电源SPD后备保护装置失效模式分析
SPD后备保护装置
SPD后备保护装置作者：王万里来源：《科技风》2018年第01期摘要：本文着重分析了用断路器、熔断器两种保护元件的不同特性。
就SPD前端保护元件的选择和保护整定问题进行了研究。
关键词：浪涌保护器；断路器；熔断器；过流保护1 浪涌保护器（SPD）前为什么要加保护元件（1）对于使用氧化锌压敏器件的SPD，当浪涌电流通过压敏电阻超过它的承受能力时，压敏电压下降，严重时将被击穿。
随着放电次数的增加，性能逐渐下降，当失效损坏时，往往是短路的形式。
所以必须依靠熔断器或断路器切断电源；（2）对于间隙类SPD，一般没有要求一定安装过流保护装置，但因放电间隙在放电过程中可能会存在续流，电弧无法熄灭的问题，因此通常也是安装过流保护装置的；（3）方便维护，无过流保护装置更换SPD时需停整个电路的电，但安装了过流保护装置则只须断开过流保护装置即可更换；（4）同时相关标准要求在电涌保护器上串联断路装置，杜绝和减少因电涌保护器损坏而造成的用户断电事故。
2 SPD保护原件设计选用存在问题（1）SPD参数均有标准规范的明确规定，但是关于SPD后备保护的参数选择却无明确说明，即使有也无法方便的指导设计人进行选用；（2）由于标准中并未明确指定上串联断路装置的技术类别及参数，所以执行标准时就可能出现“偏差和误解”；（3）出现雷击时，微型断路器分断，出现后续雷击烧毁设备的事故。
3 SPD过流保护设置注意事项3.1 SPD过流保护的特点SPD的过流保护包括过负荷和短路保护。
SPD过电流保护的目的，是保护电源系统，防止因SPD损坏导致整个电流系统故障，而不是为了保护SPD本身。
因为若是保护SPD，则电流整定值很小，而要在雷电流通过时不动作，则电流整体值很大，两者不易兼顾。
同时，SPD在雷电流通过时，保护元件不应该动作。
故此时可不验证雷电流情况下的断流能力，但需核算雷电流通过时的热效应。
3.2 过负荷保护SPD前端加装过负荷保护，是希望由于SPD的劣化导致漏电流大于整定值后，开关按反时限特性动作，切断电路。
浅谈低压配电系统中浪涌保护器(SPD)后备保护器的选择
目前被普遍采用的的后备保护器有熔断器（FUSE）、微型断路器（MCB）以及近些年来流行的后备保护专用脱扣器（SCB）。基于以上三种SPD后备保护器，下面将展开讨论：
1）以电压保护水平（Up）分析：
根据GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》6.4.6条：
①对限压型电涌保护器：UP／f=UP+△U
②对电压开关型电涌保护器，应取下列公式中的较大值：UP／f=UP或UP／f=△U，式中UP／f----电涌保护器的有效电压保护水平（kV）
UP-----电涌保护器的电压保护水平（kV）
△U-----电涌保护器两端引线的感应电压降，即L×（di/dt），户外线路进入建筑物处可按1kV/m计算，在其后的可按△U=0.2UP计算，仅是感应电涌时可略去不计。
2.后备保护器的定义以及功能
SPD的后备保护是指过位于SPD前端的、作为电气装置一部分的过电流保护装置，该装置应能满足如下功能流时，使SPD避免过热和损坏。
2）电网异常SPD工频续流起火时速断保护，此时电流很小。
3）通过雷电流不失效能力，即SPD在正常标称放电电流（冲击电流）下，过电流保护器不应动作；而当大于标称放电电流时，保护电器应可靠动作。
2）以工频续流起火角度分析：
熔断器作后备保护时，根据通过的电流能量产生的焦耳热熔断，我们选取一个满足40kA（8/20μs）的雷电流通过不断、直流电阻为1m的熔断器，产生的电压降为40，能量为E1，等同于同等能量40A电网电流能量为E2：E1=∫V（t）×I（t）dt=kVIτ=0.5VI8×10-6+1.4VI（20-8）×10-6=33.28J，计算式中：0.5为波头系数，1.4为波尾系数。由于冲击电流持续时间在微秒级，熔体能量集中在熔体内，近似为绝热过程；熔断器通过工频电流40A产生等同能量的时间为：E1（绝热过程）=E2（热平衡过程）=I2Rt=402×1×10-3×t=33.28J，得出t=20.8s，当产热大于散热时，达到燃弧前时间继续延长，当产热等于散热仍未达到燃弧温度时将不会熔断，而SPD在40A工频电流在20秒内已起火燃烧。
对浪涌保护器（SPD）的后备保护装置的探讨
对浪涌保护器（SPD）的后备保护装置的探讨发布时间：2021-07-21T08:29:18.319Z 来源：《防护工程》2021年8期作者：牛金硕[导读] ：首先对有关浪涌保护器的后备保护装置的规范或标准要求进行列举，而后对目前作为浪涌保护器后备保护装置并大量使用的熔断器和断路器的原理和作用进行了简要分析，并给出了安装SPD时应考虑的因素及选用依据；比较了两者的优缺点，指出了两者存在的不足及造成这些不足的原因，而后介绍了近年刚上市的一种SPD专用外置脱扣器，最后提出了对未来浪涌保护器的设想。
牛金硕南阳市气象局河南南阳 473003摘要：首先对有关浪涌保护器的后备保护装置的规范或标准要求进行列举，而后对目前作为浪涌保护器后备保护装置并大量使用的熔断器和断路器的原理和作用进行了简要分析，并给出了安装SPD时应考虑的因素及选用依据；比较了两者的优缺点，指出了两者存在的不足及造成这些不足的原因，而后介绍了近年刚上市的一种SPD专用外置脱扣器，最后提出了对未来浪涌保护器的设想。
关键词：浪涌保护器;后备保护装置;熔断器;断路器;SCB引言浪涌保护器 Surge Protective Device（SPD）的作用是保护用电设备免遭雷电电磁脉冲或操作过电压的破坏。
随着防雷理论的不断完善，人们防雷意识的不断增强，SPD在石化、电力、通信等各个行业广泛应用。
但由于浪涌保护器自身的原因，它会出现金属性短路击穿（限压型SPD）或工频续流（开关型SPD）而造成主电源进线开关跳闸而导致扩大断电范围。
因此，《建筑物防雷设计规范》要求电源SPD 安装后备过流保护装置，旨在防止电源系统出现电压异常升高导致SPD启动流入工频电流起火， 1浪涌保护器后备保护装置的要求《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010附录J规定：电涌保护器（SPD）串联在电路上。
《建筑物防雷工程施工与质量验收规范》GB50601-2010中要求:当SPD内部未设计热脱扣装置时，对失效状态为短路型的SPD应在其前端安装熔丝、热熔线圈或断路器进行后备过电流保护。
电源SPD后备保护装置失效模式分析
图ｌ ６ 产 品 外 观 图
●
７ 结
语
６ 试 验 结Leabharlann 果 Ｓ Ｐ Ｄ专 用脱 扣 器 解 决 了 防雷 行 业 多 年 的 防 火安 全 问题 ， 对 不 同厂家 生产 的 Ｕ ＝２ ７ ５ Ｖ、 Ｕ ＝
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［ １ ］ Ｉ Ｅ Ｃ ６ ０ ３ ６ ４ － ４ － ４ ３ —２ ｏ ｏ ８ 低 压 电器 设 施 第 ４ － ４ ３部
工 民建 等 均 能 实 现 Ｓ Ｐ Ｄ 防火 保 护 ， 特 别 是 在 易 燃、 易爆 场 所更 能 凸显 优异 的安 全保 护性 能 。
２ ０ １ ２年 ６月 ６日， 在北 京 防雷 装置 检测 中心 通过 了高 （ 中） 低 压 系 统 的故 障 引起 的暂 态 过 电 压（ Ｔ Ｏ Ｖ ＠１ ２ ０ ０ Ｖ ／ ３ ０ ０ Ａ） 下 保护 性 能 测试 、 工 频 １ ０ ０ Ａ失效模 式 保 护性 能测 试 、 雷 电 冲击 性 能 测 试 。２ ０ １ ２年 ９～１ １月 ， 该 产 品在上 海 电器 科 学研 究所 通 过 了工 频 短路 分 断 能力 ５ ０ ｋ Ａ、 １ ０ ０ ｋ Ａ测
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｆ ｒ ｏ ｍ ａ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ ａ ｎ ｄ ｔ ｅ ｓ ｔ ，ｔ ｈ ｅ ｉ ｆ ｒ ｅ ｒ ｅ ａ ｓ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｓ Ｐ Ｄ ａ ｎ ｄ ｆ ａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｏ ｆ ｂ ａ ｃ ｋ — ｕ ｐ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗｅ ｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ，ｎ ｅ ｗ Ｓ ＣＢ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｃ ａ ｎ ｅ ｎ ｓ ｕ ｒ ｅ Ｓ Ｐ Ｄ ｓ ａ ｆ ｅ ｗ ａ ｓ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ．Ｉ ｔ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｄ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｆ ｏ ｒ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｒ ｓ ．
电源SPD后备保护装置失效模式分析
图4电源SPD 后备保护装置失效模式分析Power SPD overcurrent protection device Failure analysis厦门大恒科技有限公司摘要：SPD 火灾事故与雷电防护失效是SPD 应用中的一个短板和难题，本文从理论与实验两方面分析了SPD 后备保护装置熔断器、断路器的失效模式，并介绍了一种新的能够最大限度确保SPD 安全的专用后备保护器。
关键词：SPD 、熔断器、断路器、边界条件、失效模式 1、概述：国内外用于SPD 后备过流保护使用的是熔断器或断路器，这两种器件为了保证雷电冲击电流到来时不开断取值往往较大。
当SPD 出现劣化或者电源出现异常导致流入工频电流（俗称续流），熔断器或断路器不能迅速切断电路致使SPD 起火燃烧（由于SPD 的导通电阻随着工频异常电压不同而变，工频续流是个不确定值）。
当两种保护装置速断值选择偏小时，雷电冲击电流又会造成速断致使防雷保护失效。
SPD 引发的火灾事故和防雷失效事故现场分析及实验室验结果表明：火灾事故基本是由SPD 工频续流引发（持续的电源能量使SPD 迅速燃烧），防雷失效事故大多数是防雷器脱离了保护线路造成的。
图1是一个SPD 起火烧毁机柜的现场图片。
SPD 失效或工频电源出现暂态过电压引起的SPD 起火是小概率事件，导致目前许多SPD 工程应用不安装后备过流保护装置。
这种观点认为在一次电源异常事故中，SPD 起火是几乎不可能发生的。
关于这一点我们要有以下两个方面的认识：一是这里的“几乎不可能发生”是针对“一次电源异常事故”来说的，因为电源异常事故是个不确定的事件，那就有可能发生；二是当我们运用“小概率事件几乎不可能发生的原理”进行推断时，我们也有5%犯错误的可能。
众多的SPD 火灾事故应该能说明这一点。
2、SPD 起火的边界条件 2.1、MOV氧化锌压敏电阻（MOV ）是一种以氧化锌为主体、添加多种金属氧化物的多晶体半导体陶瓷元件（图2）。
SPD产品上常见的技术问题分析
SPD产品上常见的技术问题分析SPD产品上常见的技术问题分析一、压敏电阻的安全性问题：在以往的应用中，跨接在电源线上的压敏电阻器出现过起火燃烧，危机临近其它元器件的事故。
对此，制造者和使用者共同进行了大量研究和分析工作，采取了相应的对策，极大地降低了这类事故的概率，但尚未杜绝，因此，压敏电阻的使用安全性仍是个值得重视、需要继续研究解决的课题。
压敏电阻起火燃烧的表观现象，大体上可分为老化失效和暂态过电压破坏两种类型。
①老化失效，这是指电阻体的低阻线性化逐步加剧，漏电流恶性增加且集中流入薄弱点，薄弱点材料融化，形成1kΩ左右的短路孔后，电源继续推动一个较大的电流灌入短路点，形成高热而起火。
这种事故通常可以通过一个与压敏电阻串联的热熔接点来避免。
热熔接点应与电阻体有良好的热耦合，当最大冲击电流流过时不会断开，但当温度超过电阻体上限工作温度时即断开。
研究结果表明，若压敏电阻存在着制造缺陷，易发生早期失效，强度不大的电冲击的多次作用，也会加速老化过程，使老化失效提早出现。
②暂态过电压破坏，这是指较强的暂态过电压使电阻体穿孔，导致更大的电流而高热起火。
整个过程在较短时间内发生，以至电阻体上设置的热熔接点来不及熔断。
在三相电源保护中，N-PE线之间的压敏电阻器烧坏起火的事故概率较高，多数是属于这一种情况。
相应的对策集中在压敏电阻损坏后不起火。
一些压敏电阻的应用技术资料中，推荐与压敏电阻串联电流熔丝（保险丝）进行保护。
二、压敏电阻的连接线问题将压敏电阻接入电路的连接线要足够粗，推荐的连接线的尺寸注：接地线为5.5 mm2以上连接线要尽可能短，且走直线，因为冲击电流会在连接线电感上产生附加电压，使被保护设备两端的限制电压升高。
此外，纵向连结的几个压敏电阻器，使用经过配对的参数一致的压敏电阻器后，当冲击侵入时，出现在横向的电压差可以很小。
在这种情况下，配对也是有意义的。
四、压敏电阻与气体放电器件的串联和并联压敏电阻可以与气体放电管、空气隙、微放电间隙等气体放电器件相串联（图10.5a），这个串联组合的正常工作要满足两个基本条件：①、系统电压上限值应低于气体放电器件G的直流击穿电压；②、G 点火后在系统电压上限值下，压敏电阻MY中的电流应小于G的电弧维持电流，以保证G的熄弧。
电源SPD后备保护装置失效模式分析
电源SPD后备保护装置失效模式分析电源SPD（Surge Protective Device）后备保护装置是一种用于保护设备免受瞬态电压过高影响的重要设备。
但是，如果SPD后备保护装置失效，将会对电气系统的安全性造成极大的影响。
因此，本文将对SPD后备保护装置失效模式进行分析，并提出相应的解决方案。
SPD后备保护装置失效模式一般分为以下四种：第一种是设备内部器件失效。
简单来说，就是SPD内部的电子器件出现故障，不能正常工作。
这通常是由于电气系统中电压和电流过高或过低，SPD无法抵抗来自供电网络的过载电流引起的。
此时，SPD将无法正常工作，不能保护设备免受电气系统中的电压过高或过低的影响。
第二种是外部因素侵入。
SPD后备保护装置的失效也可能是由于外部不可控因素导致的，例如电气系统中的电弧、雷电等。
这些外部因素可能破坏SPD的内部器件，导致其失效。
此时，SPD无法正常工作，也不能保护设备免受电气系统中的电压过高或过低的影响。
第三种是维护不当。
SPD后备保护装置需要定期维护和检查，以确保其正常工作。
如果SPD长期未进行维护和检查，可能会导致其失效。
例如，SPD维护不当可能导致内部器件老化、尘埃积累等。
此时，SPD的保护效果将大大降低。
第四种是SPD选择不当。
最后一种SPD后备保护装置失效模式是选择不当。
SPD要与电气系统相匹配，如果选择不当，可能会导致SPD的工作效果大打折扣。
例如，SPD的额定电压太低，可能会导致其失效。
为了避免SPD后备保护装置失效，必须采取防范措施。
在选择SPD时，需要根据电气系统的电压和电流等参数进行选择，保证选择的SPD能够适应系统的需求。
在使用SPD之前，还需要进行一定的维护和检查，以确保其正常工作。
定期更换SPD器件，保持其处于正常工作状态，提高其使用寿命。
在实际应用中，还可以采用多级保护策略来防止SPD后备保护装置失效。
例如，在电气系统中设置多个SPD装置来互相纠错，防止单个SPD装置失效。
电源用SPD的安全性问题
3.3 电源用SPD 的安全性SPD 本身是一种安全保护器件，但在电路中特别是电源电路中接入SPD 后，又可能带来新的安全问题。
SPD 的电压限制元件是并接在系统上的，无论是钳位特性元件还是开关特性元件，都有可能发生老化失效或短路，从而导致SPD 本身和/或系统起火，甚至出现人身电击的危险性。
SPD 的这种不安全性有两种情况：一是进入SPD 的电功率及其持续时间，超过了它保持热平衡的允许值，致使SPD 的温度持续上升而引起燃烧。
解决这一问题的对策是在SPD 中设置“过热脱离器”。
二是一个过强的冲击电流或暂时过电压使SPD 突然（例如不足1秒）击穿短路，且SPD 的短路阻抗相对于电源阻抗很小，因此击穿后进入SPD 的功率并不大，结果它的温度达不到过热脱离器的动作温度，而使短路状态长时间维持。
解决这一问题的对策是在SPD 的电路中再加入“后备保护”。
3.3.1 SPD 的过热脱离器下面讨论SPD 中MOV 漏电流持续增大，最终热击穿的原因，过热脱离器的技术要求以及当前过热脱离器存在的问题和改进措施等三个问题。
1. MOV 漏电流持续增大的原因SPD 中的MOV 在正常工作寿命期内发生漏电流持续增大而热击穿的原因，主要有下面三个：（1）SPD 安装地点的浪涌过电压的出现频度，幅值较大，使MOV 内在的安秒资源提前耗尽而进入劣化失效阶段。
（2）持续的较大的系统过电压。
实验结果表明，当工频电压对MOV 的加压比Rap 大体在0.6左右时MOV 型SPD 能在规定的寿命期内长期而稳定地工作。
Rap 大体在0.8-1.13左右，SPD 能保持熱稳定，即电阻体的温度，电阻性电流和功耗都能稳定在某个数值上，但稳定工作的持续时间将随着Rap 的提高而迅速减小。
Rap 高到1.14以上，SPD 不能保持熱稳定，很快发展到热击穿。
MOV 耐受 工频过电压的时间（S ），即从加上工频电压到它击穿短路的时间（τ），与加压比（Rap ）的统计关系大体如图2.14-15所示。
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图4电源SPD 后备保护装置失效模式分析Power SPD overcurrent protection device Failure analysis厦门大恒科技有限公司摘要：SPD 火灾事故与雷电防护失效是SPD 应用中的一个短板和难题，本文从理论与实验两方面分析了SPD 后备保护装置熔断器、断路器的失效模式，并介绍了一种新的能够最大限度确保SPD 安全的专用后备保护器。
关键词：SPD 、熔断器、断路器、边界条件、失效模式 1、概述：国内外用于SPD 后备过流保护使用的是熔断器或断路器，这两种器件为了保证雷电冲击电流到来时不开断取值往往较大。
当SPD 出现劣化或者电源出现异常导致流入工频电流（俗称续流），熔断器或断路器不能迅速切断电路致使SPD 起火燃烧（由于SPD 的导通电阻随着工频异常电压不同而变，工频续流是个不确定值）。
当两种保护装置速断值选择偏小时，雷电冲击电流又会造成速断致使防雷保护失效。
SPD 引发的火灾事故和防雷失效事故现场分析及实验室验结果表明：火灾事故基本是由SPD 工频续流引发（持续的电源能量使SPD 迅速燃烧），防雷失效事故大多数是防雷器脱离了保护线路造成的。
图1是一个SPD 起火烧毁机柜的现场图片。
SPD 失效或工频电源出现暂态过电压引起的SPD 起火是小概率事件，导致目前许多SPD 工程应用不安装后备过流保护装置。
这种观点认为在一次电源异常事故中，SPD 起火是几乎不可能发生的。
关于这一点我们要有以下两个方面的认识：一是这里的“几乎不可能发生”是针对“一次电源异常事故”来说的，因为电源异常事故是个不确定的事件，那就有可能发生；二是当我们运用“小概率事件几乎不可能发生的原理”进行推断时，我们也有5%犯错误的可能。
众多的SPD 火灾事故应该能说明这一点。
2、SPD 起火的边界条件 2.1、MOV氧化锌压敏电阻（MOV ）是一种以氧化锌为主体、添加多种金属氧化物的多晶体半导体陶瓷元件（图2）。
当通过电流能量超过本身承受极限时，出现不可恢复性损坏。
雷电冲击电流持续的时间短暂，损坏的模式基本上为本体炸裂。
如果能量由交流持续供给，电流集中流向MOV 的薄弱点，产生的高热使薄弱点肖基特势垒消失，形成击穿气化燃烧，SPD 分离装置没有温度积累的时间，巨大的气体膨胀力促使SPD 向外喷火燃烧。
铁路、移动基站、计算机房、工厂配电等发生的多起SPD 火灾事故说明了这一点。
在对V 1mA =620V ，电压梯度=275 34mm MOV 方片进行的工频电流起火边界条件测试证明：MOV 的起火边界条件大于工频电流5A （这与YD/T 1235.1-2002 {通讯局（站）低压配电系统用电涌保护器技术要求}6.4.7条规定的边界条件是吻合的）。
质量参差不齐的25mm 圆片和34×34mm 方片承受不超过5C 电量是安全的；在TOV 故障试验（1420V/ac 有效值，300A ）条件下，通过1个周波是安全的！当通过3个周波时（16.7C 电量）芯片出现不可恢复性损坏，图3是损坏后的芯片金相图。
2.2、GDT安装在L-PE 上的GDT ，一个浪涌或电源振荡即可激发导通，导通的GDT 弧电压使电源处于短路状态。
当持续的电弧烧穿封装电极片时，火焰迅速喷发燃烧。
对600V/60kA 和600V/100kA 间隙放电管（厂家给出具有较高的续流遮断能力）进行的800Vac/110A 试验第11个周波起火燃烧（图4，电压波形见图5）。
试验证明：GDT 依靠具有工频续流遮断能力防火是十分危险的！2010年内蒙某风力发电站3起间隙型SPD 火灾事故和2012年西安4起间隙型SPD 火灾事故充分证明了这一点。
图 5图 2图3图1GDT在几种电源模拟故障的试验数据表明，在极限状态情况下，GDT的起火边界条件仍然大于9个周波。
没有实验数据证明GDT能够完全依靠自身的续流遮断能力避免起火！这说明控制GDT的工频续流时间既能有效的防止SPD起火。
实验数据证明这个边界时间不小于100ms。
MOV起火的边界条件小于GDT起火的边界条件，因此取MOV起火边界条件作为SPD后备保护装置的动作参数，能够覆盖电压开关型和电压限制型SPD后备保护装置的全部条件。
根据试验数据绘制成的SPD后备保护安全曲线见图6：横坐标是通过SPD 的工频电流（有效值），纵坐标是电流通过SPD的时间。
曲线1（绿色）下方面积是SPD安全脱扣区，曲线2（红色）上方是SPD 不安全脱扣区（起火多发区），给我们选择SPD后备保护装置建立了理论依据。
3、SPD后备保护边界条件我国35千伏中性点不接地或小电流接地供电系统，发生单相接地短路故障可以持续运行2小时，这种故障以及电网出现谐振等故障电流通过接地向低压侧传导暂态过电压。
另外在低压侧断零、中性点偏移、操作过电压等产生的暂态过电压等对SPD的安全是个严重威胁，SPD后备保护就显的格外重要。
根据电网以及SPD泄放雷电流的特性，后备保护装置符合以下条件能够满足安全需要：3.1 工频短路电流分断能力边界条件T1级SPD出现短路故障，预期工频短路电流民建不小于50kA、工建不小于100kA是合适的。
T2、T3级预期工频短路电流民建不小于6kA、工建不小于20kA是合适的，后备保护装置必须能够分断这种等级电流。
3.2 雷电流冲击不误断边界条件后备保护装置串联安装在SPD线路中，一旦保护装置开断设备就失去了防雷保护。
后备保护装置在雷电流冲击下不误断至少应该满足：T1级不小于SPD的Iimp（10/350μs，不小于15kA）；T2级不小于SPD的Imax（8/20μs，不小于80kA）；T3级不小于SPD的Imax（8/20μs，不小于40kA）。
3.3 SPD起火防护边界条件根据2.1、2.2的分析，SPD工频续流大于5A以上时易起火，考虑到MOV不同生产厂家参数的差异化，需要在工频电流达到5A前切断电路，既能发挥MOV能够承载一定暂态过电压的能力，又能避免出现误断的现象。
3.4 冲击电流下残压值边界条件后备保护装置串联安装在SPD线路中，GB50057-2010中6.4.4条（设备绝缘耐冲击电压额定值）指的是后备保护器、电缆和SPD的总Up值。
因此后备保护器在冲击电流下的残压应低于或等同熔断器，最好能与同长度、额定截面电缆残压值相等。
3.5 冲击电流下寿命边界条件后备保护器必须高于SPD在额定冲击电流下所具有的使用寿命，亦即在冲击电流In下不少于16次，Imax下不少于2次。
根据广东从化雷电试验场引雷记录波形分析，后备保护器应能够承受雷电多脉冲试验。
4、熔断器和断路器4.1 FUSE：熔断器是根据通过的电流能量产生的焦耳热熔断，我们选取一个满足40kA（8/20μs）的雷电流通过不熔断、直流电阻为1mΩ的熔断器，产生的电压降为40V，能量为E1：E∫计算式中：0.5为波头系数，1.4为波尾系数。
由于冲击电流持续时间在微秒级，熔体能量集中在熔体内，可视为绝热过程。
如果用这个熔断器做SPD后备保护，假设发生了80A工频电流，那么这只熔断器产生等同E1能量的时间为：图8（绝热过程）（热平衡过程）当产热>散热时，达到燃弧前时间继续延长；当产热=散热仍未达到燃弧温度时将不会熔断，而80A 工频续流将使SPD 在1秒内就已经起火燃烧。
通过对国产著名品牌3C 认证的RT28-32柱形Ф10×38 gG-32A 熔断器、柱形Ф14×51 gG -40A gG-63A 熔断器进行的雷电冲击试验，gG-32A 试品在13.8-15kA 熔断，gG-40A 试品在15-18kA 熔断，gG-63A 试品在20-35kA 熔断。
德国在1997年对熔断器进行的冲击试验表明：熔断器耐受冲击电流的能力有限，用于后备保护具有局限性，实验数据见图7。
对熔断器进行的工频熔断试验进一步证明，熔断器满足了冲击电流不熔断，在SPD 工频续流起火边界值就不会熔断。
图8是gG-32A 熔断器与SPD （20kA ）串联加载45A 工频电流试验，SPD 起火30秒钟后熔断器仍然完好。
4.2 MCB ：微型断路器是内置热脱扣和电磁脱扣的配电保护开关。
C 曲线瞬动脱扣值为5-10In ，D 曲线瞬动脱扣值为10-20In 。
如选用C16做后备保护，当SPD 出现80A 以下工频续流不会瞬动脱扣，在这个电流下SPD 已经起火燃烧。
图9是SPD （20kA ）与C16串联通过42A 工频电流试验，SPD 迅速起火燃烧，而MCB 不会脱扣。
MCB 承受雷电冲击试验证明，一方面电流应力造成误脱扣，另一方面内部引线极易开断损坏造成线路失去防雷保护，而MCB 的操作机构却完好。
这种现象告诉我们，雷电流通过MCB 造成内部开断使设备脱离了雷电保护而管理者却无法发现，直到被保护的设备遭雷击损坏！图10是一进口C63规格MCB 承受50kA （8/20μs ）冲击1次损坏试验图。
这样看来2010年北京一次雷暴17座基站损坏就不难理解了。
4.3 保护电压等级边界条件冲击电流在熔断器上的残压值由电感和直流电阻两部分组成，在相同的冲击电流下熔断器具有更底的残压值，这是因为熔断器具有直线型的物理结构。
图75、SPD 专用脱扣器实现方案雷电流是一个不规则的快速变化宽频谱脉冲，持续的时间在微秒级；交流是一个毫秒级的周期性波，利用两个参量在时间上的巨大差异，既能实现参量化控制。
SPD 后备保护装置的核心器件是一个具有时延效应的选项电磁铁，这个电磁铁具有滞后、选项动图9图10作特性，当交流电流通过时，电磁铁经过脉冲选项、延时后速动，经机械脱扣机构切断交流通路；当雷电流通过时，电磁铁还没有完成脉冲选项雷电流就结束了，电磁铁处于稳定状态产品不脱扣！SPD后备保护装置经过4年反复试验改进，达到了3.1、3.2、3.3、3.4、3.5边界条件要求，解决了电源SPD多年的安全问题，2012年6月通过了北京防雷装置检测中心测试，9月4号通过了上海电气科学研究所50kA工频短路电流分断能力测试，11月3号通过了上海电气科学研究所100kA工频短路电流分断能力测试，12月3日通过了同时序多脉冲雷电冲击测试，产品达到设计要求。
6、试验结果6.1、工频短路电流分断能力：T1：民建级50kA；工建级100kA；T2：民建级6kA；工建级35kA；、T3：民建级6kA；工建级20kA；6.2、SPD工频续流起火防护脱扣电流：3A（工频有效值）6.3、雷电冲击不脱扣电流：T1级25kA(10/350μs); T2级80kA（8/20μs）; T3级60kA（8/20μs）。
6.4、同时序多脉冲雷电冲击试验80kA测试通过。
6.5、冲击电流Up值（8/20μs）：后备保护器分别与熔断器、断路器进行了冲击电流下Up对比试验，可以看出后备保护器Up值低于熔断器。