一路浪涌保护器起火事件的分析_过电压_浪涌掩护器

随着国民经济和当代科学技能的快速发展，各种电子设备和大规模集成电路被广泛运用于当代建筑，由于其事情电压低，耐受过电压能力有限，一旦受到浪涌过电压的打击，遭到毁坏和滋扰的几率也大大增加。
用于限定暂态过电压和分泄浪涌电流器件的浪涌保护器（Surge Protective Device，SPD）被广泛运用于电源系统、天馈系统、通信系统等各种场合，以减少故障过电压带来的不利影响。

投入利用后的SPD在遇上较高的故障过电压后，其核心部件金属氧化物变阻器（Metal Oxide Varistor，MOV）会产生持续的高温，如果此时仍旧不能及时割断电路，MOV将会热熔击穿、乃至起弧造成MOV或SPD封装材料燃烧动怒，每每会造成一定的经济丢失和不良影响。

某日，嘉兴郊区某幼儿园配电柜GP1中SPD发生动怒烧毁事宜，导致配电柜内部被严重灼烧，跳闸停电（图1）。
因正值春节期间，专业技能职员无法到场，校园值班职员在查看了前端变压器事情正常，后端无其他电器破坏后，初步认定SPD自身故障动怒是引起断电的紧张缘故原由。

于是做出应急处理，拆除GP1配电柜中已经烧毁的SPD，断开GP2、GP3配电柜中SPD前置三相开关，合闸GP1配电柜中的总开关，对监控系统单一供电，别的出线回路全部断开。
以上做法有保全现场的意图在（后经调查证明），为的是能在专业防雷技能职员调查剖析时物证完好，但其非专业的检讨遗漏了高压真个故障隐患，而且这次SPD动怒事件并未引起足够重视。

图1 配电柜中已烧毁的SPD

同月5日晚上，该园GP2配电柜（GP2、GP3配电柜中总开关从第一次燃烧事件后就呈断开状态，并未送电）中SPD再次发生动怒事宜，导致已经运行的电路再次停电，值班职员第一韶光看到的情形为，GP2配电柜中SPD燃烧（图2），柜体内部被熏黑，从燃烧的SPD痕迹可以直不雅观的看出N相动怒，其N相连接导线已烧断。

GP3配电柜中SPD的N相劣化指示窗口变红（图3）。
电力部门抢修职员创造高压令克(熔断装置)跌落，推送令克时，下端三叉电缆发生火花放电征象，电缆绝缘已严重烧灼破损（图4）。

图2 GP2配电柜中已烧毁的SPD

图3 GP3配电柜中SPD的N相劣化

图4 高压令克下电缆烧毁

经由防雷专业技能职员仔细勘察现场，创造：

1）高压端保护接地存在问题，紧贴电线杆的接地保护线与接地扁铁连接螺栓松动，打仗不良（图5）。

图5 接地线与扁铁连接螺栓松动

2）破坏的电缆个中一相损毁严重，绝缘皮完备烧光，接地铜编织带有过电灼烧的情形。

3）后端配电柜中3台SPD均为N相烧毁或劣化，ABC相险些无缺。
N相烧毁的SPD致使配电柜熏黑严重，附近元器件被灼烧痕迹明显。

综合以上情形剖析，高压电缆处，由于令克下方电缆绝缘破损，导致相电压对屏蔽层放电，屏蔽层近端接地不良，导致故障高电压窜入近端变压器室内接地系统，引起中性点电位升高，建筑物内总配电柜GP1、GP2、GP3柜中浪涌保护器的N相承受了故障高电压，引起GP1、GP2柜中浪涌保护器相继发生动怒燃烧事件，GP3柜中浪涌保护器的N相劣化脱扣（图6）。

图6 SPD动怒事件缘故原由示意图

N相故障过电压可导致MOV芯片发热熔穿动怒，有以下几种情形：

1）起火点处于MOV芯片中央附近，由于芯片覆盖的铜皮层能够把热量传导至脱扣装置，及时脱扣，断开电路，同时，铜皮覆盖层可起到掌握动怒的浸染，从而避免封装材料被引燃，外不雅观表现为SPD视窗变红。

2）熔穿起火点处于MOV芯片边缘，火焰可以引燃封装材料（胶体、外壳），造成失火丢失。
（除非起火点刚好处于脱扣装置连接处，热量能够及时传导至脱扣装置，及时脱扣，断开电路，避免失火丢失。
）

3）起火点处于MOV芯片中央附近，热量及时传导至脱扣装置，焊锡熔断，铜片弹开，但该过程仍有一定几率形成拉弧征象，电弧一旦产生，坚持其稳定燃烧的哀求条件很低，产生的热量却很高（电弧中央温度可达6000-10000摄氏度），能轻易将阻燃外壳燃烧起来，终极致使N相和附近模块彻底烧毁。

基于以上剖析，结合这次事件情形看，第一次虽然SPD险些彻底损毁，但是在拆除SPD后，电源系统可以规复，解释SPD在脱扣过程中发生了上述剖析中的第三种情形。

第二次燃烧时高压端因雨雪景象，令克下方电缆绝缘破损处再次发生弧光征象，过电流导致令克保险熔断，令克跌落，可见这次泄电征象的持续韶光更长，导致三相严重失落衡，变压器缺相停电，同时，此过程在后端引起的效果便是，GP2柜中浪涌保护器零地模块熔穿动怒，模块熔穿点处于边沿，火花及电弧不可控，热量传导不及时，外壳被电弧灼烧，造成更大面积的燃烧，即第二种剖析情形发生。

在与GP1柜和GP2柜并列的第三个柜GP3中，浪涌保护器零地模块劣化视窗变红，可见该模块熔穿点应在中央附近，处于可控状态，热量传导迅速到脱扣点，脱扣及时，并且未产生拉弧征象，此过程属于上述剖析的第一种情形。

技能职员抽取相同批次浪涌保护器做了如下实验：

1）外壳阻燃性试验，用温度约为800摄氏度的火焰烧灼浪涌保护器外壳，外壳开始燃烧，移除明火源，外壳火焰很快熄灭；

2）同样的明火源烧灼浪涌保护器芯片脱扣装置（芯片与脱扣装置连接完全），10分钟后焊锡仍旧呈固态，未熔化形成脱扣；

3）拆除脱扣装置与芯片连接，单独烧灼脱开装置，10秒钟之内焊锡即熔化，脱扣成功。

从实验情形可以得出以下结论：

1）该批次浪涌保护器外壳具备阻燃性，符合行业哀求。

2）普通热源下，浪涌保护器芯片能够吸取并散客岁夜量热量。

3）单独用普通热源加热脱扣装置致其断开，解释浪涌保护器在热传导及时的情形下可以正常热脱扣。

4.1 SPD动怒缘故原由

综合以上剖析，配电柜内SPD动怒缘故原由为：高压侧架空电缆绝缘层破损泄电，以及其下端电线杆接地导体连接松动，泄露的电流就进入了电缆的屏蔽层，使得校园配电房中变压器地电位陡升，由变配电房引出的中性线上带有高电压，致使其后端配电柜中连接的SPD模块N相上持续承受了故障高电压。

其余由于SPD的MOV芯片动怒掌握点不稳定，导致3台SPD分别涌现了不同的故障，再加上产品本身热脱扣装置质量不到位，有些装置在脱扣的瞬间形成了拉弧征象，使得SPD直接动怒燃烧，发生了严重的事件。

4.2 改进方法

鉴于此，笔者认为对付用电环境较差的郊区及屯子，建议：

1）增设浪涌保护器零线模块短路保护方法，浪涌保护器零线模块加强考验力度，担保质量可靠。

2）在IT系统和TN系统中采取3+1模式浪涌保护器，该模式下的零线模块可采取开关型（如放电间隙型），这样就阻挡在故障过电压形式下浪涌保护器的导通乃至烧毁，同时担保浪涌保护器在高幅值雷电脉冲电压浸染下导通。

3）采取高质量芯片，优质的芯片可掌握短路熔穿点处于芯片中央附近，避免动怒事件发生。

4）改进SPD热脱扣装置的金属弹片的弹性和弹开间隔至关主要，金属弹片弹性大可以加快脱扣时的弹开速率，结合较大的弹开间隔，可以有效的减小拉弧产生的概率。

5）安保职员定期检讨电力系统各处接地状况，创造情形及时处理。

本文中所讲的高压侧的故障电压导致低压侧浪涌保护器模块承受故障高电压，虽然高压侧接地故障和电缆绝缘破损同时发生这种征象比较分外，但是浪涌保护器模块该当实行脱扣动作迅速有效，而非因芯片熔穿动怒或拉弧涌现而引动怒警事件，成为一个次生磨难源头。

本文编自《电气技能》，论文标题为“一起浪涌保护器动怒事件剖析”，作者为陆凯琦、潘国芳 等。