電湧保護器(SurgeProtectionDevice，SPD)的安裝可以限制電路上的瞬時過電壓，是石化企業雷電防護的常用措施之一。依據GB18802．1、GB50057和GB/T21431標準規定:安裝在電路上的電湧保護器，其前端宜有後備保護裝置，用以防止當SPD不能阻斷工頻短路電流而引起發熱和損壞時的後備過電流保護。
目前使用的過電流保護器一般為斷路器和熔斷器，通常存在以下問題:在雷電流衝擊下，無法耐受大電流，易誤脫扣、易損壞，致使SPD防雷保護失效，損害後端裝置;雷電流衝擊電流殘壓高，使裝置防雷保護可靠性降低;SPD常年使用後漏電流增大劣化失效、配電線路發生異常過電壓時，斷路器不能快速分離，導致SPD起火。
一、SPD後備保護斷路器效能測試
1．1電湧耐受效能測試
在SPD的測試標準IEC61643-1:2011中，使用了兩種波形的衝擊電流，一種是10/350μs波形的衝擊電流，表徵的是雷電直擊產生的電湧電流;另一種是8/20μs波形的衝擊電流，表徵了雷電感應線上路上產生的電湧電流。標準對SPD提出了相應的耐受要求，由於後備保護斷路器和SPD串聯使用，因此也相應地必須滿足這些耐受要求。以下透過大量的試驗，研究了不同系列的斷路器對沖擊電流的耐受效能。
對於8/20μs電湧，表1給出了實驗所得從10A到100A斷路器的最大耐受電流值IMW，斷路器對8/20μs電湧的耐受水平的大體變化趨勢為隨著額定電流的提高而提高，但是並不是每一級斷路器都嚴格滿足。
由表2可見，普通斷路器對10/350μs波形的衝擊電流的耐受能力是十分有限的。對於最大額定電流125A的斷路器，它能耐受的10/350μs波形衝擊電流的峰值僅為4.11kA，對於32A額定電流的斷路器，能耐受的僅僅只有1.32kA，這對I級SPD來說實在太小了，因此對於32A以下的就沒有必要去尋找其耐受衝擊電流。
1．2工頻過電流保護效能測試
進行斷路器5s工頻耐受試驗(圖1)，在施加負載電流下模擬雷電衝擊。觀察工頻電流下，斷路器能否實現快速分斷，防止SPD起火，起到保護電路的作用。
在施加5s工頻標稱電流下，樣品斷路器均不能實現分斷。衝擊SPD使之發生損壞條件下，交流負載下損壞的SPD出現脫扣、冒煙、甚至開始著火燃燒。實驗結果如表3所示。
目前選用的斷路器和熔斷器後備保護裝置的額定電流一般都比較高，所以當SPD支路出現較低的短路電流時，將達不到斷路器或者熔斷器的瞬動值，短路電流將無法被及時切斷，這時SPD極易起火、爆炸。例如C曲線瞬動脫扣值為5～10倍的額定電流In，如選用C16做後備保護，當SPD出現80A以下工頻續流不會瞬動脫扣，在這個電流下SPD已經起火燃燒。
1．3普通斷路器失效原理分析
一方面，當大的雷電流經過時，由於斷路器無法承受而脫扣，SPD保護失效，雷電流不能徹底洩放，損害後端裝置。這是由於普通斷路器從進線端到出線端線路過長，並且還有感性元器件(電感線圈)串聯線上路中，如圖2所示。用來感應出磁場進行斷路器額定負荷動作時的動能，當雷電流透過時會因為震盪效應和長線效應造成感升電壓升高。雷電流作為高頻脈衝會產生很強的電動勢，造成斷路器無法順利透過雷電流，誤動作脫扣。
另一方面，斷路器要完成超過5A工頻電流保護動作，動作電流就必須小於5A，這與承受雷電衝擊電流不誤動作相矛盾。例如，要在雷電流I為15kA的作用下不動，需要選用額定電流為幾百安培的斷路器;要在工頻電流不大於5A時瞬時分斷，與“幾百安培”才不斷的需求相矛盾，無法匹配。SPD常年使用後漏電流增大劣化失效，但電流值未達到斷路器脫扣值，不能分離，導致SPD起火。電網暫態過電壓導致SPD瞬間擊穿短路失效，斷路器不能快速分離，導致SPD起火。
二、新型SPD專用斷路器設計原理及效能測試
對於用作SPD後備保護的過電流保護器的要求有兩點:當雷電流透過斷路器和SPD串聯迴路時，要求保護器不動作，使得電湧能夠被SPD進行洩放;當工頻電流透過，SPD短路失效的時候，要求保護器能夠切斷短路過電流。
2．1設計原理
新型SPD專用斷路器利用雷電流持續時間短暫這一特性，對雷電流進行選擇性透過，對在斷路器電路中持續時間超過脫扣時間的工頻電流實現阻斷，工作原理如圖3所示。雷電流衝擊時，利用磁飽和原理，當電流感測器的一次側雷電流達到設定閾值後，二次側電流將不再增大。此時電磁鐵是否動作，其能量(I2t)只取決於通流的時間，由於雷電流的瞬態過渡時間為微秒級，時長非常短，電磁鐵能量太小，不足以動作分斷，實現“不該斷時不能斷”的功能。
發生工頻短路時，由於其短路電流的暫態過渡時間為毫秒級，裝置利用了短路電流與雷擊電流故障過渡時間的千倍數量級差異特性，經過對電流感測器和電磁鐵的特殊設計，使其可以識別不同故障狀態過渡時長的電流，並析出工頻不大於5A的小電流，瞬時分斷，實現“應該斷時可靠斷”的功能。
2．2耐受衝擊電流的效能
對新型SPD專用斷路器進行8/20μs、10/350μs雷電流波形衝擊測試試驗，觀察衝擊後的現象，並測試了新型SPD專用斷路器的殘壓，結果如表4所示。試驗結論表明，當有雷擊發生時，串聯在防雷器前端的專用外接脫離器能保證雷電流經過時不脫扣、不損壞，保證防雷器件功能持續有效。
額定電流63A的斷路器耐電湧衝擊電流的水平對於8/20μs波形大約為32.7kA，對於10/350μs波形大約為2.06kA。而使用SPD通流容量越來越大，顯然用斷路器作為SPD的後備保護存在耐衝擊電流的配合問題。SPD專用外接脫離器不脫扣衝擊電流大於80kA(8/20μs)/25kA(10/350μs)，確保雷電流透過SPD快速洩放入地。且雷電衝擊殘壓低，在同等衝擊電流下，明顯低於普通斷路器。
2．3分斷工頻電流的效能
當電源出現異常暫態過電壓使SPD導通發生短路時，斷路器應具備分斷短路電流能力並能迅速斷開電路。當SPD發生劣化，致使啟動電壓降到低於電源電壓時，其工頻漏電流會迅速增大，當漏電流比較小時SPD熱脫扣機構能夠斷開電路，當工頻漏電流大於5A時，SPD易起火，斷路器必須在引起SPD起火前斷開電路，防止火災的發生。新型SPD專用斷路器分斷工頻電流效能測試結果見表5。
從過電流分斷資料看，普通斷路器的脫扣電流值約為額定電流的5～7倍，符合斷路器的脫扣曲線。說明普通斷路器的確不能及時分斷小的工頻電流。而新型SPD專用斷路器在任何工頻電流值下分離時間比SPD起火時間小，能夠確保SPD不起火，工頻續流脫扣值小於5A。從TOV試驗資料看，普通斷路器在透過1200V暫態過電壓時，雖能實現分斷電路，但不夠及時，導致SPD損壞或起火。而新型SPD專用斷路器能快速分斷電路，解決了工頻續流不脫扣、電源異常SPD起火的問題。