? ? ? 標準中規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，對應時(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流的幅頻特性不同，設計了兩個(gè)通路，使有差異的兩種電流通過(guò)不同通路。根據其在電路傳輸產(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 小電流通道設計方案
? ? ? 根據實(shí)驗室測定，當壓敏電阻的工頻電流大于 5 A 數秒以上時(shí)，在幾秒內可能引起壓敏電阻燃爆。因此可以在小電流通道上設計熱雙金屬片裝置。熱雙金屬片是由兩個(gè)( 或多個(gè)) 具有不同熱膨脹系數的金屬或合金組元層復合在一起的材料。當電流通過(guò)此裝置時(shí)，熱雙金屬片彎曲，當達到一定行程時(shí)使之切斷電源，以達到脫離電網(wǎng)的目的。熱雙金屬片動(dòng)作示意圖如圖 3 所示。
? ? 具體設計方法是在電源的輸入端子依次連接動(dòng)觸頭、執行機構、地短路整定值過(guò)電流線(xiàn)圈、熱雙金屬片、電感矢量模塊、輸出端子。設計電流為 3 A，時(shí)間 ≤7 s。測試的工頻電流特性如圖 4所示。
3.2 雷擊電流設計方案
? ? ? 設計的目標為當浪涌雷擊最大的電流Imax通過(guò)SPD與之配合的專(zhuān)用后備保護裝置時(shí)，專(zhuān)用后備保裝置不應誤脫扣，使電氣設備防雷始終處于有效狀態(tài)。
具體設計方法是在電源的輸入端子依次連接放電型開(kāi)關(guān)管、輸出端子。設計指標可根據不同的雷擊電流可分為T(mén)ype II類(lèi)型的20kA、40kA、60kA、80kA、100kA、120kA，以及Type I類(lèi)型的25kA等規格型號，可以與不同規格的電涌保護器相匹配。雷擊電流通道實(shí)施示意如圖 5 所示。
3.3 預期短路分斷能力設計方案
? ? ? SPD的應用場(chǎng)合可以在各種類(lèi)型，包括LPZ0、LPZ1、LPZ2等區域，與之對應的電網(wǎng)位置也有相應的預期短路分斷電流。SPD的專(zhuān)用后備保護裝置的設計也應滿(mǎn)足與之對應的預期短路分斷能力。初步設計目標為預期短路分斷能力為100kA。
? ? ? 具體的設計方法是利用小型斷路器的電磁脫扣器原理，當電流通過(guò)繞成環(huán)形的線(xiàn)圈時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生電磁力，用以驅動(dòng)斷開(kāi)電路。如圖9所示，它由環(huán)形線(xiàn)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斷實(shí)驗時(shí)，電流使環(huán)形線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，動(dòng)、靜鐵芯在磁場(chǎng)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)觸頭機構，機構失去穩定狀態(tài)，最終使動(dòng)、靜觸頭分開(kāi)。短路分斷實(shí)驗數據如圖7所示。
? 在充分分析SPD的失效機理后，分別針對不同失效電流提出具有針對性的解決方案。但是如何將這兩種方案有機的整合成一個(gè)合格的產(chǎn)品是非常大的難題。本設計是利用雷擊大電流（8/20us）與工頻小電流的幅頻特性不同（20ms），設計了三層的外殼結構，形成兩條通路。用第一層與第二層相互配合，實(shí)現工頻小電流的通道，讓工頻小電流經(jīng)過(guò)此小電流通路，用以鑒別、判斷、分斷電路等功能；用第二層與第三層互相配合，實(shí)現雷擊大電流通道，讓雷電流經(jīng)過(guò)此通路，用以滿(mǎn)足不同等級的雷電流泄放能力的要求。此通路在正常狀態(tài)下是開(kāi)路狀態(tài)，當出現雷擊時(shí)，通過(guò)引導電路讓此通路導通，從而泄放掉雷電流。SPD專(zhuān)用后備保護裝置示意如圖8所示。
圖8 SPD 專(zhuān)用后備保護裝置示意
? SPD專(zhuān)用后備保護裝置的應用是串聯(lián)在SPD的回路上，與其配合接入電網(wǎng)使用，作為SPD的過(guò)電流的專(zhuān)用保護裝置。其設定的工頻小電流技術(shù)指標為3A，雷擊大電流可根據不同的等級可選擇不同的配置。
結語(yǔ)
? ? ? SPD 常規后備保護裝置無(wú)法兼顧大的雷擊電流和小的工頻電流，當電源系統故障、SPD 過(guò)流短路、工頻電流通過(guò)時(shí)，其電流值有可能達不到過(guò)流保護裝置的啟動(dòng)值，過(guò)流保護裝置不動(dòng)作，導致工頻電流持續通過(guò)，防雷元件發(fā)熱，SPD起火。若過(guò)流保護裝置的啟動(dòng)值較小，雖能啟動(dòng)，但難以抗擊雷電流的沖擊，導致 SPD 無(wú)法正常泄放雷電流。采用鑒流技術(shù)，將兩種電流區別對待，將其引導至不同的通道，針對性地分別處理。試驗數據表明，該方法能夠實(shí)現有效鑒別、判斷、分斷等功能。此外，兩種通路有機整合，應用到產(chǎn)品中。此外，本文又將兩種通路有機整合到一個(gè)產(chǎn)品中，實(shí)現了由理論到實(shí)踐的過(guò)程。