SPD的后备保护器应该如何选择？

2022-01-12 来源：德和盛

本文摘要：对于SPD后备保护器性能要求主要有两点。第一，后备保护器应能及时分断SPD发生短路故障所流出的工频电流；第二，后备保护器应能耐受在SPD正常工作时流过的电涌电流。对于第一点，后备保护器的产品特性已经明确给出。但对于第二点，后备保护器的电涌耐受能力目前尚未成为该产品的一个明示指标。

　　随着近年来直击雷和雷电感应的影响以及其他瞬时过电压所造成的电涌对电气设备及相关系统的危害不断发生，SPD被广泛应用在低压配电系统中。但是在使用过程中各类SPD都有可能出现短路故障，从而因为过热而导致火灾，爆炸等事故。因此GB18802.11-2020，GB18802.12-2014标准中推荐的做法是将过电流保护器和SPD串联使用作为SPD的后备保护装置。如下图所示：

　　SPD（左）与断路器（右）串联使用作为后备保护

　　后备保护器的性能要求：

　　对于SPD后备保护器性能要求主要有两点。第一，后备保护器应能及时分断SPD发生短路故障所流出的工频电流；第二，后备保护器应能耐受在SPD正常工作时流过的电涌电流。对于第一点，后备保护器的产品特性已经明确给出。但对于第二点，后备保护器的电涌耐受能力目前尚未成为该产品的一个明示指标。

　　后备保护器的选择：

　　在电涌保护器的测试标准GB18802.11-2020中的8.4.3.2条款和8.4.4.4条款中，都有8/20波形冲击电流试验。在这些试验中，电涌保护器及其后备保护器需要耐受大小为Imax的8/20波形冲击电流的冲击。在试验过程中，要求后备保护器不能脱扣动作。为了寻求SPD和后备保护器的配合关系，需要寻找后备保护器的最大冲击电流耐受水平。

　　用I²t进行波形计算并且与后备保护器生产厂提供的I²t(1ms)比较，是推测熔断器单次电涌耐受能力的一种可能方法。通过冲击的峰值就能够估算出I²t，可见以下公式：

　　---对于10/350波：I²t=256.3×I²crest

　　---对于8/20波：I²t=14.01×I²crest

　　这里Icrest的单位为kA，I²t的单位为A²·s。

　　在GB18802.11-2020描述的试验方法中，后备保护器不仅要耐受单次冲击，还要耐受一个完整的序列（预处理试验和动作负载试验）。这些冲击能够降低后备保护器的性能，从而降低了它们相对于单次冲击下的耐受能力。为了能够通过上述试验，试验显示中要在单次冲击耐受值的基础上乘以0.5-0.9的降低系数。下图为单次冲击耐受能力和通过全部预处理/动作负载试验的耐受能力的比值示例：

　　结果如下表所示:

　　SPD专用后备保护器：

　　虽然在GB18802.11-2020标准中给出了明确的后备保护器的选择依据，但在实际工况中，仍会出现SPD失效，后备保护器未动作，甚至SPD着火的情况发生。具体原因出在SPD与后备保护器的配合出现盲区所致。由于熔断器的熔断系数通常为1.5-2.0，这意味着电流越大，熔断速度越快，但在小电流下，熔断器是无法动作的。而经过我们的试验，在SPD内部器件失效情况下，5A的电流就可导致SPD着火。

　　基于以上问题，由能源局出版了SPD专用后备保护器的标准——NB/T42150，使后备保护器在选择上大大便捷。同时兼顾了与SPD的匹配度，使得配合上的盲区消失。现在广泛应用于轨道交通各个供电系统中。