? ? ? 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定雷擊電流是波前時(shí)間為8μs、半峰值時(shí)間為20μs的沖擊電流，得到雷擊電流近似頻率為50 kHz。而工頻電流頻率為50 Hz，對(duì)應(yīng)時(shí)間周期為20μs。兩者之間頻率相差1000倍。
? ? ? 利用雷電流與工頻續(xù)流的幅頻特性不同，設(shè)計(jì)了兩個(gè)通路，使有差異的兩種電流通過不同通路。根據(jù)其在電路傳輸產(chǎn)生的感抗為
? ? ? 其感抗也相差 1 000 倍。而且感抗不僅與頻率成正比，同時(shí)也與電感的感值成正比。
3．1 小電流通道設(shè)計(jì)方案
? ? ? 根據(jù)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，當(dāng)壓敏電阻的工頻電流大于 5 A 數(shù)秒以上時(shí)，在幾秒內(nèi)可能引起壓敏電阻燃爆。因此可以在小電流通道上設(shè)計(jì)熱雙金屬片裝置。熱雙金屬片是由兩個(gè)( 或多個(gè)) 具有不同熱膨脹系數(shù)的金屬或合金組元層復(fù)合在一起的材料。當(dāng)電流通過此裝置時(shí)，熱雙金屬片彎曲，當(dāng)達(dá)到一定行程時(shí)使之切斷電源，以達(dá)到脫離電網(wǎng)的目的。熱雙金屬片動(dòng)作示意圖如圖 3 所示。
? ? 具體設(shè)計(jì)方法是在電源的輸入端子依次連接動(dòng)觸頭、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、地短路整定值過電流線圈、熱雙金屬片、電感矢量模塊、輸出端子。設(shè)計(jì)電流為 3 A，時(shí)間 ≤7 s。測(cè)試的工頻電流特性如圖 4所示。
3.2 雷擊電流設(shè)計(jì)方案
? ? ? 設(shè)計(jì)的目標(biāo)為當(dāng)浪涌雷擊最大的電流Imax通過SPD與之配合的專用后備保護(hù)裝置時(shí)，專用后備保裝置不應(yīng)誤脫扣，使電氣設(shè)備防雷始終處于有效狀態(tài)。
具體設(shè)計(jì)方法是在電源的輸入端子依次連接放電型開關(guān)管、輸出端子。設(shè)計(jì)指標(biāo)可根據(jù)不同的雷擊電流可分為Type II類型的20kA、40kA、60kA、80kA、100kA、120kA，以及Type I類型的25kA等規(guī)格型號(hào)，可以與不同規(guī)格的電涌保護(hù)器相匹配。雷擊電流通道實(shí)施示意如圖 5 所示。
3.3 預(yù)期短路分?jǐn)嗄芰υO(shè)計(jì)方案
? ? ? SPD的應(yīng)用場合可以在各種類型，包括LPZ0、LPZ1、LPZ2等區(qū)域，與之對(duì)應(yīng)的電網(wǎng)位置也有相應(yīng)的預(yù)期短路分?jǐn)嚯娏?。SPD的專用后備保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)也應(yīng)滿足與之對(duì)應(yīng)的預(yù)期短路分?jǐn)嗄芰?。初步設(shè)計(jì)目標(biāo)為預(yù)期短路分?jǐn)嗄芰?00kA。
? ? ? 具體的設(shè)計(jì)方法是利用小型斷路器的電磁脫扣器原理，當(dāng)電流通過繞成環(huán)形的線圈時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電磁力，用以驅(qū)動(dòng)斷開電路。如圖9所示，它由環(huán)形線圈、動(dòng)鐵芯、靜鐵芯、彈簧、脫扣桿等部件組成。在小型斷路器的短路分?jǐn)鄬?shí)驗(yàn)時(shí)，電流使環(huán)形線圈產(chǎn)生磁場，動(dòng)、靜鐵芯在磁場力作用下快速吸合，脫扣桿在動(dòng)鐵芯的帶動(dòng)下撞擊動(dòng)觸頭機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)失去穩(wěn)定狀態(tài)，最終使動(dòng)、靜觸頭分開。短路分?jǐn)鄬?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖7所示。
? 在充分分析SPD的失效機(jī)理后，分別針對(duì)不同失效電流提出具有針對(duì)性的解決方案。但是如何將這兩種方案有機(jī)的整合成一個(gè)合格的產(chǎn)品是非常大的難題。本設(shè)計(jì)是利用雷擊大電流（8/20us）與工頻小電流的幅頻特性不同（20ms），設(shè)計(jì)了三層的外殼結(jié)構(gòu)，形成兩條通路。用第一層與第二層相互配合，實(shí)現(xiàn)工頻小電流的通道，讓工頻小電流經(jīng)過此小電流通路，用以鑒別、判斷、分?jǐn)嚯娐返裙δ埽挥玫诙优c第三層互相配合，實(shí)現(xiàn)雷擊大電流通道，讓雷電流經(jīng)過此通路，用以滿足不同等級(jí)的雷電流泄放能力的要求。此通路在正常狀態(tài)下是開路狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)雷擊時(shí)，通過引導(dǎo)電路讓此通路導(dǎo)通，從而泄放掉雷電流。SPD專用后備保護(hù)裝置示意如圖8所示。
圖8 SPD 專用后備保護(hù)裝置示意
? SPD專用后備保護(hù)裝置的應(yīng)用是串聯(lián)在SPD的回路上，與其配合接入電網(wǎng)使用，作為SPD的過電流的專用保護(hù)裝置。其設(shè)定的工頻小電流技術(shù)指標(biāo)為3A，雷擊大電流可根據(jù)不同的等級(jí)可選擇不同的配置。
結(jié)語
? ? ? SPD 常規(guī)后備保護(hù)裝置無法兼顧大的雷擊電流和小的工頻電流，當(dāng)電源系統(tǒng)故障、SPD 過流短路、工頻電流通過時(shí)，其電流值有可能達(dá)不到過流保護(hù)裝置的啟動(dòng)值，過流保護(hù)裝置不動(dòng)作，導(dǎo)致工頻電流持續(xù)通過，防雷元件發(fā)熱，SPD起火。若過流保護(hù)裝置的啟動(dòng)值較小，雖能啟動(dòng)，但難以抗擊雷電流的沖擊，導(dǎo)致 SPD 無法正常泄放雷電流。采用鑒流技術(shù)，將兩種電流區(qū)別對(duì)待，將其引導(dǎo)至不同的通道，針對(duì)性地分別處理。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)有效鑒別、判斷、分?jǐn)嗟裙δ?。此外，兩種通路有機(jī)整合，應(yīng)用到產(chǎn)品中。此外，本文又將兩種通路有機(jī)整合到一個(gè)產(chǎn)品中，實(shí)現(xiàn)了由理論到實(shí)踐的過程。