低压系统SPD现场应用安全性思考

张 旭 / 盛小宇(天津市中力防雷技术有限公司，天津 300384)

低压系统SPD现场应用安全性思考

张 旭 / 盛小宇
(天津市中力防雷技术有限公司，天津 300384)

关于SPD现场应用的安全可靠性研究方向较多，现以SPD在工程现场的应用与要求分析SPD的失效状态、SPD的失效保护装置及其应用风险、相关标准和产品的现状与发展，并提出一些思考。

电涌保护器 压敏电阻 集成浪涌保护单元 失效状态 失效保护装置

0 引言

在低压配电系统的雷电防护中，电涌保护器(以下简称“SPD”)对雷电电磁脉冲的防护承担着相当重的分量。随着SPD的普遍应用，其失效状态所带来的现场安全事故也逐渐得到重视，人们对于SPD的工程应用较为关注的两个方面是：1)SPD产品应用的实际保护效果；2)SPD现场使用的安全性和可靠性。如何在不严重影响SPD防护性能的同时提高SPD工程现场应用的安全性和可靠性，是值得深入探讨和研究的问题。本文对此提出了一些观点，供广大设计人员参考。

1 SPD的失效状态分析

众所周知，SPD是一种防雷电电磁脉冲型保护产品，核心器件为压敏电阻(MOV)，对用电设备的防护原理是让绝大部分脉冲过压和浪涌电流通过自身对地泄放，这是一种以牺牲自身防护性能为代价，以确保用电设备免于承受过高的电压、电流而损坏的防护方式。MOV的这种特性决定了SPD在使用了较长时间后会逐渐凸显出劣化特性——阻值从正常的高阻态(兆欧级)逐步劣化到几千欧姆、几十欧姆甚至几欧姆，此时流过它的工频电流会从微安级跃升到几十毫安、几百毫安甚至几百安培，逐渐增大的对地泄漏电流会导致最终短路的失效状态，给配电系统带来不必要的电能损耗与SPD本体发热(过热则可能引发火灾事故)。

2 针对性的保护措施——失效保护装置

对于压敏电阻的这种失效特性，一般的电源类SPD产品都会设置热保护脱离装置。这种脱离装置能够在SPD对地泄露电流到达一定值(一般为几十到上百毫安)时，将SPD从配电线路中脱离开来，防止SPD过热引发火灾。

然而，当压敏电阻劣化到一定程度时，其上流经的漏电流会呈指数上升，导致SPD本体迅速发热，若迅速发热的SPD不能与热保护脱离装置的热传递达到平衡，则无法驱动热保护脱离装置动作，SPD同样可能因过热引发火灾。针对上述情况，可设置另外一种失效保护装置——过流保护脱离装置，就是在SPD出现较大过流值(一般为300A以上或制造商声称值)时，SPD的过流保护脱离装置会迅速动作切断电流，阻止SPD持续过流引发的供电受损及火灾事故的发生。

以上两种保护脱离装置都属于SPD的失效保护装置，通常是与SPD串联使用的，当SPD处在正常工作状态时，失效保护装置不动作；只有在SPD发生过热或过流故障时，失效保护装置才会动作，将SPD与配电线路切断。这两种失效保护装置无疑都是在时效方面预防SPD过热引发的火灾事故。

3 目前国内相关标准要求

关于SPD的过热和过流保护脱离装置，GB 18802.1-2011《低压电涌保护器 第1部分：低压配电系统的电涌保护器性能要求和试验方法》、TB/T 2311-2008《铁路信号设备用浪涌保护器》、YD/T 1235.1-2002 《通信局(站)低压配电系统用电涌保护器技术要求》及YD/T 1235.2-2002《通信局(站)低压配电系统用电涌保护器测试方法》等标准里都提及了相应的技术要求和测试方法。

然而，无论是国标还是行业标准，对于SPD的热保护脱离装置的测试要求仅限于小工频电流(≤5A)的热稳定性试验；对于SPD的过流保护脱离装置的测试要求也仅明确了大工频电流(制造商声称值或300A)的短路耐受及TOV试验的指标，而对于介乎二者之间的电流值则没有明确的测试要求。

4 存在的隐患

通过了标准规定的上述两种针对SPD过热和过流保护脱离装置的测试试验，就能真正确保SPD在工程现场应用的安全性和可靠性吗？下面的测试给出了答案。

笔者随机从市场上购买了同等级的十余种国内外不同品牌的SPD产品，并经过人工劣化处理，模拟实际低压配电系统中SPD劣化后的工作状态，再把SPD与其后备保护装置(统一采用某品牌32A/63AC型断路器)串联连接到L-PE为AC 220V的工频电源中，调整几个恒定电流值作为试验电流，试验结果见表1。

表1 SPD工频短路电流耐受试验统计表

备注：*①：过流保护装置为32A断路器；*②：过流保护装置为63A断路器。

由表1可知，即使通过了国家、行业标准规定的安全性能检测的SPD，在工程实际应用中仍旧存在安全隐患，原因除了不同厂家工艺制造水平参差不齐外，SPD的热保护脱离装置和过流保护脱离装置在SPD劣化失效后不能做到全电流保护，存在动作盲区，也是SPD引发电气火灾事故的主要原因之一，业内不少人士都发现了SPD动作盲区的这个问题，并采取了不同的方案去尝试解决这个问题。

5 国内外标准的发展

针对SPD存在动作盲区的问题，目前国内外行业有以下标准：日本由于最早使用压敏电阻，现已有针对SPD动作盲区的保护脱离装置SPF(SPD专用熔断器)产品，并在日本国内形成相应的产品检测标准。现有的IEC和国内标准尚没有对SPD动作盲区的问题做出明确规定，但新版的IEC 61643.12《Low-voltage surge protective devices—Part 12：Surge protective devices connected tolow-voltage power distribution systems—Selection and application principles》已考虑补充此部分内容，国内针对此问题的标准工作也在同步进行，但仍有较长的一段路要走。

6 对应的产品发展和应用简介

尽管标准工作相对滞后，但市场需求驱动产品发展，以天津中力公司产品为例，该公司推出的集成浪涌保护单元“ISPU”就是解决此应用缺陷的SPD产品。

该产品现已成功应用于某网络数据中心项目。项目所使用的ISPU浪涌防护产品，集新型防雷芯片、热保护脱离装置、失效保护装置、熔断器和可插拔的智能监控模块于一体，有效突破了普通浪涌保护器和后备保护装置难匹配的瓶颈，解决了线路缠绕、残压高、保护效果差的问题。不仅具有浪涌防护和全电流无盲区的工频电流防护功能，其自带的智能监控系统也是一大亮点，可将防雷模块使用寿命、雷击及故障信息等上传至监控主机，提醒维护人员及时操作，实现实时监控和通信组网功能，确保浪涌防护的连续性和安全性。此外，中力采用的自动化生产工艺能够有效解决以往产品一致性差、性能不稳定等问题，从而避免SPD引发火灾的安全隐患，切实提高产品的防护效果，真正做到产品应用的安全、有效、灵活、稳定。

7 结束语

综上所述，笔者认为，通过合理手段切实有效提高浪涌保护器产品的安全可靠性能，并在标准规范上提高SPD安全性能检测要求，加强现有的检测标准，淘汰一些工艺性能不合格乃至假冒伪劣产品，将是行业深入研究和推广的重要方向。

SafetyofFieldApplicationsaboutSPDinLow-voltageSystem

Zhang Xu / Sheng Xiaoyu

There are many research directions about the SPD’s field application safety,now the failure state of SPD, the failure protection device and its application risk of SPD, the present situation and development of related standards and products in SPD’sengineering field are analyzed, and some thoughts are put forward.

SPD, MOV, ISPU, failure state, failure protection device