暂时过电压对SPD后备保护的影响
作者：李晓婷
来源：《价值工程》2014年第06期
摘要：施加给电气装置的电压如超过电气装置的标准电压，称作过电压。
低压电气装置可能出现各种过电压，例如由于电网和电气装置运行条件的变化引起工频电源电压变化而出现缓慢而持续的线间过电压。
本文分析了低压系统暂时过电压形成原因，并给出了不同供电制式下的最大暂时过电压值。
探讨了暂时过电压对SPD的影响及SPD后备保护需要注意的问题。
Abstract： If the applied voltage of an electrical device is higher than its standard voltage， it is called overvoltage. Low voltage electrical device may appear all sorts of overvoltage. For example，the condition changes of power grid and electrical equipment can cause power frequency voltage change and lead to the slow and steady line-to-line overvoltage. The low voltage system temporary overvoltage formation reasons are analyzed in this paper and the maximum temporary overvoltage value under different power supply system is given. The influence of temporary overvoltage on SPD is discussed and the problems needing attention in SPD backup protection are also discussed.
关键词：暂时过电压；浪涌保护器；后备保护装置
Key words： temporary overvoltage；surge protector；backup protection device
中图分类号：TM451 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）06-0027-02
0 引言
在电力系统中，因雷击、操作和故障等原因造成的瞬态过电压是不可避免的。
如在雷击时，雷电在低压电气装置中引起的持续时间以微秒计的瞬态冲击对地过电压，其持续时间虽然极短，但幅值和波形陡度却极大，可能引起电气装置中电气设备和电子设备的绝缘击穿，导致设备损坏，或工作受干扰，有时可引发火灾、人身电击、大面积停电等严重事故，为了保护低压电气设备免遭瞬态过电压的侵害，浪涌保护器（Surge Protection Device）在电力系统、工业民用建筑、石油石化、铁路等各个行业发挥着举足轻重的作用。
随着SPD的大规模应用，SPD 后备保护的选择对于避免SPD起火和防雷失效事故起着极为重要的作用。
1 电力系统中低压暂时过电压形成原因分析
在电力系统中，由于断路器操作、故障或其他原因，使系统参数发生变化，引起系统内部电磁能量的振荡转化或传递所造成的电压升高，称为电力系统内部暂时过电压。
高压系统接地故障和低压系统内部故障都可能在低压系统中产生暂时过电压。
1.1 在变电所中，高压系统和低压系统是“共地”的，即它们的接地都共用一个接地极。
因此，若高压侧发生接地故障，则产生的故障电流流经共用接地极时就可能在低压侧产生暂时过电压，暂时过电压幅值和持续时间与高压系统接地形式及接地保护的断开时间有关。
1.1.1 高压侧小电流接地系统包括：不接地、经消弧线圈接地和高电阻接地系统。
由于此类系统的接地电流小，当故障电流通过接地电阻时产生的电压较低，低压系统的标称电压为380V，而高压系统接地故障传导至低压系统的暂时过电压通常不会超过120V，远远低于低压系统的标称电压，所以这种情况下暂时过电压几乎不会对SPD的安全造成任何影响。
1.1.2 高压侧大电流接地系统。
高压侧大电流接地系统为低电阻接地系统。
由于系统接地电阻小，当发生接地故障后构成了完整的回路，接地电流很大。
接地电流流过接地电阻时产生了很高的对地电压。
高压系统接地故障传导至低压系统的暂时过电压最高值为1200V。
SPD承受的暂时过电压根据低压系统接地形式（低压侧为TN系统；
低压侧为TT和IT系统）而不同。
中性线与保护接地线之间的暂态过电压为高压接地故障传导的暂时过电压1200V；相线与保护接地线之间的暂时过电压为相电压与高压接地故障传导的暂时过电压矢量和。
1.2 低压系统发生故障产生的暂时过电压
1.2.1 当低压系统发生相中线短路故障时，故障电流在故障点流经一段中性线返回电源，在流经的中性线上会产生电压降ΔUN。
ΔUN与系统电压U0的矢量和成为了非故障相线与中性线间的暂时过电UTOV。
1.2.2 根据负荷的接地形式，接地系统可以分为TN和TT系统。
其中TN系统又分为TN-C 接地系统和TN-C-S系统。
在TN系统中，电气装置的接地时连接到PE线或者是PEN线上。
TT接地系统中，电气装置的接地是连接到一个独立的接地极上，独立接地极与电源接地极没有电气上的联系。
在TN系统中发生相线导体意外接地时，由于电气装置与电源使用同一接地极接地，其他相线的对地电压不会发生改变。
当在TT系统中，由于电气装置的接地极和系统的接地极没有电气联系，当相线的意外接地时，其他相会在相线与保护接地线之间形成幅值高达■U0的暂时过电压。
当系统相线意外接地时，保护开关会根据整定的电流来对故障进行切除。
1.2.3 中性线断线故障引起的过电压。
在TN-C系统或者TN-C-S系统中，用电设备通常按照三相平衡的原则平均分配在三相中，中性线中通常是没有电流的。
当负荷严重不平衡时，中性线中的不平衡电流会非常大，在一些情况下中性线可能因为过热而烧断。
中性线断线后，由于负荷的不平衡会导致线间电压分配的不平衡，负荷侧的电压中性点会偏移，而偏移产生暂时过电压严重时会偏移到线电压构成的正三角形一条边上，使其中一相线与中性线间电压为■U0。
2 暂时过电压对SPD的影响
SPD主要分为电压开关型和限压型两种。
限压型SPD的主要成分为金属氧化物压敏电阻（MOV）。
是由一种以氧化锌为主体，添加多种金属氧化物的多晶体半导体陶瓷元件。
当雷电冲击电流通过时，电流集中流向MOV的薄弱点，形成击穿后，SPD气化燃烧。
电压开关型SPD主要部件为气体放电管（GDT），有单间隙和多间隙型。
开启式单间隙型以羊角间隙为代表，封闭式单间隙SPD以陶瓷气体放电管为代表。
单间隙SPD在浪涌或电源振荡激发导通后，20～30V的电弧电压使电源处于短路状态。
当电弧电流比较大，持续的电弧烧穿封装电极片时，火焰迅速喷发燃烧引起火灾事故。
当系统出现暂时过电压时，暂时过电压一旦超过SPD 启动电压，工频电流就会流过SPD。
通过SPD的电量超过10C就能引发SPD起火燃烧。
SPD 后备保护对于防止SPD起火燃烧至关重要。
3 熔断器和断路器作为SPD后备保护分析
SPD后备保护的基本要求为通过雷电流时不误断，通过工频交流电流时断开开关保护SPD。
后备保护装置在雷电流冲击下不误断至少应该满足：T1级不小于SPD的冲击电流Iimp （10/350μs，25kA）；T2级不小于SPD的最大放电电流Imax（8/20μs，80kA）；T3级不小于SPD的Imax（8/20μs，40kA）。
SPD通过工频电流大于5A以上时易起火，所以需要在工频电流达到5A前切断电路。
通过实验发现，当熔断器和断路器满足冲击电流通过及在SPD通过工频电流起火时也不会熔断或断开。
4 SPD专用后备保护器（SCB）实现方案
SPD专用后备保护器具有滞后、选择动作特性，特性具有延时效应。
由于雷电流通过时持续时间非常短，后备保护电器的延时尚未完成雷电流已经消失，保证了在雷电冲击下后备保护电器不动作，SPD不会退出运行。
随着社会的发展，对电气设备的保护要求不断提高，为防止瞬时过电压SPD的应用越来越广泛。
在无人值守的变电所或其他需要遥控的情况下，SCB能够通过其附件来满足需要，SCB因过负荷、漏电、短路等故障脱口后，其附件可以进行自动的重合，使系统能够持续有效的工作，适合无人值守通讯基站、灌溉水泵等设备配电配套使用，保证设备能够持续安全运行。
5 结语
综上所述，暂时过电压的存在造成了SPD的安全隐患。
为了解决暂时过电压对SPD造成的危害，出现了SPD专用后备保护器（SCB），从而解决了低压电源系统SPD后备保护装置存在的问题，SCB将随着国民经济的高速发展在各个行业发挥作用。
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