2.1避雷器在線路中的工作原理

電涌保護器俗稱避雷器。低壓配電線路中的避雷器主要由半導體元件和空氣間隙組成，它們在實質上是一個限位開關，沒有雷電波來的時候它兩端處于開路狀態，對電源和信號沒有影響，當雷電波侵入并且超過某一定值時，它迅速成為通路狀態，把電壓箝制在一個安全范圍內，把雷電流大部分泄放入地。當雷電流過后，避雷器又恢復高阻狀態，保證后端設備安全正常地工作。

2.2斷路器工作原理

微型斷路器由操作機構、觸點、保護裝置(各種脫扣器)、滅弧系統等組成。其主觸點是靠手動操作或電動合閘的。主觸點閉合后，自由脫扣機構將主觸點鎖在合閘位置上。過電流脫扣器的線圈和熱脫扣器的熱元件與主電路串聯，欠電壓脫扣器的線圈和電源并聯。

當電路發生短路或嚴重過載時，過電流脫扣器的銜鐵吸合，使自由脫扣機構動作，主觸點斷開主電路。當電路欠電壓時，欠電壓脫扣器的銜鐵釋放，也使自由脫扣機構動作。

2.3漏電斷路器工作原理

漏電斷路器由零序電流互感器ＴＡＮ、放大器Ａ和壓低斷路器等三部分組成。設備正常工作時，電路三相電流對稱，三相電流向量和為零，因此零序電流互感器的鐵心中沒有磁通，不動作。

當發生漏電和單相接地故障時，由于電路三相電流的向量和不為零，零序電流互感器的鐵心中就有零序磁通，其二次側就有電流，該電流經過放大器放大后，通入開關脫扣線圈，使低壓斷路器發生跳閘，切除故障電路，避免發生觸電事故。

通過對線路中三種保護器工作原理的分析，我們可以總結出雷雨天氣時，裝有電源避雷器的線路中各種保護設備（含避雷器前端的保護設備）為什么跳閘的三個原因。

3.1當電源避雷器前端串聯微型斷路器時

為了防止電源避雷器失效時，接地短路故障電流損壞設備，保障人身安全，防雷工程應用中常常在電源SPD前端串聯小型斷路器作為SPD的前端保護裝置。

電源避雷器的失效模式可以分為兩類：開路失效模式和短路失效模式。

a開路失效模式：由于SPD本身的非線性元件形成或由與SPD串聯的內部或外部保護設備與供電電源斷路所形成，此時，供電電源的連續性在SPD失效的情況下被保證，（見圖一）。

b短路失效模式：由于SPD本身引起或由一附加設備引起，那么電源供電將由于系統的后被保護而中斷。此時，供電系統受到保護，但是系統不再供電，（見圖二）。

PD為電涌保護器的過流保護裝置；避雷器為電涌保護器；E/I為被電涌保護器保護的電氣裝置或設備。

因此，優先保證供電的連續性還是優先保證過電壓保護的連續性，這取決于電源避雷器失效時，斷開電源避雷器的前端保護裝置所安裝的位置。

開路失效模式下，當通過避雷器的過電流持續時間過長，即在微秒級時間內電源避雷器還無法將雷電流全部泄放入地時，串聯在電源避雷器前端的保護設備會判斷為過流或短路故障，從而發生動作。此時，雖然保證了供電的連續性，但再發生過電壓時，無論是電氣裝置或是設備均得不到保護，而再次出現持續的過電流會使供電線路中的斷路器，特別是安裝在總配電處的斷路器會在過壓的狀態下發生動作，導致系統供電中斷。

短路失效模式下：這種失效模式中，串聯在電源避雷器前端的保護設備會在判斷為過流或短路故障時使供電線路中的斷路器直接動作。

在上述兩種失效模式中，如果電源避雷器前端的保護設備選擇的參數與避雷器的相關參數不一致時也會發生供電線路斷路器的動作，特別是避雷器前端的保護設備更容易發生動作，從而使避雷器的保護效能和供電的連續性降低。

當然，我們是不希望供電中斷這種情況發生的，因此，在防雷工程中常常采用開路失效模式的接線法。

除避雷器的失效模式外，避雷器的安裝工藝、安裝位置也會影響到雷雨天氣時線路供電的連續性。

a如避雷器兩端引線過長，雷電流通過時會導致避雷器兩端殘壓過高。而處于過壓狀態的避雷器前端保護設備會動作，使線路失去保護。如果無法及時恢復避雷器前端保護設備的狀態時，將會使線路上的斷路器動作，可能會將被保護的設備遭到破壞，而供電的連續性也得不到保障。

b對于雷電流能量最大的一級保護，理論上避雷器（B級）應盡量安裝在總進線空氣開關（斷路器）前端，如果安裝不方便，也可安裝在空開后端。但是，如果進線前端有雙電源切換裝置時，必須安裝在雙電源切換裝置的前端，從而使切換裝置得到保護（現在的雙電源切換裝置多為機械型和電子控制型、有的還有232和485控制裝置和24V消防電源，雷電流一旦通過，極易發生損壞）。此種安裝方式，在雷電流通過總空氣開關前直接通過前端并聯的避雷器將其泄放入地，減小了空氣開關的跳閘概率。

因此，合理地選擇避雷器的安裝模式、安裝工藝和前端保護設備的參數，將有效地減少雷雨天氣時斷路器跳閘的次數。

3.2當線路中有漏電斷路器時

在各低壓電氣系統中，避免觸電危險的保護措施是必要的。這種保護措施可以分為以下兩種：

a防直接接觸保護：即導體的帶電部分必須絕緣、覆蓋、包起來或以杜絕接觸和電擊的方式布置。

b間接接觸情況下的保護：在電氣系統出現故障時，金屬外殼有意外帶電的可能性，這種危險必須得到防護。

通常，最大允許長久接觸電壓UL為交流50V和直流120V，更高的接觸電壓必須在5s內自動斷開（特殊情況下在0.2以內）。

由于人身保護措施是最優先的，其他所有的保護措施如雷電和電涌保護，必須隸屬于間接接觸保護措施，而且不能因為保護設備而使人身保護措施失效。因此，為防止間接接觸事故的發生，通常在電源線路中加裝保護器，如TN系統，安裝過流保護器和漏電保護器做為防止間接接觸保護的措施。

但是，由于避雷器存在失效問題，且避雷器始終連向保護導體，所以在避雷器與漏電斷路器同時存在時，會導致沖突。這種沖擊常常表現為雷雨天氣時，線路中的漏電斷路器頻繁地動作。

以TN-S制式為例，當電源避雷器裝于漏電斷路器的后端時（圖三），目的是實現間接接觸情況下的保護。但是，在這種布置方式下，當避雷器將浪涌電流釋放到PE線路時，可能會被上游的漏電斷路器解釋成為漏電流。

所以漏電斷路器會試圖切斷有關電路，以達到間接接觸的保護措施。這就是為什么在雷雨天氣時，電源線路上的漏電斷路器發生跳閘而導致線路斷電的原因。此時供電系統斷電，從用戶供電安全的角度來看，漏電斷路器的誤跳是不希望發生的，應該避免。

解決的辦法是將避雷器安裝在漏電斷路器的上游，即前端（圖四）。這樣泄放的浪涌電流不再經過漏電斷路器，也就不會被解釋成剩余電流。這樣就避免了漏電斷路器的誤跳，使電氣設備用電的不間斷性得到保障。如圖三、四。

將電源避雷器安裝于漏電斷路器的上游還有另外一個原因。目前， 大多數B級、C級、D級電源避雷器采用的保護模式為共模保護，即避雷器安裝于每一相線、零線與地線之間。這種情況下，當電氣設備，包括避雷器出現過載時，可能由于某種原因引起短路。當避雷器安裝在漏電斷路器的下游時，這種短路避雷器成為漏電斷路器動作的罪魁禍首。

由于有1P的避雷器處于零線和地線之間，在漏電斷路器的下游提供了零線和地線連接的紐帶。而在此時，如果設備發生漏電或人體觸電，此時產生的電流不會被清楚地辨認為漏電流，結果是漏電斷路器可能不動作，從而造成電氣事故，更嚴重的后果是威脅到人身的安全，雖然這樣可能性極小，但仍然不能排除。在以人為本的當今社會，任何安全的考慮都是以人身安全為第一位去考慮的。

因此，對于共模保護，電源避雷器應接在漏電保護器的上游，此時，漏電保護器本身也得到保護。而當避雷器安裝于漏電斷路器的上游時，一旦發生設備漏電或人身觸電，漏電斷路器會清晰地辨認，使漏電斷路器及時、安全地斷開電路。

對于D級保護，即細保護，如果采用了如圖五所示的保護時，可以安裝在漏電斷路器的下游。此時，浪涌避雷器泄放的浪涌電流是如此之小以至于不被漏電斷路器認為是漏電流。類似結構的避雷器有菲尼克斯的PT系列。

既然我們不希望漏電斷路器的誤跳，因此，漏電斷路器必須能承受一定幅值的雷電流，即漏電斷路器應該有這樣的質量：能夠安全地承載通過雷電流避雷器泄放的浪涌電流,并且在這樣的浪涌電流強度下不誤跳。這就要求，漏電斷路器應具有不小于3kA（8/20μs）的電涌電流的抗干擾能力。

因此，在有漏電斷路器的線路中，根據不同配電制式合理地選擇避雷器的安裝位置，將有效地減少雷雨天氣時漏電斷路器跳閘的次數。

3.3當B級電源避雷器為間隙型時

對于一些強電流暴露環境，位于LPZ0區與LPZ1區交界處的B級保護常常采用通流量大殘壓低和使用壽命長的火花間隙電源避雷器。但是這種避雷器有一個弱點，就是在雷電干擾衰減后，會產生50Hz的工頻續流，它必須安全地熄滅，否則會形成短路，并且可以和雷電流避雷器安裝處的預期短路電流一樣大，導致前一級斷路器動作。即如果預期短路電流超過了避雷器的工頻續流能力，其前端保護設備必須動作，以此來切斷工頻續流，同時，下端設備的供電中斷。事實上，線路中的任何斷路器在雷電波（10/350μs）沖擊下，在大多數情況下都會導致斷路器動作，即便斷路器的通斷能力很大，但是在長波形、高幅值的雷電流的沖擊下同樣會動作。

在雷電流通過火花間隙避雷器時，由于火花間隙會產生欠壓，使線路上的設備承受瞬間低壓。此時，由于斷路器的欠壓功能，同樣會導致斷路器動作,從而保護后端的用電設備。

當B級火花間隙避雷器與C級氧化鋅壓敏電阻避雷器之間的距離很遠時（如幾百米），則在該長線距離中會產生二次浪涌電壓。此電壓會導致B級保護中的火花間隙放電，這種動作在涉及中要給予考慮，否則當工頻續流堆積時供電的連續性就會受到威脅，即線路中的保護設備可能發生跳閘。

綜上所述，線路中的斷路器或者避雷器前端的保護設備在雷雨天氣時跳閘，有多種原因造成。對于防雷工程人員來講，首先要從避雷器的選擇和安裝入手，嚴格按照規范和產品的安裝說明安裝避雷器，最大限度地保證在雷雨天氣時，避雷器前端的保護設備首先不動作；其次要保證供電線路當中的斷路器、漏電斷路器不動作。這些保證都是為了供電的連續性和終端設備得到保護，這是我們安裝電源避雷器的最終目的。