隨著現代電子設備對防雷保護的要求日益嚴格，安裝浪涌保護器（SurgeProtectionDevice，SPD）抑制線路上的浪涌和瞬時過電壓、泄放線路上的過電流成為現代防雷技術的重要環節之一。眾所周知，構成電涌保護器的重要元器件是壓敏電阻（MOV），而壓敏電阻具有泄漏電流，在長期使用過程中可能會出現短路劣化，給系統帶來安全隱患。這就要求SPD需串聯過流保護裝置使用，在國家標準GB50057-2010《建筑物防雷設計規范》的附錄J和GB/T18802.12-2014/IEC61643-12：2008《低壓配電系統的電涌保護器（SPD）第12部分：選擇和使用導則》的附錄K中，都規定了在電涌保護器（SPD）靠近相線側需串聯安裝過流保護器，通常稱為SPD的后備保護裝置。

在目前的IEC標準及國內的標準中，通常選用常見的過電流保護裝置熔斷器和斷路器作為SPD后備保護器。由于熔斷器和斷路器主要作為工頻過電流的保護裝置，其電涌電流耐受能力并不是很理想。

1.1常見熔斷器的電涌電流耐受能力

關于熔斷器的電涌電流耐受能力在GB/T18802.12-2014/IEC61643-12：2008附錄P中有規定，如表1所示。

從表1可以看出：

a.對于I類分類試驗SPD（T1）來說，熔斷器的沖擊電流耐受能力很弱。對于沖擊電流Iimp為10kA的SPD，需要額定電流為160A的熔斷器作為后

備保護裝置；對于Iimp為25kA的SPD，需要額定電流為315A的熔斷器作為后備保護裝置。

b.對于II類分類試驗SPD（T2）來說，標稱放電電流In為25kA的SPD，需要額定電流為80A的熔斷器作為后備保護裝置；In為40kA的SPD，需要額定電流為125A的熔斷器作為后備保護裝置。

因此，無論是T1還是T2類SPD，標準推薦的熔斷器的額定電流都明顯偏大，而且往往會超過SPD上游母線上的過流保護裝置額定值，從而因過流保護參數倒置而導致SPD后備保護裝置無效。

1.2常見斷路器的電涌電流耐受能力（略）

目前，關于斷路器的電涌電流耐受能力，國內或國外標準都沒有提出明確的匹配建議。上海市防雷中心防雷產品測試中心與知名斷路器廠家展開合作，對斷路器的電涌電流耐受能力作了深入研究。

由表2和表3（略）可以看出：

a.斷路器在10/350μs沖擊電流下的耐受能力很弱，即使是125A額定電流的斷路器，也僅能耐受約4kA的10/350μs電流，基本無法和常用的T1類SPD配合使用。

b.斷路器在8/20μs沖擊電流下的耐受能力和熔斷器類似，In為30kA的T2類SPD，需要額定電流為100A或125A的斷路器作為后備保護裝置，很可能超過了上游相線上過流保護裝置的額定值。

因此，斷路器無法直接與T1類SPD配合使用，或者因上下游過流保護參數倒置而導致T2類SPD的后備保護裝置無效。

可見，無論是熔斷器還是斷路器，要想成為SPD合格的后備保護器，電涌電流耐受能力的提升刻不容緩。

由上述分析可知，目前常見的熔斷器或斷路器不能作為SPD專用后備保護器的矛盾點在于電涌電流的耐受能力和工頻過電流分斷能力之間的矛盾。如果并聯一個電涌電流耐受能力相對較高的元件，使電涌電流流過該元件，而工頻電流仍然流過熔斷器或斷路器，這樣就提升了產品的整體電涌電流耐受能力，同時又能分斷工頻過電流。氣體放電管（GDT）正好符合這個特性：在它未擊穿前，由于阻抗非常大，對工頻電流相當于開路；而在電涌電流下會瞬間擊穿（響應時間相對較快，在ns級別），擊穿后相當于短路，會分流大部分的電涌電流。

2.1將氣體放電管與熔斷器并聯使用（略）

將額定電流為63A的熔斷器與通流容量為20kA、直流擊穿電壓為500V的氣體放電管并聯，研究整體的電涌電流耐受能力，如表4所示（略）。

2.2將氣體放電管與斷路器并聯使用

將額定電流為10A的斷路器與通流容量為20kA、直流擊穿電壓為500V的氣體放電管并聯，研究整體的電涌電流耐受能力，如表5所示（略）。

由表1可知，額定電流為63A熔斷器的電涌電流耐受能力為17kA；由表4可知，并聯一個20kA、500V的氣體放電管后，可以將熔斷器的電涌電流耐受能力提升到25kA；由表3可知，額定電流為10A斷路器的電涌電流耐受能力為15kA；由表5可知，并聯一個20kA、500V的氣體放電管后，可以將斷路器的電涌電流耐受能力提升到45kA。

由此可見，無論是熔斷器還是斷路器，并聯一個氣體放電管后均可以提升電涌電流耐受能力，斷路器的電涌電流耐受能力提升得尤為明顯，這是因為斷路器的阻抗比熔斷器的阻抗要大，氣體放電管擊穿后，根據并聯電路的分流原理，電流和電阻成反比，導致并聯后，流經熔斷器的電流大于流經斷路器的電流，因此，并聯后的熔斷器的電涌電流耐受能力不如斷路器。同時，由于氣體放電管存在續流，當SPD短路劣化、熔斷器熔斷后，如果續流不能遮斷，很容易引起火災。對斷路器而言，可以將氣體放電管的一個極并聯在斷路器的動觸頭回路上，當斷路器動作后，自然也將氣體放電管從電路切斷了，這就避免了由于續流不能遮斷引起的火災。

2.3串聯負溫度系數熱敏電阻（NTC）進一步提升電涌電流耐受能力

由表5可知，并聯氣體放電管后斷路器的電涌電流耐受能力有了一定程度的提升，但仍不能完全滿足實際的需求。從并聯電路的分流原理可知，在斷路器支路串聯一個阻抗后可以進一步降低斷路器支路的電流，從而再次提升電涌電流耐受能力，而這個阻抗在工頻電流流過時要能迅速變為很小的阻抗，從而不會影響斷路器分斷工頻過電流。負溫度系數熱敏電阻正好符合這個特性，它靈敏度較高，為毫秒級別，電阻負溫度系數較大，隨著溫度的升高，阻值能迅速地非線性降低。此等結構的產品可稱為基于斷路器技術的SPD專用后備保護器（SSD），如圖1所示。

以額定電流為10A的斷路器分別串聯5D-20和10D-20的NTC后再與通流容量為40kA、直流擊穿電壓為500V的氣體放電管并聯，研究整體的電涌電流耐受能力，如表6所示（略）。

由表6可知，串聯NTC后極大地提升了斷路器的電涌電流耐受能力，由于GDT電涌電流耐受能力的限制，試驗中斷路器并未動作。但由表6可知，當總電流為60kA時，流過斷路器的電流僅為1.3kA左右，遠遠低于斷路器的動作電流15kA。由此可推斷，串聯NTC后斷路器的電涌電流耐受能力非常可觀，完全能滿足實際的使用需求。

按照圖1的結構，分別改變斷路器的額定電流、NTC的直徑大小、阻值大小，研究其對整體工頻短路電流分斷能力的影響。

3.1斷路器額定電流對分斷能力的影響（略）

分別以額定電流為10A、20A、25A的斷路器串聯10D-25的NTC后再與通流容量為20kA、直流擊穿電壓為500V的氣體放電管并聯，研究整體的工頻短路電路分斷能力，如表7所示。

從表7可知，斷路器的額定電流越小，切斷時間越短，即增加線圈的匝數可以縮短切斷時間，也就是通過增加線圈匝數可以使能分斷的工頻過電流變小。

3.2NTC直徑對分斷能力的影響

以額定電流為10A的斷路器分別串聯10D-11、10D-20和10D-25的NTC后再與通流容量為20kA、直流擊穿電壓為500V的氣體放電管并聯，研究整體的工頻短路電路分斷能力，如表8所示（略）。

由表8可知，當NTC阻值相同時，其直徑越小，切斷時間越短；但直徑越小，NTC的最大功耗也相應變小，就很有可能因為發熱量大于最大功耗使NTC損壞。

3.3NTC阻值對分斷能力的影響

以額定電流為10A的斷路器分別串聯5D-25和10D-25的NTC后再與通流容量為20kA、直流擊穿電壓為500V的氣體放電管并聯，研究整體的工頻短路電路分斷能力，如表9所示（略）。

由表9可知，當NTC直徑相同時，其阻值越小，切斷時間越短；但考慮到電涌電流的分流效果，其阻值也不能選擇得過小，否則會影響電涌電流耐受能力。

首先，根據SSD聲稱的分斷工頻過電流的幅值確定線圈的匝數，使SSD能在NB/T42150-2018《低壓電涌保護器專用保護設備》規定的時間內動作；其次，根據SPD的最大放電電流尋找對應通流能力的GDT（或放電間隙），同時根據GDT和MOV串聯使用時需使GDT的最小直流擊穿電壓高于線路電壓的峰值來選擇不同電壓等級的GDT；再次，從電涌電流的分流關系選擇合適阻值的NTC；最后，通過調整NTC的直徑使工頻電流流過NTC時的發熱量不超過其最大功耗，以避免試驗中NTC的損壞。m.tianhengkj.cn

 

 參考文獻 

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   作者：陳華暉、沈云新、周岐斌