电机过热保护器
雷全学 肖敏
摘 要：电涌保护器的热稳定脱扣装置是SPD短路过流保护的主要措施之一，SPD劣化短路时应该迅速脱离电网，避免前端电源设备损坏、起火等一系列问题发生。由于电网容量的不断加大、新能源系统（光伏、风电）的推广应用，线路电压及电流呈增高增大趋势，这对SPD故障时可靠脱离电网的技术要求越来越高。本文通过热稳定试验对比测试两种不同的SPD氧化锌阀片热脱扣电极结构，通过结果分析结构设计对热脱扣可靠性的影响，从而为SPD的结构提供设计建议，以便提升电源系统安全可靠性。
关键词：热脱扣结构；SPD热稳定；SPD脱扣；脱扣电极
中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）14-0183-02
现阶段电涌保护器在电力、通信、新能源、建筑物领域得到广泛应用，其运行的可靠性和安全性直接影响雷电防护性能。电涌保护器设计中的脱扣装置热稳定可靠性是一项关键的技术指标。浪涌保护装置因遭受强大雷电冲击或者持续运行老化后内部核心元件压敏电阻（MOV）会劣化失效变为低阻或短路状态，如果SPD不能迅速脱离电网将会导致本体或者周边装置起火燃烧，造成火灾事故。热脱扣结构是便于SPD短路后从电网迅速断开的热保护装置。
SPD热脱扣装置按受热方式主要分为直热脱扣和旁热脱扣。热量通过SPD氧化锌阀片金属电极传导至脱扣低温点的方式为直热脱扣。目前市面上大部分SPD都采用直热脱扣方式，实际应用中，SPD脱扣不彻底和不脱扣的情况时有发生。针对上述问题，本研究从技术层面试验分析SPD氧化锌阀片电极结构，通过热稳定对比实验数据对比分析，为SPD热脱扣稳定可靠性提供设计依据和理论支撑。
1 标准对SPD热稳定测试的技术要求
SPD产品检测试验项目中，热稳定试验是安全性能验证的一个重要项目。根据GB18802.1-2011标准规定：热稳定试验将试验样品连接到工频电源，提高的电源电压使SPD有电流流过[1]。考察SPD在通过过电流情况下达到热平衡，在无法达到热平衡后脱扣装置是否可以准确动作；（SPD仅包含电压开关型件的SPD不进行本试验。）通信行业标准YD/T1235.2-2002对热稳定试验要求更为严格，SPD试验电流相应为 5000、2500、1000、320、80、20mAr.m.s，电流持续流过，容许偏差为±10%[2]。每一电流值应持续一段时间，直到SPD达到热平衡，即在10min内其温度的增加值<2℃。如果SPD脱扣装置动作，就中止该电流值的试验。更新试品并继续进行余下电流值试验。在试验过程中，不断监测SPD的表面温度和SPD流过的电流。试验结果应满足下述要求：
（1）SPD持续通过每一档试验电流等级时，都应能达到热平衡或使其分离装置动作；（2）在试验期间，SPD的表面温度应始终低于120℃；分离装置动作后5min内，SPD的表面温度应低于80℃；（3）如果SPD的分离装置动作，则应对SPD施加2Uc的工频电压，持续1min，此时应无超过0.5mAr.m.s的电流流过SPD。
用于光伏系统的电涌保护器（SPD）性能要求和试验方法GB/T 18802.31-2016对于以上两者标准的热稳定试验要求更甚严格，除了以上两者试验相同标准外，增加了最后的续流遮断，需继续加电至少1min来检查是否复燃，在该过程后，或在少于30s内加电到Ucpv，保持15min来检查稳定性[3]。
2 SPD氧化锌阀片与导电电极连接结构
2.1 单只MOV电极片结构
单只的MOV一般由一个基片（氧化锌阀片）和两个导电电极组成，如图1所示，为增加焊接可靠性和减少接触电阻，电极片材料一般为紫铜镀银或者紫铜热浸锡工艺。在设计上实心圆孔结构图2和中空回型结构图3两种方式。
2.2 工作原理
SPD脱扣装置工作原理是当保护电路漏电流增大，氧化锌发热，热量直接通过压敏电阻的金属引脚（电极）或者通过元件表面接触以及空气散热等方式传导至脱扣电极，脱扣电极受热升温，达到一定温度时发生脱扣。而脱扣电极一般都是串联在SPD保护电路中，一旦发生脱扣，即将SPD与电源回路断开，保证设备的安全。
3 热稳定测试
3.1 实验方案及实验仪器
实验方案：热脱扣点低温焊锡熔点145℃，基片选择同一品牌同一批次，将以上两种不同电极结构的试品进行热稳定试验，对比其模块脱扣面温度分布和状态。本次试验依据标准：通信行业YD/T1235.2-2002，选取试验流过电流5000、2500、1000、320mAr.m.s进行对比测试，通过数据记录及分析得出不同电极的热脱扣对热稳定可靠性的影响。实验仪器清单表1所示。
3.2 实验数据记录
脱扣电极热稳定对比实验数据（室温23℃）如表2所示。
3.3 试验数据分析
通过热稳定试验，为两种结构样品提供相同的试验条件，在其过程中两种结构的试品脱扣电极表现出的性能不尽相同，热传导效果明显不同。图4、图5所示，圆孔实心电极与基片贴合方式热度分布在电极整个面，传导到低温脱扣点速度较慢，影响了脱扣效果，提高了MOV热击穿、不脱扣的概率；图6、图7所示，回型结构電极与基片贴合方式热量传递到低温脱扣点的速度快，且集中，提高了MOV脱扣可靠性和安全性。
4 结语
在中低压电涌保护器脱扣电极结构设计时，为提高其热稳定可靠性，电极脱扣热稳定可靠性能与电极片的贴合基片的表面积有关，适当减小电极与基片的贴合面积，脱扣的稳定性越好，迅速分离电路能力越强，从而有效地提高热稳定可靠性。
参考文献
[1]GB 18802.1-2011《低压电涌保护器（SPD）第1部分：低压配电系统的电涌保护器性能要求和试验方法》[S].
[2]YD/T1235.2-2002.《通信局（站）低压配电系统用电涌保护器测试方法》[S].
[3]GB/T 18802.31-2016.《低压电涌保护器特殊应用（含直流）的电涌保护器第31部分：用于光伏系统的电涌保护器（spd）性能要求和试验方法》[S].
