滕潘周长明
黑龙江省气象灾害防御技术中心哈尔滨150030
摘要:SPD在出厂前都要通过“型式试验”，在热稳定试验前要先进行耐热试验，即在环境温度为80℃±5K的加热箱中保持24h，考虑到其内部的热脱离装置在黑龙江极端气温下可能不动作，将造成SPD本身或周围物体的燃烧。可以更好的防护由SPD损坏、对地短路等而影响供电线路的正常工作，对人们的生产生活带来的二次伤害。
关键词：极端气候;SPD；热稳定试验
雷电灾害是发生最频繁的一种自然灾害，对人类的生命和财产安全有着巨大的危害。据有关研究统计，全球平均每年因雷电灾害造成的损失中，仅直接损失超过10亿美元。
随着现代科学技术的高速发展，各种电子设备和大规模集成电路的应用越来越广泛，计算机和各种微电子设备成为工业应用以及人们的日常生活中不可缺少的一部分。由于微电子设备工作电压低，功耗小，过电压耐受能力低，因此对系统电源和信号中的过电压极为敏感。低压电气、电子设备并不是遭受直接雷击损坏的。而是在发生雷击后，雷电电磁脉冲通过多种途径传入低压电源系统引起过电压或电磁干扰而造成损坏的。过电压不仅可以引起电子设备的工作失误，系统误操作。还可以造成电子设备的永久性损坏，从而造成直接损失以及相关的间接损失。通常主要采用装设浪涌保护器（SPD）等措施来防感应雷。
浪涌保护器(SurgeProtectiveDevice,SPD)是用于限制瞬时过电压和泄放浪涌电流的电器，它至少包含一个非线性元件。SPD按构成可分为电压限制型、电压开关型和复合型。对于电压限制型SPD通常包含压敏电阻，当SPD在低压配电系统中持续工作时，由于压敏电阻内存在的泄露电流会产生热量，热量的积累使SPD表面温度逐渐升高，由于SPD自身的散热，当压敏电阻的发热和SPD的散热形成平衡时，SPD表面的温度就会达到一个稳定值。此时如果条件发生改变，如泄露电流增大，或散热减弱，热平衡将被破坏，SPD表面温度将继续升高，直至达到新的热平衡。如果SPD无法达到热平衡，会导致SPD温度不断上升，如果其内部的热脱离装置没有将压敏电阻从电路中断开，将造成SPD本身或周围物体的燃烧。
黑龙江省独特的高纬度地理位置造成了冬季最低气温长时间在-20℃以下，SPD长期处在如此寒冷的环境中，倘若SPD内部的热脱离装置由于温升不够不能正常脱扣，不能将SPD与电源回路断开，不仅不能保证设备的安全，还可能发生SPD对地短路、损坏、燃烧甚至引起火灾等，而影响供电线路的正常工作。
1.本文研究的主要内容：
本文以电压限制型SPD为研究对象，以控制变量法为理论基础和分析手段，对电压限制型SPD在黑龙江冬季极端气温下内部的热脱离装置能否正常动作进行了详细的对比实验与分析。建立的测试系统，建立在计算机强大的计算能力之上，整个测试过程更接近于实际情况，从而大大提高了其计算精度以及能够适应分析情况的复杂程度。
2.电涌保护器（SurgeProtectiveDevice，SPD）是雷电防护体系中最主要的保护器件之一，其运行可靠性和安全性直接影响雷电防护性能。但如果SPD长期处在极端气温中，其内部的热脱离装置由于温升不够不能脱扣，不能将SPD与电源回路断开，不仅不能保证设备的安全，还可能发生火灾。本文拟采取的技术路线就能够很好的防护上述问题，测试系统原理图如下：
3.本文的研究方法为控制变量法。物理学中对于多因素（多变量）的问题，常常采用控制因素（变量）的方法，把多因素的问题变成多个单因素的问题。每一次只改变其中的某一个因素，而控制其余几个因素不变，从而研究被改变的这个因素对事物的影响，分别加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法。控制变量法是科学探究中的重要思想方法，广泛地运用在各种科学探索和科学实验研究之中。
4.根据测试系统原理图，我们可以直观的看到测试系统主要包括以下五个部分：
（1）电源：拟采用交流数字电源，最高电压1500V,功率7.5kw。带过流报警、过温度报警。
（2）电流/电压监测电路：
＊电流监测：拟采用电阻分压，采集电压信号计算出电流，使用4个不同阻值电阻档位来测量1～5000mA，提高精度。
＊电压监测：拟采用电阻分压，采集电压信号。
（3）热电偶：拟采用K系列热电偶，优点：精度高、准确可靠。
（4）控制电路：拟采用三菱PLC控制电路，优点：稳定性高。
（5）测量系统：拟使用工控机处理PLC和热电偶数据。
除此之外，测试系统还对温度、湿度、大气压强进行测量与收集，测试系统的搭建是本文的技术关键，也是本文的重点和难点。
5.本文的创新点包括以下三个方面：
（1）本文充分考虑到了黑龙江省独特的高纬度地理位置，结合SPD出厂前都要通过的“型式试验”，总结出黑龙江省的SPD要先后在温度差为100℃的环境中工作，在出厂前已经通过“型式试验”的电压限制型SPD在黑龙江冬季极端气温下内部的热脱离装置能否正常动作，可以更好的防护由SPD损坏、对地短路等而影响供电线路的正常工作，对人们的生产生活带来的二次伤害。
（2）为防止由于SPD自身的原因，其内部的热脱离装置在常规工作环境中也无法正常动作，本文采用了控制变量法来进行对比试验，控制变量法能够将复杂的问题简单化,当一个问题和很多因素有关时,利用控制变量法每次只需探究其中一个因素。
（3）本文搭建的测试系统，在试验结束后可直接生成试验报告，试验结果一目了然，无需人工再进行分析、计算与后处理，减少大量人工运算的同时，也相当程度的缩短了运算时间，大大提高了工作效率。
6.本文最终要达到的目标及考核指标包括以下四个方面：
（1）观察实验组SPD内部的热脱离装置是否动作，如果其内部的热脱离装置动作，SPD应有明显的、有效和永久断开的迹象。
（2）为了验证上述要求，应采用等于最大持续工作电压的工频电压施加1min，流过的电流不应超过0.5mA（有效值）。
（3）试验时实验组SPD表面温升应小于120K。在热脱离装置动作5min后，表面温升不应超过周围环境温度80K。
（4）在试验过程中，应没有固体材料喷溅。
7.本文研究的成果可以知道在出厂前已经通过“型式试验”的电压限制型SPD在黑龙江冬季极端气温下内部的热脱离装置能否正常动作，可以更好的防护由SPD损坏、对地短路等而影响供电线路的正常工作，对人们的生产生活带来的二次伤害。