引言
     目前，低壓配電系統中普遍采用電壓限制型浪涌保護器，其核心部件非線性壓敏電阻器( MOV) 是一個由氧化鋅粉末通過冶金方式壓制的陶瓷體，其安裝在一個塑料絕緣底座中，通過導線連接在低壓配電系統的相線( L) 與接地線( PE) 之間。
      浪涌保護器 的伏安特性在正常電網電壓下呈高阻抗，泄漏電流( 阻性) 1 mA 以下; 當電網遭雷擊發生瞬態過電壓時呈低阻抗，泄放雷電流，以限制過電壓。浪涌保護器 的“脫離器”用于防止電網發生暫態過電壓故障或 MOV 老化( 劣化) 時，泄放電流異常增加，導致 浪涌保護器 發熱起火事故發生。斷路器( 或熔斷器) 作后備保護，防止線路或設備發生短路故障。
      但是 浪涌保護器 本身是一種保護電器，其運行特性不同于一般的電器負載，在常態運行時電流趨于零; 保護動作時，泄放數千安的脈沖電流; 其故障狀態是如上所述的( 數毫安至安培) 異常泄漏電流導致發熱起火。所以，其與常規的斷路器或熔斷器的保護特性不匹配，不能為其提供充分的保護。

1、浪涌后備保護裝置現狀
 
1．1 浪涌保護器故障類型
      浪涌保護器主要故障現象是異常發熱，原因是電網故障，出現超過其最高持續運行電壓UC的暫態工頻過電壓，泄漏電流產生的熱效應; 而浪涌保護器老化( 劣化) ，非線性拐點( 導通電壓) 降低，同樣使泄漏電流增加，產生熱效應。異常發熱加速其老化( 劣化) ，二者互為因果。
      因雷電強度超預期，泄放電流大于其額定值( Iimp 、Iimx ) ，浪涌保護器被擊穿或炸裂，導致電網短路。浪涌保護器 在老化( 劣化) 階段運行，待機功耗增加，長期運行的能耗不容忽略，不符合節能減排的大趨勢。
      由于上述原因，或MOV本身的工藝技術質量缺陷，導致浪涌保護器內部引線脫落、電阻體斷裂等故障，造成保護失效的隱形虛假運行，也需引起關注。
 
1．2 浪涌保護器后備保護裝置現狀
      NB /T 42150《低壓電涌保護器專用保護裝置》規定專用保護裝置性能。專用后備保護器示意如圖1所示。專用后備保護器主要由一個具有非線性的放電間隙( T) 和一個脫扣線圈( L) 并聯的斷路器組成，其有如下二種運行狀態。

       ( 1) 當低壓配電系統遭雷擊，發生脈沖過電壓時，放電間隙擊穿導通，經浪涌保護器釋放雷電流，以限制過電壓。而脫扣線圈對脈沖電流呈高阻抗，避免脫扣斷路器分閘。但此狀態下低壓系統的過電壓限制值是放電間隙的殘壓和浪涌保護器的殘壓疊加，降低鉗制電壓的性能，也增加被保護的電子設備擊穿損害的風險。
      ( 2) 當低壓配電系統電壓正常，放電間隙截止呈高阻抗。浪涌保護器劣化時，工頻故障電流經脫扣線圈形成回路，達到設定動作值( 0．5 ～ 15 A) 時，驅動斷路器分閘，切斷故障電流。或當電網電壓波動，出現工頻暫態過電壓，導致浪涌保護器產生故障電流時，也由脫扣線圈驅動斷路器分閘。
      這類浪涌保護器后備保護裝置，過電流保護的( 最小) 動作值為 0．5 A，浪涌保護器的待機功耗達 110 W。同時也沒有對浪涌保護器退出運行的故障( 開路狀態)采取監控措施。

2、智能型浪涌保護器專用后備保護器的結構
       智能型浪涌保護器專用后備保護器是一個特殊結構的單極斷路器與控制器的組合。每個單極對應一個浪涌保護器，在三相電路中，3 個單極斷路器與控制器組合，分別檢測、控制、保護 3個浪涌保護器。智能型浪涌保護器專用后備保護器結構原理圖如圖 2 所示。
 
2．1 專用斷路器的結構
      斷路器的外殼及形式、操作機構、觸頭系統及滅弧系統與100A的小型斷路器( MCB) 基本相似。專用斷路器結構如圖3所示。斷路器內部的主電路直通導體用于浪涌保護器與低壓配電系統，是泄放雷電流的導電途徑，沒有線圈結構不會對雷擊沖擊電流產生高頻阻抗，不會產生殘壓，也不會對浪涌保護器的運行性能產生不利影響。拍合式瞬動電磁脫 扣器在浪涌保護器 發生電擊穿短路時，驅動斷路器脫扣機構動作，切斷短路故障電流。
      電流檢測線圈( 環型電流互感器) 與控制器連接，用于檢測浪涌保護器運行中的泄漏電流。脫扣線圈是由控制器驅動。
 

 
 2．2 智能型控制器的結構
      控制器的核心部件是 N76E003AT20 型中央處理器( CPU) ，其由輔助電源模塊供電，電流信號經放大器輸入CPU。當信號強度達到設定的閾值時，通過脫扣線圈，驅動斷路器分閘，并驅動指示燈、蜂鳴器發出聲光報警或預警。另有一個溫度傳感器( 熱敏電阻) 接口，如果需要，可連接浪涌保護器外殼上的溫度傳感器。
      控制器內置的通信模塊經ＲS-485 接口，可與低壓配電系統的管理網絡連接，將電流、溫度信息及預警、報警信號傳送至上位機，使運維人員、管理人員直觀了解浪涌保護器運行的全周期，使浪涌保護器運行的管理方式與低壓配電自動化管理系統配套一致。控制器原理框圖如圖 4 所示。
 
3、智能型浪涌保護器專用后備保護器的特性
      保護器以環型電流互感器與控制器組合，形成電流檢測控制功能單元。檢測浪涌保護器的泄漏電流變化特征，判別其運行狀況。
      ( 1) 浪涌保護器投入運行初期，產生數毫安的容性( 工頻) 電流，以此作為浪涌保護器在線運行的判別電流，若電流趨于零，可判定浪涌保護器已退出運行，控制器報警，提示運維人員及時檢修。
      ( 2) 在浪涌保護器投運中期，經自然熱老化，或遭雷擊產生泄放電流的熱老化，泄漏電流增加到數十毫安至數百毫安。浪涌保護器的待機功耗隨老化程度而增加，但其溫度( 溫升) 仍正常，維持正常運行。
      ( 3) 在浪涌保護器投運后期，處于臨界劣化狀態，其泄漏電流在數百毫安至1A，但待機功耗明顯增加。
      ( 4) 當檢測到大于1A 的泄漏電流時，浪涌保護器已發生不可逆轉的劣化，或電網出現暫態過電壓。該故障電流會導致 浪涌保護器嚴重發熱，引發其塑料底座熔化或燃燒。控制器按反時限安秒特性( 如 10 A·s) 驅動斷路器分閘，并報警。若在反時限動作的運行時間內，故障電流下降，則判定是電網暫態過電壓消失，浪涌保護器仍維持運行 。該反時限特性也避免了浪涌保護器再泄放雷電流時的誤動作，提高運行可靠性。
      另外，當浪涌保護器發生擊穿短路事故，或其他原因導致斷路器以下電路發生短路事故，則由拍合式瞬動脫扣器直接驅動斷路器分閘，切斷電源并報警。
      熱敏電阻直接檢測浪涌保護器 的運行溫度，不但與泄漏電流相關，還受環境溫度、電網電壓波動、泄漏電流變化的熱積累影響，所以更直觀反映 浪涌保護器的發熱狀態。當檢測到 105 ℃ 時，控制器驅動斷路器分閘并發出報警。
 
4、結語
      本文探討環型電流互感器與電子式控制電路結合的方法，擴展浪涌保護器泄漏電流檢測的范圍，從正常泄漏電流、監界劣化泄漏電流至發熱故障電流，以實現其使用壽命全周期的運行監控，特別是在 浪涌保護器 使用壽命后期，檢測泄漏電流數據反映了待機功耗，可提前預警，避免劣化過程中的高能耗運行。
      浪涌保護器 專用保護裝置實現保護特性與被保護對象的運行特性匹配; 具有通信功能，可與既有的低壓配電管理網絡連接，可使斷路器、浪涌保護器 受監管平臺監控，進一步提高運行可靠性，且能減輕運維人員現場巡視的工作量。
 
參考文獻
［1］ 尹天文． 低壓電器技術手冊［M］． 北京: 機械工業出版社，2014．
［2］ 低壓電涌保護器專用保護裝置: NB/T 42150—2021［S］．
作者：
翁利國 練德強（國網浙江杭州市蕭山區供電有限公司）
洪達 (浙江中新電力工程建設有限公司)
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