1、電涌保護器與漏電保護器配合使用問題的探討中普防雷股份 殷建軍 鄧應輝 匡憲偉摘要：低壓配電系統中，電涌保護器與漏電保護器的使用越來越頻繁，隨之產生的問題也越來越突出。當雷雨天氣來臨時，許多帶漏電保護功能的大小斷路器經常出現跳閘現象，在加裝了電涌保護器后，依然如此。因此很多人認為電涌保護器沒起到作用，防雷廠家因此蒙受了許多不白之冤。本文主要通過借鑒前人的經驗，從實驗出發，結合各種理論知識，對電涌保護器與漏電保護器的基本結構與原理進行分析，尋求電涌保護器與漏電保護器配合使用的解決方案。關鍵詞：電涌保護器、漏電保護器、打雷跳閘、電涌防護1、 導言隨著電力行業的不斷發展，以與人們對用電安全的越來越重視

2、，低壓配電系統中相應的電路保護裝置使用得越來越多，其中就包括電涌保護器與漏電保護器。相對于電涌保護器，漏電保護器的使用更為廣泛。現在包括住宅或企事業單位等建筑物的配電箱基本都安裝了漏電保護器。隨著漏電保護器的使用，由于雷電產生的一些問題也隨之而來，在雷電來臨時，很多漏電保護器紛紛跳閘，尤其是電源線采用架空引入的情況。而很多現場斷電的影響是很大的，比如企業如果斷電（尤其是重工企業），對其生產將造成重大影響；比如無人值守的基站，如果斷電影響也比較大；即算是家庭，如果家人在外時斷電，冰箱的食品也將臭掉。于是，有些企業和無人值守的基站開始認識到防雷的重要性，對現場進行防雷改造，從接地到電涌保護器等全套

3、防雷系統弄好后，很多情況下，由于設計防雷系統的公司對漏電保護器跳閘問題認識不到位，造成的結果是做了防雷后，遇到雷雨天氣，漏電保護器依舊跳閘。本文將通過對電涌保護器和漏電保護器的原理結構進行分析，詳細解釋漏電保護器跳閘問題，并提出相應的解決方案建議。2、電涌保護器工作原理電涌保護器，也叫電涌保護器，是一種為各種電子設備、儀器儀表、通訊線路提供安全防護的電子裝置。當電氣回路或者通信線路中因為外界的干擾突然產生尖峰電流或者電壓時，浪涌保護器能在極短的時間導通分流，從而避免浪涌對回路中其他設備的損害。電涌保護器一般分為電壓開關型與限壓型，電壓開關型特征是：無電涌出現時為高阻抗，當出現電壓電涌時突變為低

4、阻抗。通常采用放電間隙、氣體放電管等做電壓開關型電涌保護器的組件。具有不連續的電壓、電流特性。限壓型特征是：無電涌出現時為高阻抗，隨著電涌電流和電壓的增加，阻抗連續變小。通常采用壓敏電阻、抑制二極管做限壓型電涌保護器組件。具有連續的電壓、電流特性。實際應用中，放電間隙與壓敏電阻在電涌保護器中應用得比較多。放電間隙與壓敏電阻在沖擊電壓下的波形圖如下：圖1 放電間隙的沖擊放電電壓波形圖 圖2 壓敏電阻的沖擊放電電壓波形圖從兩種器件的沖擊放電電壓波形圖可以看出，放電間隙在高電壓擊穿后，壓降幾乎為零；壓敏電阻導通后，后端壓降幾乎維持在一個持續電壓下。部分放電間隙設置了電子觸發裝置，其放電電壓最低可以達

5、到1KV。壓敏電阻在通過模擬感應雷電流（8/20uS）時（圖3），限制電壓也基本在1KV以上（圖4）。（圖3）8/20S模擬感應雷電流波（圖4）壓敏電阻限制電壓波形圖3、漏電保護器工作原理漏電保護器，簡稱漏電開關，又叫漏電斷路器，主要是用來在設備發生漏電故障時以與對有致命危險的人身觸電保護，具有過載和短路保護功能，可用來保護線路或電動機的過載和短路，亦可在正常情況下作為線路的不頻繁轉換啟動之用。漏電保護器的動作電流一般為6-30MA，反應時間為0.1S以下。其原理圖如下：（圖4）漏電保護器電路原理圖圖中的CJ表示“電流互感器”，它是利用互感原理測量交流電流用的，所以叫“互感器”。由圖可以看到，

6、當電路工作正常時，由電流定理知道從互感器流進和流出的電流為0，繼電器KM1回路不導通，線路有正常導通。當設備外殼漏電或有人接觸時，這時就會有一部分電流經過人體流入地下，從而使互感器電流總和為不0，當漏電電流達到漏電保護器的動作電流時，繼電器KM1就會動作，從而關閉電源，從而達到漏電保護的目的。在漏電保護器的使用過程中，人們往往忽略了它的一個功能過壓保護。如圖中所示，MOV為一個壓敏電壓為470V，直徑為10mm的壓敏電阻。當L與N之間有電涌涌入時，MOV將導通，該導通電流導致互感器電流總和不為0 ，繼電器KM1就會動作，從而關閉電源。這就是漏電保護器一打雷就跳閘的原因。4、電涌保護器與漏電保護

7、器電涌保護功能的區別從漏電保護器的原理可以看出其具備過電壓保護的功能，那么漏電保護器的防雷效果怎么樣呢，它能否代替電涌保護器來保護設備呢？我們從以下幾個方面來分析：a、 對電涌的防護方式電涌保護器并聯于線路與之間，在正常工作電壓情況下，電涌保護器處于高阻狀態，相當于線路對地開路，不影響線路正常工作。當線路由于雷電或開關操作出現瞬時脈沖過電壓時，電涌保護器在納秒級時間迅速導通，將過電壓短路到泄放，當脈沖過電壓消失后，電涌保護器又自動恢復高阻狀態，不影響用戶供電；而漏電保護器是串接在電源線路中，當線路由于雷電或開關操作出現瞬時脈沖過電壓時，漏電保護器在毫秒級的時間斷開電源線路。所以，電涌保護器在防

8、護電涌時是將電涌泄放至且不會影響電源線路的供電；而漏電保護器是直接斷開線路，其后端設備將停止供電，這對于一些重要且不能斷電的設備影響較大。b、 電涌防護的反應時間圖5 電磁式漏電保護結構與原理電涌保護器由于采用的保護器件（包括開關型與限壓型）的反應時間均為納秒級，因此電涌保護器的反應時間也為納秒級。漏電保護器由于采用的是電磁繼電器的機械脫離結構(圖5)，其反應時間為毫秒級（100mS以下）。一般雷電電涌的波長為微妙級（8/20uS）,因此電涌保護器反應時間較快，可以有效的將電涌泄放；而漏電保護器的反應時間太長，對當次電涌無法進行有效防護，其作用只能是斷開線路后，使后續的電涌無法涌入線路。c、

9、保護模式的區別電涌保護模式主要分為共模與差模，共模指的是線（L、N）與地之間的保護，差模指的是線與線之間的保護。電涌保護器的保護模式一般包含共模與差模的全保護，而漏電保護器的壓敏電阻并接在L與N之間（即差模），只有線路感應到差模過電壓時，漏電保護器才會動作。而當線路感應到共模過電壓時，漏電保護器可能無法動作。因此，電涌保護器的保護模式比漏電保護器更為全面。通過以上幾條可以看出，漏電保護器所具備的過壓保護功能相當有限，只能對電網持續過電壓其保護作用，對雷電電涌等脈沖過電壓起不到相應的保護，所以漏電保護器不能替代電涌保護器的作用。5、電涌保護器與漏電保護器使用過程中存在的問題 GB50057-20

10、10建筑物防雷設計規中對電涌保護器的安裝位置沒有要求安裝在漏電保護器的電源側還是負荷側。只是針對不同的安裝位置對電涌保護器的保護模式要求有區別（如圖6、7），電涌保護器安裝在漏電保護器的負荷側時，要求電涌保護器采用L-PE、N-PE的保護模式；電涌保護器安裝在漏電保護器的電源側時，要求電涌保護器采用L-N、N-PE的保護模式。標準之所以這樣要求主要是考慮到電涌保護器的安全使用，電涌保護器安裝在漏電保護器的負荷側時，如果L-PE間的SPD發生故障形成短路時，由于接地電阻的存在，電涌保護器前端的過流保護器可能無法斷開，而RCD能夠與時斷開進行保護；而電涌保護器安裝在漏電保護器的電源側時，由于前端沒

11、有漏電保護器對故障短路電流進行保護，所以利用L-N之間沒有接地電阻的影響，而采用L-N的保護模式，使得SPD前端的過流保護器能與時斷開進行保護。RCD：漏電保護器4：電涌保護器6：被保護設備圖6 TT系統電涌保護器安裝在進戶處漏電保護器的負荷側RCD：漏電保護器4、4a：電涌保護器6：被保護設備圖7 TT系統電涌保護器安裝在進戶處漏電保護器的電源側以上分析可以看出，標準對電涌保護器與漏電保護器使用的要求主要考慮的是電涌保護器的安全使用，避免由于電涌保護器的故障引起短路等問題，這樣電涌保護器和漏電保護器都能起到各自的作用。但是，標準并未考慮雷電電涌引起的漏電保護器跳閘問題。無論電涌保護器安裝在漏

12、電保護器的負荷側還是電源側，電涌保護器都無法阻止電涌引起的漏電保護器跳閘。筆者對漏電保護器進行過過壓測試，L與N之間采用壓敏電壓為470V的壓敏電阻的漏電保護器在線路持續電壓超過420V時，脈沖電壓超過700V時，漏電保護器都將跳閘。而大部分電涌保護器在承受雷電脈沖沖擊后殘余電壓一般都在1000V以上，所以無論電涌保護器安裝在漏電保護器的負荷側還是電源側，如果兩者之間沒有達到相當長的安裝距離時，電涌保護器的殘壓都超過了漏電保護器的動作脈沖電壓，無法避免漏電保護器跳閘。6、如何解決電涌引起的漏電保護器跳閘問題從以上分析，我們可以看出，漏電保護器的過電壓保護功能屬于雞肋性質的功能，首先其持續電壓需

13、要達到420V才會動作，幾乎達到了正常線路電壓220V的兩倍，在此電壓下，估計很多電氣設備早已損壞。其次，其對雷電電涌等脈沖過電壓的保護，由于其機械式結構的反應時間過長，保護模式不夠全面等原因，幾乎起不到電涌保護的效果，反而由于其斷開電源的防護方式，對后端設備的正常運行造成影響。實際上，一般漏電保護器在建筑物電氣安裝中基本上已成標配，比如：所有農村新安裝的電表中都安裝了帶漏電保護的空開。因此，如何解決電涌引起的漏電保護器跳閘成為電涌保護器需要解決的問題，對此筆者提以下幾天建議：a、電涌保護器安裝在漏電保護器前端，且兩者之間需要滿足一定的安裝距離或串聯相應的電感量。由于大部分電涌保護器的限制電壓

14、（8/20uS沖擊電流下）都在1KV以上，而漏電保護器的脈沖動作電壓為700V左右，如果電涌保護器安裝在漏電保護器的后端，當雷電電涌涌入時，漏電保護器肯定會動作。只有將電涌保護器安裝在漏電保護器的前端，并保持一定的安裝距離或串聯相應的電感量，才有可能是漏電保護器在電涌涌入時不動作。其基本原理如下圖所示（以限壓型電涌保護器為例）：圖8 電涌保護器與漏電保護器電涌保護電路圖Iin:電涌電流 IB:電涌保護器流過電涌電流 IC:漏電保護器流過電涌電流 Ui：電涌保護器兩端殘壓（即輸入端殘壓） Ut:線感兩端電壓 Uo：漏電保護器兩端電壓（即輸出端殘壓）根據電路原理： Ui=Ut+Uo=L×

15、dic/dt其中 Ui=1.5KV （注：以1.5KV為例）；Ut=0.7KV；IC=500A（注：470V壓敏電阻兩端電壓為700V時，對應電流約為500A）；t=8S（感應雷電流波形為8/20S）經過計算可得：L=12.8H 通過以上分析可以得出，當電涌保護器的限制電壓為1.5KV時，它與后端漏電保護器之間的線路電感量需達到12.8H，大約是10米線的電感量。若電涌保護器的限制電壓為2.5KV時，它與后端漏電保護器之間的線路電感量需達到32.8H，大約是25米線的電感量。b、降低電涌保護器的限制電壓。目前，市場上出現的電涌保護器限制電壓（8/20uS沖擊電流下）大部分都在1KV以上，如果能

16、夠將電涌保護器的限制電壓控制在700V以，就可以解決電涌引起的漏電保護器跳閘問題。這樣的話，電涌保護器安裝在漏電保護器的電源側或負荷側附近都不會因為電涌導致漏電保護器跳閘。但是，這種產品還有待電涌保護器生產廠家進一步研究開發。c、 盡量減少差模過電壓的產生。電涌引起漏電保護器跳閘主要是由于L與N之間的差模過電壓使得漏電保護器的壓敏電阻導通引起的。而差模過電壓的產生時由于L與N線之間的空隙在雷電泄放時感應到的，所以想要從源頭上減少差模過電壓的產生，需要盡量減小L與N之間的間隙。L線與N線全程鋪設中都可以采用并行鋪設，入戶時盡量采用穿屏蔽管埋地進入，避免架空引入。7、總結隨著漏電保護器的大量使用，由雷電電涌引起的漏電保護器跳閘問題也越