投入使用的浪涌保护器因持续在工作回路中，在故障电压作用下，劣化脱扣过程中，有一定几率形成拉弧现象，形成高温灼烧，导致浪涌保护器出现起火现象，作者通过分析一起浪涌保护器起火起因，提出应对措施，以避免该现象再次发生。

随着国民经济和现代科学技术的快速发展，各种电子设备和大规模集成电路被广泛应用于现代建筑，由于其工作电压低，耐受过电压能力有限，一旦受到浪涌过电压的袭击，遭到破坏和干扰的几率也大大增加。用于限制暂态过电压和分泄浪涌电流器件的浪涌保护器（Surge Protective Device，SPD）被广泛应用于电源系统、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。

投入使用后的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，如果此时仍然不能及时切断电路，MOV将会热熔击穿、甚至起弧造成MOV或SPD封装材料燃烧起火，往往会造成一定的经济损失和不良影响。

1 SPD起火**发生经过

某日，嘉兴郊区某幼儿园配电柜GP1中SPD发生起火烧毁**，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，专业技术人员无法到场，校园值班人员在查看了前端变压器工作正常，后端无其他电器损坏后，初步认定SPD自身故障起火是引起断电的主要原因。

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，其余出线回路全部断开。以上做法有保全现场的意图在（后经调查证实），为的是能在专业防雷技术人员调查分析时物证齐全，但其非专业的检查遗漏了高压端的故障隐患，而且此次SPD起火事故并未引起足够重视。

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故后就呈断开状态，并未送电）中SPD再次发生起火**，导致已经运行的电路再次停电，值班人员第一时间看到的情况为，GP2配电柜中SPD燃烧（图2），柜体内部被熏黑，从燃烧的SPD痕迹可以直观的看出N相起火，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）。电力部门抢修人员发现高压令克(熔断装置)跌落，推送令克时，下端三叉电缆发生火花放电现象，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

2 SPD燃烧原因分析

经过防雷专业技术人员仔细勘察现场，发现：

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，接触不良（图5）。

图5 接地线与扁铁连接螺栓松动

2）损坏的电缆其中一相损毁严重，绝缘皮完全烧光，接地铜编织带有过电灼烧的情况。

3）后端配电柜中3台SPD均为N相烧毁或劣化，ABC相几乎完好。N相烧毁的SPD致使配电柜熏黑严重，临近元器件被灼烧痕迹明显。

综合以上情况分析，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起火燃烧事故，GP3柜中浪涌保护器的N相劣化脱扣（图6）。

图6 SPD起火事故原因示意图

N相故障过电压可导致MOV芯片发热熔穿起火，有以下几种情况：

1）起火点处于MOV芯片中心附近，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，铜皮覆盖层可起到控制起火的作用，从而避免封装材料被引燃，外观表现为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），造成火灾损失。（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，避免火灾损失。）

3）起火点处于MOV芯片中心附近，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现象，电弧一旦产生，维持其稳定燃烧的要求条件很低，产生的热量却很高（电弧中心温度可达6000-10000摄氏度），能轻易将阻燃外壳燃烧起来，终致使N相和临近模块彻底烧毁。

基于以上分析，结合此次事故情况看，第一次虽然SPD几乎彻底损毁，但是在拆除SPD后，电源系统可以恢复，说明SPD在脱扣过程中发生了上述分析中的第三种情况。

第二次燃烧时高压端因雨雪天气，令克下方电缆绝缘破损处再次发生弧光现象，过电流导致令克保险熔断，令克跌落，可见此次漏电现象的持续时间更长，导致三相严重失衡，变压器缺相停电，同时，此过程在后端引起的效果就是，GP2柜中浪涌保护器零地模块熔穿起火，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，即第二种分析情况发生。

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心附近，处于可控状态，热量传导迅速到脱扣点，脱扣及时，并且未产生拉弧现象，此过程属于上述分析的第一种情况。

3 SPD起火实验验证

技术人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整），10分钟后焊锡仍然呈固态，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。

从实验情况可以得出以下结论：

1）该批次浪涌保护器外壳具备阻燃性，符合行业要求。

2）普通热源下，浪涌保护器芯片能够吸取并散去大量热量。

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

4 起火原因及改进措施

4.1 SPD起火原因

综合以上分析，配电柜内SPD起火原因为：高压侧架空电缆绝缘层破损漏电，以及其下端电线杆接地导体连接松动，泄漏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。

另外由于SPD的MOV芯片起火控制点不稳定，导致3台SPD分别出现了不同的故障，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现象，使得SPD直接起火燃烧，发生了严重的事故。

4.2 改进措施

鉴于此，笔者认为对于用电环境较差的郊区及农村，建议：

1）增设浪涌保护器零线模块短路保护措施，浪涌保护器零线模块加强检验力度，保证质量可靠。

2）在IT系统和TN系统中采用3 1模式浪涌保护器，该模式下的零线模块可采用开关型（如放电间隙型），这样就阻止在故障过电压形式下浪涌保护器的导通甚至烧毁，同时保证浪涌保护器在高幅值雷电脉冲电压作用下导通。

3）采用高质量芯片，优质的芯片可控制短路熔穿点处于芯片中心附近，避免起火事故发生。

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

5）安保人员定期检查电力系统各处接地状况，发现情况及时处理。

5 结论

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现象比较特殊，但是浪涌保护器模块应该执行脱扣动作迅速有效，而非因芯片熔穿起火或拉弧出现而引起火灾事故，成为一个次生灾害源头。

本文编自《电气技术》，论文标题为“一起浪涌保护器起火事故分析”，作者为陆凯琦、潘国芳 等。

获赞：690

收藏：59

回答时间：2024-05-17 06:14:12