根據(jù)所選擇的電涌保護(hù)器和預(yù)期的環(huán)境影響,保護(hù)系統(tǒng)的電源和設(shè)備所需的保護(hù)措施被分為三級(jí)。分別對(duì)應(yīng)國(guó)標(biāo)GB50057-94(2000 版) 的耐沖擊過電壓類別的Ⅳ類6KV、Ⅲ類4KV、Ⅰ類1.5KV 的I 級(jí)(B)、II 級(jí)(C)、III 級(jí)(D)電涌保護(hù)器(SPD)。
各級(jí)保護(hù)裝置在浪涌放電能力水平和保護(hù)級(jí)別上有所不同。在傳統(tǒng)的三級(jí)保護(hù)概念情況下,其結(jié)構(gòu)如下:
SPD的分級(jí)試驗(yàn):
模擬沖擊電流測(cè)試波形
IEC 標(biāo)準(zhǔn)1024 中10/350 波型被定義為雷擊電流波形,并且用于I 級(jí)(B)分級(jí)試驗(yàn)產(chǎn)品的測(cè)試波形。8/20 波型定義為開關(guān)電磁脈沖的波形,并用于II 級(jí)(C)分級(jí)試驗(yàn)產(chǎn)品的測(cè)試波形。在同等幅值時(shí)兩種沖擊電流的庫(kù)倫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 (雷電電磁脈沖的保護(hù)第三部分:對(duì)電涌保護(hù)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“如果對(duì)0 至Imax1(Ipeak1) 之間的每一個(gè)浪涌電流值,由SPD2 耗散的能量低于或等于SPD2的最大耐受能量(對(duì)去耦元件也是如此),則實(shí)現(xiàn)了能量的配合” 。這個(gè)最大耐受能量定義為SPD 所能耐受的不致引起性能惡化的最大能量??梢詮脑囼?yàn)結(jié)果獲得(對(duì)I 級(jí)測(cè)試用Iimp ;對(duì)II 級(jí)測(cè)試用Imax 在工作狀態(tài)試驗(yàn)中測(cè)出的能量)。并且在IEC-61643-11標(biāo)準(zhǔn)中的( 等同國(guó)際GB18802-1)“連接至低壓配電系統(tǒng)的電涌保護(hù)器;第1部分;性能要求和試驗(yàn)方法(及2001 年版修訂件1號(hào))”中的“電涌保護(hù)器的去耦”給出了“電壓開關(guān)型SPD 之間的配合及與電壓限制型SPD 的配合”指出去耦元件可采用分立設(shè)備,也可采用防雷區(qū)界面和設(shè)備之間的線纜的自然電阻和電感”并給出了計(jì)算公式及結(jié)論-開關(guān)型與限壓型之間線纜長(zhǎng)度應(yīng)為5-10 米,限壓型SPD 之間線纜長(zhǎng)度應(yīng)為3-5 米,如達(dá)不到時(shí),可串接足夠電感量的去耦元件。能量配合的目的是SPD 采用的非線性器件各有特點(diǎn),為了保證響應(yīng)速度快但是特征能量小的器件在工作時(shí)通過的能量不超過自身最大承受能量并及時(shí)響應(yīng)把余下的更大的能量交換到反應(yīng)慢但可以承受更大能量的器件上。
在IEC61312-3 (雷電電磁脈沖的保護(hù)第三部分:對(duì)電涌保護(hù)器的要求)之7 能量配合7.3 保護(hù)系統(tǒng)的基本配合方案的方案3中指出,“一個(gè)具有不連續(xù)伏安特性的元件(開關(guān)型SPD,例如放電間隙)后續(xù)的SPD為具有連續(xù)伏安特性的元件(限壓型SPD)的特點(diǎn)是第一個(gè)SPD 的開關(guān)作用,使原來的電流脈沖(10/350 μs)的半值時(shí)間減小,從而大大減小了后續(xù)SPD 的載荷量”。所以能量配合還可以大大提高限壓型SPD 的壽命。
AEC 主動(dòng)能量控制技術(shù)
主動(dòng)能量控制的核心是一個(gè)屬于B+C 類的SPD。該SPD 是在一個(gè)用特殊合金材料制成的環(huán)形間隙的電極間加裝了一個(gè)主動(dòng)能量控制器,是對(duì)以前的電壓開關(guān)型SPD 進(jìn)行了改進(jìn),以使其Up 不大于2.5 kV。它是綜合了放電間隙和氧化鋅壓敏電阻的優(yōu)點(diǎn),將這二者組合在一起,而且不用退耦元件的一種新產(chǎn)品。
AEC 與傳統(tǒng)的能量分配原理-去耦器分配能量的一個(gè)重要區(qū)別是:傳統(tǒng)的自感解耦技術(shù)受制于電流的陡度,對(duì)于陡度越大的波形(上升速率越大,例如:8/20 波形)越容易實(shí)現(xiàn)能量的配合,而對(duì)于陡度小、上升緩慢的波形(例如:10/350 波形),有可能發(fā)生“盲點(diǎn)”, 出現(xiàn)能量無法交換配合。而AEC 的能量交換點(diǎn)由MOV 的殘壓決定,所以只要控制好MOV的最大能量與交換電平的關(guān)系就可以很好的控制住能量的分配-一個(gè)主動(dòng)的控制。也就是說,對(duì)于傳統(tǒng)的能量配合,由于交換點(diǎn)取決于電涌電流的陡度(波形) ,而AEC 不管是什么波形的電涌:10/350、8/20,甚至是直流波形,只要是MOV 的伏安特性曲線上的電壓與交換電平相一致就可以主動(dòng)控制能量的分配。
由于是一個(gè)B+C 類的SPD,所以它既具有C 類SPD 的響應(yīng)速度和低保護(hù)電平,同時(shí)又具有B 類保護(hù)器兆焦耳級(jí)(MJ)的能量級(jí)別。
通過使用根據(jù)AEC 原理設(shè)計(jì)的自點(diǎn)火雷擊電涌保護(hù)器,實(shí)現(xiàn)不同類型的電涌保護(hù)器直接并聯(lián)。在一、二級(jí)保護(hù)器之間不能保證至少10 米的導(dǎo)線距離時(shí),這是特別有利的。
過程控制領(lǐng)域中的接口對(duì)浪涌電壓要比電源系統(tǒng)敏感得多。因此須使用帶組合保護(hù)電路的電涌保護(hù)器作為對(duì)其的保護(hù)。保護(hù)器應(yīng)安裝在信號(hào)輸入的前端。以避免電涌電壓沿著保護(hù)器和接口之間的導(dǎo)線路徑耦合所帶來的危險(xiǎn)。