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电涌保护器脱离器的设计与研究简介

电涌保护器（SPD）作为防雷和过电压保护的重要设备，广泛应用于电力系统、通信及建筑等领域。然而，在长时间运行或遭遇大能量电涌冲击后，SPD可能发生老化、损坏甚至失效，存在引发火灾等安全隐患。因此，配备可靠的脱离器成为保障SPD安全运行的关键措施。

脱离器的主要功能是在SPD发生故障时，迅速将其从电网中脱离，防止短路电流造成的进一步损害。本文围绕电涌保护器脱离器的设计与应用展开研究，分析了常见脱离器的工作原理与结构形式，包括热脱扣式、电磁式及复合型脱离器等。通过对不同工况下的响应特性进行对比分析，提出了一种具备快速响应、高可靠性和良好兼容性的新型脱离器设计方案。

研究中结合电路仿真与实验验证，评估了脱离器在SPD失效情况下的动作性能及其对系统稳定性的影响。结果表明cad图纸大全，合理的脱离器设计可显著提升SPD的安全性与使用寿命，为电气系统的持续稳定运行提供有力保障。本研究成果可为电涌保护装置的优化设计与标准化应用提供理论支持和技术参考。

NTianwen, WANGBiyun, JANGRong"x

Abstract: The mportance of SPD disconnector was expounded, from the design requirements of disconnectors with various function, with emphasis on researching of its themal piotective function and overcurrent protective function Through researching the relevant key techniques and presenting a practical solution, the primary design poin ts of disconnectors with various function were summarized Key words: surge protective device(SPD）;disconnector, thermal protective function; overcurren t protectivefunction

图1SPD安装示意图 F一过电流保护器，用于线路保护 过电流保护器作为SPD短路保护功能脱离

图1SPD安装示意图 F一过电流保护器.用于线路保护

脱离器是一种能把SPD从电源系统断开的 装置，有内置和外置两种形式。它的主要功能有 热保护功能和过电流保护功能。

电器（2006N8）

求和试验方法》标准规定进行，要求脱离器的断 开装置必须能有效和永久地断开，并给出脱离器 动作指示。同时，要考虑热保护功能的脱离器必 须具有如下功能： （1）承受动作负载试验能力，并且试验后还 能正常工作。 (2）一定的耐热性，能保证在80°C±5K的 加热箱24h内不动作。 （3）耐受系统故障产生的暂态过电压能力。 当SPD具有TOV故障特性时，脱离器可以动作 ： SPD具有TOV耐受特性时，脱离器不能动作。 （4）限制SPD中MOV劣化程度的能力，并 能保证SPD的”表面温度总是低于120°C"。 值得注意的是，EC标准化委员会在2005年 发布的EC616431（第2版）中，热稳定试验在 试验要求和合格判别标准的内容上有所修改。对 脱离器的热保护功能设计有直接影响的是，合格 判别标准中”表面温度总是低于120°℃"改为”表 面温度总是低于120K"。从”°C"到”K"，允许表 面温度提高了二十几度（室温）。因此，设计时必 须对材料重新进行选择，特别是一些绝缘材料要 具有更高的耐热性能。

22脱离器中过电流保护功能的设计要求

对于具有过电流保护功能的脱离器，多数 SPD采用外置式。通常在SPD外部的进线前端 装设过电流保护电器（断路器或熔断器），把过电 流保护电器当作SPD具有过电流保护功能的外 置式脱离器。因此，如何选用与SPD匹配的过电 流保护器至关重要，选择时应该从以下3方面进 行考虑： （1）必须符合GB/T1880212：2006《低压 配电系统的电涌保护器（SPD）第12部分：选择和 使用导则》冲规定”当SPD和过电流保护器配合 时，在标称放电电流1下，建议过电流保护器不 动作；当电流比I大时，过电流保护器动作是可 以的。对于可复位过电流保护器，例如一个断路 器，不应被这种电涌损坏”。 (2）要根据SPD安装处可能产生的最大短 路电流以及SPD的短路电流耐受能力来选择过 电流保护电器的额定电流值，结果是要保证”SPD 和与之相连的过电流保护器一起耐受的短路电流 (当SPD失效时产生的）等于或大于安装处预期

产生的最大短路电流”。 （3）由于在电源进线端处还有过电流保护电 器（图1中F），它用于对线路的过载和短路保 护，因此，当SPD短路失效时，要保证被保护设备 供电的连续性，F不应动作，外置式脱离器（图 中B）应动作。这样，F与F之间需要满足选择 性的关系，一般来说，F的电流与F的电流之比 应不低于1.61。

根据脱离器设计要求，对关系到脱离器性能 优劣或系统安全的一些材料的选用、MOV并联时 采用的脱离器的数量和不同过电流保护元件的选 择等技术进行了研究。

31与脱离器的热保护功能相关的技术

3.2与脱离器过电流保护功能相关技术

图2IEC对SPD并联电路保护元件配置的论述图

（8/20）冲击电流测得的电压波形。

电器（2006N8）

U =6. 4 ×200 =1 280 V a）熔断器+SPD两端的电压波形

U=6.2×200=1240V (b）SPD两端的电压波形 图4熔断器与SPD组合的试验波形

由试验结果可得：U（断路器）≥11U（熔断 器）；U(断路器）为U和U的矢量和。 通过以上试验及分析可知，在残压方面熔断 器占有优势，同时熔断器的分断能力高，价格较便 宜，缺陷表现在熔断体熔断后，必须更换新的产 品，若用RT14熔断器，熔断体熔断后不能提供动 作信号进行报警，在熔断体得不到及时更换的情 况下，必定会影响系统电涌保护的可靠性。另外 熔断器在承受数次雷电流的冲击后会出现老化 提前熔断；而断路器动作后无需更换产品，具有智 能化带电操机构的断路器，可实现遥控、遥信，主 要缺点是：相对价格较高，微型断路器分断能力较 小，不能承受较大的电涌电流，而塑壳断路器的体 积较大。 （2）不同规格的熔断器或断路器能承受电涌 电流能力。对SPD的后备过电流保护器选择，应 首先考虑它们承载电涌电流的能力，必须确保在 SPD标称放电电流I下不动作。国内外公司SPD

U =7. 8 × 200 =1 560 V （a）断路器+SPD两端的电压波形

U =6 4×200 =1 280 V b）SPD两端的电压波形

（c）断路器两端的电压波形

5断路器与SPD组合的

的许多样本中，电涌电流从20～100kA，推荐的 gG型熔断器最大额定电流均为125A，这样太过 笼统，电涌电流20~100kA施加至125A的熔断 器时，可能存在两种状态：熔断或不熔断。为此，笔 者通过试验，在过电流保护器不动作的条件下，找 出不同额定电流的熔断器和断路器所能承受的最 大电涌电流。试验线路按图3的规定，方法为施加

冲击电流1.熔断器或断路器不动作，施加117时， 则动作。通过试验，找出了一些在冲击电流（8/20 波形电流或10/350波形电流）下，过电流保护器不 动作所需的最小额定电流值，见表1及表2

表1 在波形为8/20的冲击电流下，熔断器和断路器 不动作的最小值

表2 波形为10/350的冲击电流下公路钢结构桥梁设计规范---jtg d64-2015，熔断器和断路器 不动作的最小值

目前，多数SPD的热保护功能脱离器的结构 为机械式。其工作原理是，在MOV的出线端处 串联一带弹簧的部件用低熔点合金焊接起来，当 MOV因老化达到一定温度时，低熔点合金熔化 带弹簧的部件与MOV脱开，使得SPD与系统脱 开，结构如图6所示。其中，低熔点合金材料对热 保护功能脱离器的性能起着至关重要的作用，它 是解决SPD的通流量与MOV失效时所通过的系 统能量之间的矛盾，脱离部件与MOV连接处的

机械强度与脱离灵敏度之间矛盾的平衡支点。但 仅使用合适的低熔点合金材料是不够的，SPD制 造商还必须注重其焊接工艺以及严格控制低熔点 合金的质量。 此外，按现行国标要求，低熔点合金材料熔点 为120°C.但其综合性能较差（焊接性、机械性能 等）；目前，部分SPD制造商开始采用综合性能较 好、熔点为140°的低熔点合金材料，与修订版的 IEC61643.1中对表面温度的修正(即表面温度 不能超过120K)不谋而合，因此采用120K(即 140°左右）的低熔点合金将成为优选。

42过电流保护元件的选择要点

根据SPD过电流保护电器的选择依据发现， 确保雷电流流过时，过电流保护器不动作与F和 F具有选择性之间存在矛盾，即可能出现满足了 F和F的选择性，却造成在SPD标称放电电流 1下过电流保护器动作的现象。当此类矛盾出现 时，应该确保在标称冲击电流下，过电流保护器不 动作。理由是，当F和F的额定电流值小于 1.6时，F可能会先断。由于过电流保护器F 是在SPD发生短路故障时起保护作用的，SPD发 生短路故障的概率比雷电流产生的概率要小得 多，因此，出现因SPD发生短路故障而使F先分 断的几率很小，即使F分断也只导致供电的中 断，不会对被保护的设备造成危险。 在SPD过电流保护电器的选择依据中，还存

率即是输入信号的倍频。此处使用1/64分频器， 即可在一个周波内产生64个间隔相等的脉冲信 号，单片机根据此脉冲信号就能准确地找到各相 位的采样点，并且当输入信号频率发生波动时，采 样点间隔时间也会相应地发生变化，只有采样点 所在的相位不变。这就就保证了采用全周波傅式 算法时采样计算的准确性

智能脱扣器是智能型断路器的核心部件，断 路器的各种保护特性和各种附加功能都由智能脱 扣器实现。然而某工业大学校区二期施工组织设计毕业论文，任何功能的实现都须建立在对 电网参数准确采样计算的基础之上。因此，要设 计功能强大的智能脱扣器就应当以高精度的算法 作为基础，以可靠的抗于扰措施为保证，同时还要