裝置: NB/T 42150—2021［S］．
作者：
翁利國 練德強（國網(wǎng)浙江杭州市蕭山區(qū)供電有限公司）
洪達 (浙江中新電力工程建設有限公司)
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