过电压保护器又称组合式避雷器，是最近十多年出现的专用于35kV以下成套柜内，就近与真空开关配套的过电压限制设备。该设备以避雷器为基础，但是使用条件和参数配置与常规的避雷器不同。常规避雷器多为户外露天使用，干弧距离和爬电距离比较大，而防爆考虑比较简单。相反，主要在柜内安装的过电压保护器，虽然没有露天那么高的污秽耐受要求，但在狭小空间中的防爆能力一直是用户关注的焦点。

      该产品从出现依始，就面临狭小空间中的防爆安全问题。我们知道避雷器是绝缘配合上的后备保护设备，是高幅值过电压冲击出现时的最后一道防线。绝缘配合设计的原则，是有后备设备的情况下，就可以降低其它所有电气设备对过电压的耐受能力，超过设备耐受能力以上的过电压，全部交给后备保护设备来吸收。过电压保护器核心工作原理和避雷器一样，都是靠压敏电阻在过电压下阻值下降来打开对地能量泻放通道。泻放能量的同时，也是压敏电阻本身的一个吸收能量发热过程，一旦发热超过可以承受的范围，就会出现破裂，甚至爆开。产品的密封性能越理想，爆开时候的破坏性就越强，严重的时候有可能破坏成套柜体。每年因为这样原因造成的事故都有通报，牺牲性能换用普通避雷器也无法彻底避免此类事故，因为避雷器也是同样原理，同样存在积累发热导致爆裂的隐患，而在成套柜狭小空间这样的爆裂是很难不波及周围设备的。

      理论上，满足设计要求的过电压保护器，持续发热超过承受能力的情况很难出现，但是实际上的过电压出现情况很复杂，某次很近的落雷，系统意外的谐波干扰等，都可能导致产品使用寿命严重下降，出现意外的发热爆裂。而过电压保护器又是附近各个设备公用的后备保护元件，哪一个设备出现故障，都会把冲击传导到过电压保护器上，因此制造厂一般都无法提供出具体的产品安全使用寿命，只能是要求用户一定时间维护检测一次以防止已经老化的产品带病运行。

      为了解决这个问题，最初设想采用线路用避雷器免维护的常规做法，就是串联脱离器。脱离器是一个特殊的熔断装置，可以适合与避雷器串联使用。当避雷器被持续电流冲击发热的时候，脱离器及时动作，分离为两部分，其中一部分失去支撑，在重力作用下跌落，就可将避雷器和系统完全分离到足够的安全距离，不会出现避雷器的爆裂事故。可是这个方式对柜内狭小空间是不适用的，因为脱落的部分很难判断会掉到什么地方，一旦掉落在不等电位的地方，就是一个短路事故；而一旦掉落部位离某相过近，又可能成为弧光接地故障源。目前实践上依然有企业采用此方案，在产品外面加装阻挡装置，以引导断裂的脱离器残体只向某一个危害小的方向掉落。虽然理论上这个做法可行，但是需要成套柜的安装企业严格按过电压保护器这个配件的说明书仔细布置柜内走线方式，操作起来难度很大。

       另一种常用的方案，是将过电压保护器自带的高压引出电缆内部导线做细，利用导线自身的载流量极限来切断过大的冲击电流，防止保护器爆裂。这个也是保护器一般会明确标志“禁止提吊电缆”的起因，表面上很粗的电缆，内部导电体做得很细，如果搬运和安装的时候提吊，就可能导致电缆断裂。这个办法一度很流行，因为可以比较简单的进行生产工艺控制，但是实践中的效果不是很理想。细的导线对积累的持续小电流不敏感，反而是对瞬间的大冲击敏感，这个工作特性与过电压保护器的保护原则相违背。瞬间大电流出现时，正是需要产品工作的时候，此时过早熔断，产品的大电流保护作用荡然无存。而主要导致爆裂事故的积累老化情况，由于是持续的小电流，导线不敏感不熔断，无法真的自动分离已经劣化的过电压保护器，无法真的解决问题。

      上述脱离模式这两年有了改进型，在产品三相高压绝缘线下端直接安装带灭弧材料铜丝，把熔断部分和保护器的阀片直接做到一起，而将放电间隙安装在过去比较空的绝缘底座中。这样的做法有一些优点，比如可以减少安装搬运时电缆意外断裂的情况，可以在具有熔断功能的前提下不增加产品高度有利安装。但是从核心上说，这个做法依然无法避免熔断体工作特性与过电压保护器保护原则违背的难题，积累老化出现的时候不熔断，在瞬间大电流冲击需要保护的时候熔断。这样既牺牲了产品性能，又没有根本解决爆裂问题。而且在有了这种熔断体改进后，部分厂家倾向把阀片做小，认为不再需要那么大的通流容量，我们认为这是不妥的，最终只会导致两个极端。要么熔断体细到一有电流就熔断，产品根本不起保护作用；要么熔断体持续小电流下依然不熔断，而阀片通流能力又做小了，依然会爆裂。不过由于阀片小了很多，就算爆裂威力也会小一些，对成套柜的安全也是有一定积极意义的。

      我公司技术部总结多年过电压保护类产品开发经验，结合户外脱离器的运行反馈，对柜内过电压保护器的脱离装置做了如下改型。不在三相绝缘线下部安装熔断体，改在底座放电间隙旁边并联电阻器，同时在放电间隙电极上串联热爆管，热爆管发热达到一定程度爆开脱离。

      放电间隙的距离计算取0.5～3 mm，在确定放电间隙的距离值后，通过结构设计来调控电极与热爆管间的热传递量，从而实现脱离装置耐受特性与动作特性间的统一。

脱离装置动作的起始工频电流值设定为0.5~1A。保护器在持续运行电压作用下，若流过阀片的工频电流达数十毫安时，就开始了其不可逆转的老化，达到数百毫安时，老化速度明显加快。因此设置电流略大于此范围，可以在阀片热崩溃以前脱离防止阀片爆裂。

      为使脱离器能在0.5 A工频故障电流下可靠动作，电阻器的阻值设定为1.5kΩ。小的工频故障电流不击穿间隙，全部流经电阻器，由电阻器作为热源来加热热爆管，实现在小工频故障电流下的可靠动作；而大的工频故障电流在电阻器上的压降则使放电间隙击穿放电，由间隙作为热源使热爆管升温，从而也能在持续大电流下迅速动作。另一方面，需要保护器起作用的雷电及操作冲击电流，在电阻器上的作用时间过短，发热量小，尚不足以使脱离装置动作。

      由于是柜内使用，脱离后没有比较大的分离空间，所以采用弹簧预压紧方式，使脱离体尽可能分离并自动注入灭弧材料，试验中完全可以满足10kV及以下的电力绝缘要求。35kV产品目前还在脱离后的安全绝缘距离上进行改进，改进方案已进入试验阶段。
      脱离装置的动作安秒特性与户外避雷器脱离器相似，可比较有效的实现少维护，防止破坏柜内设备的目的。这个做法也不牺牲保护器阀片通流能力，可以依据通流能力设计熔断电流，实现比较重要场所安装大容量保护器进行有效过电压保护，不再采用搞个小直径阀片对付一下的思路。

      最后，有些成套柜生产企业依据安装经验，采用降低成套柜高压侧密封性能，增加排气孔减少爆裂威力的办法，实践证明是有一定效果的，建议继续采用。通过这些手段，我们有理由相信，今后柜内过电压类设备的爆裂危害将基本上根除。

参考文献

1、DL/T 620—1997, 交流电气装置的过电压和绝缘配合［S］.
2、GB 11032—2000，交流无间隙金属氧化物避雷器［S］.