전압변압기 2차 회로의 SPD 문제 및 해결책

이 논문은 위 상황을 심도 있게 분석하고 문제를 해결하기 위한 기술적 조치를 요약합니다.

1. 전압 변환기 2차 회로에서 SPD 제품의 주요 문제

현재 국내외에는 잔류 전류가 없는 SPD(스위치형 번개 방지기)가 있습니다. 이들의 주요 내부 방전 회로는 방전관/ギャップを使用しており、高い放電电流容量（超过氧化锌压敏电阻）を备えています。しかし、これらには致命的な欠点があります：电压限制差、弧拉电压高以及响应时间长（高达100纳秒）。这些问题使得二次回路设备无法得到适当的保护。更糟糕的是，弧拉电压常常将电压互感器的二次回路电压（100 V）降至几伏，导致测量和控制系统显示高压线路失压。因此，开关型避雷器不可用。

2. 解决方案及主要内容

市场上常见的SPD核心放电元件包括放电管CDT、氧化锌压敏电阻MOV和瞬态电压抑制器TVD。TVD具有超快响应时间（1 ns）、良好的电压限制和小的残余电流（低于1 μA）；损坏后烧毁并断开，不会短路。但其放电电流较低（1 kA）。此外，CDT、GAP和TVD比MOV具有更强的高压抗冲击能力，能够承受10 kV的冲击而不发生结构损坏。

通过结合这些元件的优点并使用组合电路，设计了一种产品（MOV与并联的CDT和TVD串联），如图1所示。

图1：放电原理

当雷电流在A点侵入时，MOV最初保持不导通状态。然而，MOV的残余电流使A点和B点之间的电位均衡。此时，TVD在1 ns内激活，在B点和C点之间创建直接路径。因此，整个雷电压被施加在A点和B点之间的MOV上。由于MOV的激活电压Um仅为组合电路激活电压Uc的50%，高电压加速了MOV的激活，将其典型的25 ns响应时间缩短到约12.5 ns。在此期间，虽然放电电流仍在建立中，但A点到B点的直接路径迫使大部分雷电压施加在B点和C点之间（其中TVD的最大电流容量约为1 kA）。

从设计角度来看，CDT的激活电压比Uc低50%。此外，部分导通的MOV的内部电阻RL会产生一个电压降，使B点的电压高于初始雷电压。测试表明，这将CDT的激活时间从100 ns减少到15 ns，使整个电路在25 ns内完全导通——与单独的MOV响应时间相匹配。

放电后，TVD的微小残余电流和CDT的完全断开消除了MOV的残余电流问题，防止了潜在危险。对于电压箝位性能，TVD的精确激活（激活电压等于箝位电压）确保了低箝位阈值。鉴于Um = 0.5Uc，电路中的MOV箝位电压为1.5Uc，从而整体组合电路的箝位电压为2Uc——显著优于单独MOV模块的3倍比率。

另外还集成了一个监测电路来检测组件故障。当内部元件退化时，监测节点从开路变为闭合，指示SPD故障。表1比较了相同条件下单独MOV模块与组合放电电路SPD的性能。

这种新型SPD具有残余电流，但可以将过电压控制在非常低的水平（低于10 μA）。此外，它可以在过电压消失后迅速断开，并保持残余电流参数不变。它是适用于电压互感器二次回路的理想产品。

该SPD采用组合放电电路代替单个氧化锌压敏电阻模块，为电压互感器二次回路提供过电压保护技术措施。它可以避免SPD电路多次受到雷击或操作过电压冲击后老化残余电流增加的问题。同时，当发生击穿和故障时，不会出现短路现象。如果SPD有击穿或短路等故障点，运维人员可以通过SPD的报警触点提醒，避免保护误动作或不动作的问题发生。

3. 结论

在实际使用过程中，采用组合电路的SPD从开始到故障（损坏后直接断开）的残余电流值基本不变，并且可以控制在3 μA以下。此外，通过组合电路，SPD可以方便地提供故障监测触点，便于运维人员监控。

通过采用组合电压互感器二次回路的过电压抑制技术，避免了由于电压互感器二次回路中SPD接地隐患引起的保护安全误动作或不动作的风险。真正实现了对电压互感器二次回路的防雷和操作过电压保护，确保电力二次设备在恶劣天气环境和事故情况下的安全运行。