电源浪涌保护器加装后备保护器的作用

随着现代化技术的发展，信息化系统集成度越来越高。设备敏感度高，抗冲击能力低，极易受到电涌脉冲的危害。电涌保护器（SPD）作为专业的防电涌产品，应用越来越广，SPD的应用涉及很多的专业知识，如雷电防护分区、SPD的合理选择、多级SPD的能量配合、SPD的安装与接地、电源SPD后备保护等。其中，电源SPD后备保护是容易被大家忽视的问题之一，在这里跟大家总结一下电源SPD后备保护的相关问题。

1. 为什么电源SPD需要后备保护器？

电源SPD一般采用并联安装的方式，简单示意如下。

SPD的选择，应满足3个要求：

1）无电涌时，SPD不能对现有系统有任何影响（对于并联安装的SPD而言，只需要选型时保证SPD的最大持续工作电压Uc不小于电力线上可能出现的最大持续工作电压即可）。

2）电涌产生时，SPD能迅速泄放电涌，起到保护作用（要求SPD放电能力足够满足系统设计要求，电压保护水平Up与被保护系统耐压等级Uw匹配（通常要求Up≤0.8Uw）) ；

3）电涌消失后，SPD能快速“复原”，回到第1条所述的状态（这一条主要针对开关型电源SPD而言，要求SPD导通放电之后，能尽快切断续流，恢复到“开路”状态) 。

SPD根据其采用的元器件不同，可以分为电压开关型SPD（以下简称开关型SPD）、电压限制型SPD（以下简称限压型SPD）和组合型SPD：

开关型SPD采用开关型防雷元件如气体放电管、放电间隙制作而成。开关型，顾名思义，可以理解为其工作在”开”和”关”两种状态。当电力线上的电压小于Uc时，其工作在开路状态，当电涌产生时，其工作在“短路”状态，可以泄放很大的电流。但是开关型元件有一个致命缺点，就是会产生工频续流，其“短路”状态通常是气体弧光放电的过程，因为维持弧光放电的电压只需要几十V（远低于电力线的额定工作电压）。电涌消失后，施加在SPD上的电力线电压使得弧光放电得以维持，这就是工频续流。续流会导致SPD发热甚至炸裂，引发火灾事故。这就要求应用在电力线上的开关型SPD必须具备续流遮断能力，同时要给SPD配后备保护以防止其无法及时遮断续流。由于开关型SPD续流遮断问题，电源SPD大多采用限压型，其常用的元件为压敏电阻。压敏电阻，顾名思义，就是其电阻的大小对电压极为敏感。当电力线电压低于Uc时，其为高阻状态，近似开路。当电涌产生时，电压远高于Uc，其呈现低阻状态，近似短路。当电涌消失后，其立刻恢复到高阻状态，不会有续流产生。

限压型SPD虽无续流问题，但是由于多种原因，会产生故障，故障状态通常有2种：短路状态和可变电阻状态。SPD的开路状态被认为是一种安全的状态，当SPD发生以上两种故障状态时，我们需要通过SPD内部和(或)外部脱落机构使SPD进入开路状态，将SPD从回路上切除，避免产生SPD起火、主回路断电等事故。压敏电阻型SPD，长期被施加电力线电压，由于电网波动以及电涌冲击，其性能会逐步下降，Uc值会慢慢减小，漏电流逐步增大，即进入可变电阻状态。当流过SPD的电流达到mA级并逐步增大时，就可以让SPD发热、起火。由于mA级电流不足以触发SPD后备保护动作，所以针对这种故障，一般通过SPD内部的热保护脱扣装置动作来使SPD开路，这就是为什么限压型电源SPD都要求设置内部脱离装置的原因了。目前，市场上SPD产品抽样合格率很低（上海防雷中心有统计数据），因此，建议用户在选择SPD时，优先选择品质好的产品，以免发生SPD起火燃烧的事故。

压敏电阻型SPD也可能直接进入短路状态，常见的原因有2个：

1）电网暂态过电压（TOV）。高压TOV可能直接将压敏电阻击穿，使SPD短路。

2）SPD受到超过其承受能力的电涌冲击，被击穿短路。

当SPD进入短路状态时，流过SPD的电流很大，可能达到数百甚至数千安培，大电流使得SPD快速发热，这种情况下，SPD内部的脱离装置可能来不及积累热量实现脱离，SPD就已经起火了。针对这种故障，就需要给SPD配置后备保护来解决。

因此，不论是开关型SPD的续流问题，还是限压型SPD的短路故障问题，都需要我们在使用SPD时，配置后备保护。

2. SPD常用的后备保护，有熔断器和断路器两种，该如何选择？

在此我们需要先来了解一下熔断器和断路器不同的工作原理，以及应用上的差别。

熔断器，俗称保险丝，是依靠能量的累积，熔丝到一定的温度时实现熔断，其熔断不光与电流大小有关，也和时间有关。断路器，则是靠电流流过线圈时产生的电磁力来吸附可动的触头实现动作，主要和电流（峰值）大小有关。

电涌冲击的电流峰值很大而持续时间较短，一般为us级，通常用8/20us和10/350us波形来模拟雷电流波形。这样的波形特点，使得采用断路器时，冲击电流峰值越大，波形时间越长，断路器越容易动作，所以一般只是在冲击电流较小时，采用断路器（微型）。以下我们来比较一下熔断器和微型断路器各自的优缺点。

熔断器

优点：可实现主F1和F2匹配，满足F1：F2≥1.6：1即可，如F1=100A，F2=63A；限流性好，分断能力强；感抗小，经受电涌冲击时，不会额外提升被保护设备两端电压；成本低。

主要缺点：不能在35mm导轨上安装；熔断后需要更换熔芯；熔断后指示性较差。

微型断路器

优点：安装方便；故障断开后，如无特殊原因，手动复位即可；断开后指示性好。

缺点：不能保证F1和F2的匹配，即使F1额定值大于F2，也不能保证F2先于F1动作；在电涌冲击时，容易跳闸，需要及时检查复位；内部有线圈，感抗大，电涌冲击时，会在断路器上产生较高的电压，该电压和SPD的残压一起施加到被保护设备上，对保护效果不利；成本相对较高。 因此，熔断器更适合作为SPD的后备保护（目前市面上专用的后备微型断路器还无相关产品标准，或者价格昂贵）。