? ? ? 標準中規定雷擊電流是波前時間為8μs、半峰值時間為20μs的沖擊電流，得到雷擊電流近似頻率為50 kHz。而工頻電流頻率為50 Hz，對應時間周期為20μs。兩者之間頻率相差1000倍。
? ? ? 利用雷電流與工頻續流的幅頻特性不同，設計了兩個通路，使有差異的兩種電流通過不同通路。根據其在電路傳輸產生的感抗為
? ? ? 其感抗也相差 1 000 倍。而且感抗不僅與頻率成正比，同時也與電感的感值成正比。
3．1 小電流通道設計方案
? ? ? 根據實驗室測定，當壓敏電阻的工頻電流大于 5 A 數秒以上時，在幾秒內可能引起壓敏電阻燃爆。因此可以在小電流通道上設計熱雙金屬片裝置。熱雙金屬片是由兩個( 或多個) 具有不同熱膨脹系數的金屬或合金組元層復合在一起的材料。當電流通過此裝置時，熱雙金屬片彎曲，當達到一定行程時使之切斷電源，以達到脫離電網的目的。熱雙金屬片動作示意圖如圖 3 所示。
? ? 具體設計方法是在電源的輸入端子依次連接動觸頭、執行機構、地短路整定值過電流線圈、熱雙金屬片、電感矢量模塊、輸出端子。設計電流為 3 A，時間 ≤7 s。測試的工頻電流特性如圖 4所示。
3.2 雷擊電流設計方案
? ? ? 設計的目標為當浪涌雷擊最大的電流Imax通過SPD與之配合的專用后備保護裝置時，專用后備保裝置不應誤脫扣，使電氣設備防雷始終處于有效狀態。
具體設計方法是在電源的輸入端子依次連接放電型開關管、輸出端子。設計指標可根據不同的雷擊電流可分為Type II類型的20kA、40kA、60kA、80kA、100kA、120kA，以及Type I類型的25kA等規格型號，可以與不同規格的電涌保護器相匹配。雷擊電流通道實施示意如圖 5 所示。
3.3 預期短路分斷能力設計方案
? ? ? SPD的應用場合可以在各種類型，包括LPZ0、LPZ1、LPZ2等區域，與之對應的電網位置也有相應的預期短路分斷電流。SPD的專用后備保護裝置的設計也應滿足與之對應的預期短路分斷能力。初步設計目標為預期短路分斷能力為100kA。
? ? ? 具體的設計方法是利用小型斷路器的電磁脫扣器原理，當電流通過繞成環形的線圈時，就會產生電磁力，用以驅動斷開電路。如圖9所示，它由環形線圈、動鐵芯、靜鐵芯、彈簧、脫扣桿等部件組成。在小型斷路器的短路分斷實驗時，電流使環形線圈產生磁場，動、靜鐵芯在磁場力作用下快速吸合，脫扣桿在動鐵芯的帶動下撞擊動觸頭機構，機構失去穩定狀態，最終使動、靜觸頭分開。短路分斷實驗數據如圖7所示。
? 在充分分析SPD的失效機理后，分別針對不同失效電流提出具有針對性的解決方案。但是如何將這兩種方案有機的整合成一個合格的產品是非常大的難題。本設計是利用雷擊大電流（8/20us）與工頻小電流的幅頻特性不同（20ms），設計了三層的外殼結構，形成兩條通路。用第一層與第二層相互配合，實現工頻小電流的通道，讓工頻小電流經過此小電流通路，用以鑒別、判斷、分斷電路等功能；用第二層與第三層互相配合，實現雷擊大電流通道，讓雷電流經過此通路，用以滿足不同等級的雷電流泄放能力的要求。此通路在正常狀態下是開路狀態，當出現雷擊時，通過引導電路讓此通路導通，從而泄放掉雷電流。SPD專用后備保護裝置示意如圖8所示。
圖8 SPD 專用后備保護裝置示意
? SPD專用后備保護裝置的應用是串聯在SPD的回路上，與其配合接入電網使用，作為SPD的過電流的專用保護裝置。其設定的工頻小電流技術指標為3A，雷擊大電流可根據不同的等級可選擇不同的配置。
結語
? ? ? SPD 常規后備保護裝置無法兼顧大的雷擊電流和小的工頻電流，當電源系統故障、SPD 過流短路、工頻電流通過時，其電流值有可能達不到過流保護裝置的啟動值，過流保護裝置不動作，導致工頻電流持續通過，防雷元件發熱，SPD起火。若過流保護裝置的啟動值較小，雖能啟動，但難以抗擊雷電流的沖擊，導致 SPD 無法正常泄放雷電流。采用鑒流技術，將兩種電流區別對待，將其引導至不同的通道，針對性地分別處理。試驗數據表明，該方法能夠實現有效鑒別、判斷、分斷等功能。此外，兩種通路有機整合，應用到產品中。此外，本文又將兩種通路有機整合到一個產品中，實現了由理論到實踐的過程。