呂曉東

（吉林省遼源市氣象局，吉林遼源，136200）

0 引言

1 電源SPD各種失效模式及成因

SPD失效類型很多，在此作簡要歸納總結(jié)，并說明其成因，可能同一種現(xiàn)象由不同原因造成，同時同一種原因也可能造成不同的失效模式。

■1.1 失效模式1

在供電線路中安裝電源避雷器，電源避雷器完好，但是該SPD不能起到應(yīng)有的保護作用。這是一種常見的SPD失效模式，造成這種現(xiàn)象主要是因為在安裝避雷器之前沒有認真調(diào)查用電設(shè)備的情況和沒有對避雷器進行篩選。SPD的Up(電源避雷器的保護水平)過高，當避雷器還沒有實施保戶時設(shè)備已經(jīng)被擊壞。

■1.2 失效模式2

在供電線路安裝了電源SPD，造成對地短路故障，開路故障和放電電壓升高等故障現(xiàn)象，可能造成火災(zāi)甚至危及人的生命安全，造成這種現(xiàn)象的原因可以分為三種：

①對避雷器的選用不正確，比如為了獲得SPD更低的保護電壓水平，卻忽視了SPD的Uc（電源SPD的最大可持續(xù)運行電壓），當通過雷電波時，避雷器被擊壞。

②線路中的避雷器長期被操作過電壓和雷電瞬態(tài)沖擊電壓的環(huán)境中，導致SPD自身損壞。

③在多級電源避雷器保護線路中，開關(guān)型SPD和限壓型SPD以及限壓型SPD與限壓型SPD之間安裝距離不夠又沒有加裝退耦器，造成前級SPD沒有動作，后級SPD先動作，由于通流量過大損壞后級SPD，且不能保護用電設(shè)備。如圖1所示。

圖1

在上述現(xiàn)象中限壓型避雷器多數(shù)表現(xiàn)為短路故障，而開關(guān)型避雷器則表現(xiàn)為開路，短路和放電電壓升高等現(xiàn)象。

喬木是構(gòu)成秦安縣林業(yè)植被的主體，可分為天然林喬木和人工造林喬木兩大類。天然林喬木在郭集鄉(xiāng)青林溝殘存，僅5.67 hm2次生林；人工造林主要分布在黃土梁頂部、荒坡、溝壑及各村鎮(zhèn)居民點、公路旁，是秦安縣的主要林木。截至2001年，全縣有喬木36科，54屬，87種。

■1.3 失效模式3

供電線路中SPD與RCD（漏電器）和熔斷器配置不恰當，由于SPD有自身損壞的情況，為了人身安全不得不將SPD與RCD及熔斷器等器件配合使用。當安裝的先后順序不一樣時，可能無法及時切斷電源。在實際工作中我們經(jīng)常將避雷器安裝在RCD的下游[2]（按功率流動方向），如圖2所示。

圖2

這種安裝方式可能會造成兩種SPD故障，一種是在限制過電壓時釋放到保護線的浪涌電流可能會被上游的漏電斷路器解釋成漏電流，RCD將企圖切斷有關(guān)電路，造成漏電器誤跳；另一種是電器設(shè)備的所有部分，包括避雷器，都易過載，可能會由于突然輸入的高能量引起短路。如果設(shè)備故障，在設(shè)備裸露導電部分上產(chǎn)生的電流不會被清楚的辨認為是漏電流，漏電器不會切斷電源，這樣可能系統(tǒng)中有雜散電流的發(fā)生，也可能發(fā)生接觸電擊事故。

(4)電源SPD在線路中不能按要求保護設(shè)備，由于電源SPD可能會出現(xiàn)上述種種故障，因此人們把SPD與斷路器配合使用，以防止漏電時能夠及時的切斷電源，但是又很多場合時不允許間斷供電的，這樣避雷器并沒有完成應(yīng)該完成的工作。如圖3所示。

圖3

與SPD串聯(lián)的F2，如果F1的額定電流小于F2，此時F2不起作用，當SPD發(fā)生短路故障時，F(xiàn)1動作，切斷電源。另一種就是當F1的額定電流大于F2時，F(xiàn)2動作，此時設(shè)備將失去SPD防護雷電沖擊過電壓。

2 針對電源SPD的各種失效模式及解決辦法

(1)針對1.1中所述的電源SPD的失效模式要求我們在對用電設(shè)備安裝電源SPD保護器件之前需要仔細了解電源的供電制式以及用電設(shè)備各種參數(shù)，比如用電設(shè)備的最大持續(xù)運行電壓，對于不同的電源制式對SPD的參數(shù)要求也不同。如何進行SPD的選擇在GB50057-94中也有詳細規(guī)定，在此不再贅述。

(2)在上文1.2中提出的SPD失效模式中，第一點與前文的解決辦法相同，第二點將在下文中詳細介紹，這里主要說的是電壓開關(guān)型SPD與限壓型SPD之間的線路長度不宜小于提出個人看法，并提出加裝退耦器的原因和好處。

根據(jù)行波理論，波在電纜中的傳播速度為：

開關(guān)型電源SPD的動作響應(yīng)時間t = 100 ns，限壓型避雷器的響應(yīng)時間t1=25 ns，Δt =75ns，所以：

由于避雷器元件的實際響應(yīng)時間有一定的誤差，故應(yīng)該將開關(guān)型避雷器和限壓型避雷器之間的距離至少大于12m，以達到保護效果。當然在實際操作中，我們可能無法達到該距離，因此可以在兩級之間加裝退耦器，如圖1所示。

由該式可知Ures是SPD的性能參數(shù)不可改變，但是Ude卻可以通過加裝退耦器來增大，以達到增大SPD1兩端的電壓，使SPD1及時導通放電。加裝退耦器還可以削弱雷電侵入波的峰值電壓，進一步保護了用電設(shè)備。

(3)電源SPD與RCD及熔斷器的配合使用是實際中應(yīng)用較多的方式，也是最容易出錯的地方，在本文中將作重點介紹。為了解決1.3中所述的問題可以將SPD接在RCD的上游，如圖4所示。

圖4

圖4 中將SPD安裝在漏電器上游，泄放的浪涌電流不再流經(jīng)RCD，更不會被解釋成剩余電流，在線路中不會產(chǎn)生誤跳情況；同時RCD下游因故障設(shè)備產(chǎn)生的漏流可以被清除的識別，漏電斷路器可以安全的斷開[2]。

電源SPD與熔斷器、RCD的配合使用在TN系統(tǒng)和TT系統(tǒng)也不盡相同，下面分別予以介紹。

①在TN系統(tǒng)中SPD失效短路故障后，導致相線對地短路成為接地故障，使PE線和其所接設(shè)備外殼帶故障電壓而引發(fā)電擊事故。應(yīng)該保證電氣裝置防簡間接接觸電擊的措施繼續(xù)有效，可用于SPD串接的過流防護電氣切斷電源，這是應(yīng)為電流Id的通路為金屬通路，Id的幅值大。如圖5所示[1]。

圖5

對于TN系統(tǒng)中，為了防止接地電弧火災(zāi)而在電源進線處裝設(shè)防火RCD，這種安裝方法和TT系統(tǒng)中同，在下文中詳細介紹。

②在TT系統(tǒng)中SPD失效后的防電擊措施比較復雜，因為TT系統(tǒng)有兩個獨立接地系統(tǒng)，因故障電流Id需要流經(jīng)Ra和Rb兩個接地電阻返回電源，不能用過電流保護器切斷電源，同時為了不因SPD的失效引起供電中斷，綜合上面2、4圖，需要將RCD安裝在電源SPD的負荷側(cè)，此時需要將SPD按照“3+1”方式接線，這樣它只能造成相線和中性線之間愛你的單項短路，而單項短路為大短路電流的金屬性短路，它可以由與SPD串聯(lián)的過電流保護器來有效切斷，如圖6所示。

TN系統(tǒng)中同此接法相同，只是TN系統(tǒng)中沒有直接接保護接地。在TT系統(tǒng)中，放電間隙可能因為通過大的雷電流幅值造成兩極融化，此時TT系統(tǒng)變成了TN系統(tǒng)，在沒有更換放電間隙之前都是以TN系統(tǒng)運行。TN系統(tǒng)需要滿足防間接接觸電擊要求：

圖6

同時要求Rb盡量小，以降低間接接觸的接觸電阻。這已經(jīng)屬于電力部門的范疇，在此不詳細說明。

(4)為了能夠使用電源SPD保護不能間斷供電的系統(tǒng)的要求，對TN系統(tǒng)和TT在前文都已經(jīng)提出解決辦法，現(xiàn)在還可以對圖3進行修改，希望通過對堆 的改建能夠達到既不中斷供電也要SPD能夠保護用電設(shè)備，如圖7所示。

圖7

3 結(jié)束語

任何一門技術(shù)在使用過程中都會出現(xiàn)不同的不足之處，這些缺陷需要我們通過實踐去發(fā)現(xiàn)、總結(jié)并解決。電源避雷器在實踐中出現(xiàn)的故障模式還有很多，需要更深入的加以探討。在實踐中不斷的發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新，在防雷工程設(shè)計施工過程中總會有這些瑕疵存在，防雷工作是關(guān)系到人民生命財產(chǎn)安全的問題，我們不能馬虎，掉以輕心，要不斷深入學習才能設(shè)計出更科學的工程方案。