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电涌保护器选型原则

  根据所选择的电涌保护器和预期的环境影响,保护系统的电源和设备所需的保护措施被分为三级。分别对应国标GB50057-94(2000 版) 的耐冲击过电压类别的Ⅳ类6KV、Ⅲ类4KV、Ⅰ类1.5KV 的I 级(B)、II 级(C)、III 级(D)电涌保护器(SPD)。

  各级保护装置在浪涌放电能力水平和保护级别上有所不同。在传统的三级保护概念情况下,其结构如下:

  SPD的分级试验:

模拟冲击电流测试波形

  IEC 标准1024 中10/350 波型被定义为雷击电流波形,并且用于I 级(B)分级试验产品的测试波形。8/20 波型定义为开关电磁脉冲的波形,并用于II 级(C)分级试验产品的测试波形。在同等幅值时两种冲击电流的库伦量的比及焦耳量之比:
Q (10/350) ≈ 20XQ (8/20) ; E (10/350) ≈ 200XE (8/20)。

能量配合

  在IEC 61312-3 (雷电电磁脉冲的保护第三部分:对电涌保护器的要求2000 版)之7 能量配合7.1 能量配合的一般目的中指出“如果对0 至Imax1(Ipeak1) 之间的每一个浪涌电流值,由SPD2 耗散的能量低于或等于SPD2的最大耐受能量(对去耦元件也是如此),则实现了能量的配合” 。这个最大耐受能量定义为SPD 所能耐受的不致引起性能恶化的最大能量。可以从试验结果获得(对I 级测试用Iimp ;对II 级测试用Imax 在工作状态试验中测出的能量)。并且在IEC-61643-11标准中的( 等同国际GB18802-1)“连接至低压配电系统的电涌保护器;第1部分;性能要求和试验方法(及2001 年版修订件1号)”中的“电涌保护器的去耦”给出了“电压开关型SPD 之间的配合及与电压限制型SPD 的配合”指出去耦元件可采用分立设备,也可采用防雷区界面和设备之间的线缆的自然电阻和电感”并给出了计算公式及结论-开关型与限压型之间线缆长度应为5-10 米,限压型SPD 之间线缆长度应为3-5 米,如达不到时,可串接足够电感量的去耦元件。能量配合的目的是SPD 采用的非线性器件各有特点,为了保证响应速度快但是特征能量小的器件在工作时通过的能量不超过自身最大承受能量并及时响应把余下的更大的能量交换到反应慢但可以承受更大能量的器件上。

  在IEC61312-3 (雷电电磁脉冲的保护第三部分:对电涌保护器的要求)之7 能量配合7.3 保护系统的基本配合方案的方案3中指出,“一个具有不连续伏安特性的元件(开关型SPD,例如放电间隙)后续的SPD为具有连续伏安特性的元件(限压型SPD)的特点是第一个SPD 的开关作用,使原来的电流脉冲(10/350 μs)的半值时间减小,从而大大减小了后续SPD 的载荷量”。所以能量配合还可以大大提高限压型SPD 的寿命。

AEC 主动能量控制技术

  主动能量控制的核心是一个属于B+C 类的SPD。该SPD 是在一个用特殊合金材料制成的环形间隙的电极间加装了一个主动能量控制器,是对以前的电压开关型SPD 进行了改进,以使其Up 不大于2.5 kV。它是综合了放电间隙和氧化锌压敏电阻的优点,将这二者组合在一起,而且不用退耦元件的一种新产品。

  AEC 与传统的能量分配原理-去耦器分配能量的一个重要区别是:传统的自感解耦技术受制于电流的陡度,对于陡度越大的波形(上升速率越大,例如:8/20 波形)越容易实现能量的配合,而对于陡度小、上升缓慢的波形(例如:10/350 波形),有可能发生“盲点”, 出现能量无法交换配合。而AEC 的能量交换点由MOV 的残压决定,所以只要控制好MOV的最大能量与交换电平的关系就可以很好的控制住能量的分配-一个主动的控制。也就是说,对于传统的能量配合,由于交换点取决于电涌电流的陡度(波形) ,而AEC 不管是什么波形的电涌:10/350、8/20,甚至是直流波形,只要是MOV 的伏安特性曲线上的电压与交换电平相一致就可以主动控制能量的分配。

  由于是一个B+C 类的SPD,所以它既具有C 类SPD 的响应速度和低保护电平,同时又具有B 类保护器兆焦耳级(MJ)的能量级别。

  通过使用根据AEC 原理设计的自点火雷击电涌保护器,实现不同类型的电涌保护器直接并联。在一、二级保护器之间不能保证至少10 米的导线距离时,这是特别有利的。

  过程控制领域中的接口对浪涌电压要比电源系统敏感得多。因此须使用带组合保护电路的电涌保护器作为对其的保护。保护器应安装在信号输入的前端。以避免电涌电压沿着保护器和接口之间的导线路径耦合所带来的危险。

本文章由 正泰电器 于2010年06月23日发布在行业资讯分类下,
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