多級(jí)SPD浪涌保護(hù)器配合規(guī)則和原則！

2022-07-25 · 閱讀535

1、概述

SPD浪涌保護(hù)器間的配合是為了滿足能量要求的判椐，這取決于下一個(gè)SPD浪涌保護(hù)器的最大能量耐受。然而,該能量有時(shí)取決于波形及試驗(yàn)類(lèi)別，如IEC 61643-1所述。一般僅用一種波形試驗(yàn)(例如II類(lèi)試驗(yàn)波形為8/20)。因此最好且也很容易直接從制造廠得到Emax值(大多數(shù)情況下印刷在其技術(shù)文件中)。

為了滿意地定義SPD浪涌保護(hù)器能量耐受,需要定義兩個(gè)數(shù)值：

——Emaxs為對(duì)應(yīng)短持續(xù)電流波形，例如，8/20( II類(lèi)試驗(yàn))；

——Emaxl 為對(duì)應(yīng)長(zhǎng)持續(xù)電流波形，例如，I類(lèi)試驗(yàn)的波形。

在某些技術(shù)條件下Emaxs和Emaxl可能相等。

于是SPD浪涌保護(hù)器可由兩個(gè)特征電流來(lái)表征，即短波(用于II類(lèi)試驗(yàn))電流Imax和長(zhǎng)波電流(用于I類(lèi)試驗(yàn))Iimp,相應(yīng)的能量耐受為Emaxs和EmaxL。因此，一個(gè)簡(jiǎn)單的SPD浪涌保護(hù)器可按照I類(lèi)和I類(lèi)試驗(yàn)進(jìn)行試驗(yàn)。有必要用相應(yīng)電涌波形的最大能量耐受Emax對(duì)SPD1和SPD2進(jìn)行配合。這就意味著有必要處理兩種情況：

——長(zhǎng)波的配合;

——短波的配合。

通常，短波形配合比較容易完成。

注：對(duì)于開(kāi)關(guān)型浪涌保護(hù)器，有必要考慮長(zhǎng)波前時(shí)間。該項(xiàng)工作在IEC/TC81中待定。

2、分析研究用于兩個(gè)基于ZnO壓敏電阻的SPD浪涌保護(hù)器的配合簡(jiǎn)例

①簡(jiǎn)述

下面的考慮僅適用于進(jìn)行I類(lèi)和I類(lèi)試驗(yàn)的一端口限壓型浪涌保護(hù)器，其Ures(I)的曲線已知。該曲線用8/20波測(cè)量,并由制造廠在SPD浪涌保護(hù)器技術(shù)文件中給出。II 類(lèi)試驗(yàn)和二端口浪涌保護(hù)器需特殊考慮(待定)。

下面的示例有助于理解配合的過(guò)程。首先,SPD1和SPD2是由ZnO壓敏電阻組成，才可能進(jìn)行分析研究。應(yīng)注意，這種分析研究?jī)H基于電流分配。為了確保滿足能量判椐，或許要另外進(jìn)行計(jì)算，這通常很困難。

如果兩個(gè)ZnO壓敏電阻片直徑相同(因而有相同的標(biāo)稱(chēng)放電電流In和相同的能量耐受；相同的Imax和Iimp)，但有不同的電壓保護(hù)水平Up1和Up2(不同的厚度),則有下面的計(jì)算公式：

In1=In2
Imax1=Imax2
Iimp1= Iimp2

那么Ures(I)可能的曲線如圖1所示。如果Up1>Up2，此時(shí)，曲線a對(duì)應(yīng)于SPD1,曲線b對(duì)應(yīng)于SPD2。

如果l大于數(shù)米(典型的在5m~10m)，通常用短波進(jìn)行配合。

在長(zhǎng)波情況下，去耦合效應(yīng)降低，因此，SPD2應(yīng)耐受總的侵入電涌，SPD2能耐受與相同設(shè)計(jì)的SPD1相同的電應(yīng)力。

如果Up1<Up2，此時(shí)曲線a對(duì)應(yīng)于SPD2，曲線b對(duì)應(yīng)于SPD1，大部分電流將流過(guò)SPD1。這時(shí)，通過(guò)第二個(gè)SPD的電流小于侵人電流。

在上述兩種情況下，兩個(gè)SPD浪涌保護(hù)器具有相同的通流能力，能滿足能量判據(jù)。

討論第一種情況是為了解釋原理，盡管很少能獲得具有相同的能量耐受能力的兩個(gè)SPD浪涌保護(hù)器。

——如果兩個(gè)ZnO壓敏電阻有不同的標(biāo)稱(chēng)放電電流：

對(duì)應(yīng)于此的實(shí)際應(yīng)用情況是In1>In2和Emax1>Emax2。此外，SPD1和SPD2還具有Ures1(In1)>Ures2(In2)的特性。因此，Ures(I)曲線如圖2所示，圖中未表明阻抗，因?yàn)楹茈y對(duì)它進(jìn)行分析研究。

此時(shí)，圖2可以看作為短波配合，大部分電流將流過(guò)第一個(gè)SPD浪涌保護(hù)器。但確定長(zhǎng)波配合較為困難。要用一個(gè)長(zhǎng)波波形且幅值比兩條曲線交叉點(diǎn)(見(jiàn)圖2)低的侵人電流值進(jìn)行配合，很難完成。如Ures2曲線所示，
大部電流都通過(guò)SPD2，因?yàn)樵谶@個(gè)電流水平下，Ures2的曲線比Ures1的低。為此有必要在兩個(gè)SPD浪涌保護(hù)器之間加入一個(gè)電感(退耦器）。

因此，有必要在I從0.1*1n2~Imax1之間比較Ures(i)-I曲線，而不是比較由制造廠在技術(shù)文件中給出的Ures1(In1)和Ures2(In2)(分別與Upl和Up2對(duì)應(yīng))，以檢查它們是否彼此相交。交點(diǎn)(如果有)的電流值Icr應(yīng)盡可能低。

此時(shí)，能量判椐實(shí)現(xiàn)的概率很高，較低的Icr 成功的概率更大。如果有任何疑問(wèn)，通過(guò)第二個(gè)SPD浪涌保護(hù)器的能量計(jì)算是必要的，應(yīng)考慮SPD浪涌保護(hù)器之間的阻抗和長(zhǎng)波。這種能量計(jì)算不易用分析方法來(lái)做。

如果因?yàn)樾畔⒉怀浞侄鵁o(wú)法得到這些曲線，或者由于需要簡(jiǎn)單而快速的結(jié)果，則有必要在同一水平比較曲線Ures1和Ures2。此時(shí)，較易且較佳的配合條件是Ures1(In1)<Ures2(In2)。

當(dāng)然，保守的曲線(如圖2所示)適合這種情況，但是這種ZnO壓敏電阻或許有不必要的裕度。此外，該ZnO壓敏電阻在耐受來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)暫時(shí)過(guò)電壓時(shí)可能會(huì)有問(wèn)題。

即使第二個(gè)SPD浪涌保護(hù)器電流較低，也不可能滿足長(zhǎng)波下的能量判椐，有必要計(jì)算通過(guò)第二個(gè)SPD浪涌保護(hù)器的能量。而且，檢查被保護(hù)設(shè)備是否仍能被保護(hù)也是必要的(因?yàn)閆nO壓敏電阻的非線性，SPD2中低電流也可能引起高電壓)。

②結(jié)論

任何情況下，需要配合的兩個(gè)ZnO壓敏電阻，應(yīng)按下列5個(gè)步驟進(jìn)行：

a)確認(rèn)在沒(méi)有任何SPD浪涌保護(hù)器的情況下可能出現(xiàn)的過(guò)電壓，應(yīng)區(qū)分長(zhǎng)波和短波；

b)選擇合適SPD1以耐受這種過(guò)電壓，如果從步驟a)得不到信息，用一個(gè)有足夠裕度的浪涌保護(hù)器，并從廠方得到Imax和Iimp的值，然后把這些值與步驟a)中所給數(shù)據(jù)綜合考慮；

c)然后根據(jù)保護(hù)特性的期望選擇SPD2；

d) 比較曲線Ures(I)中I的值，從0.1*In2~Imax1的部分，決定交叉點(diǎn)Icr，如果Icr足夠小，(典型為0.1*In2)。就不必計(jì)算第二個(gè)SPD浪涌保護(hù)器中的能量。無(wú)論浪涌保護(hù)器之間的距離如何，能量配合都可滿足。如有任何疑問(wèn)，考慮浪涌保護(hù)器之間的阻抗，計(jì)算通過(guò)第二個(gè)SPD浪涌保護(hù)器中的能量并檢驗(yàn)?zāi)芰颗浜吓袚?jù)，如果得不到這樣的曲線，則用下列簡(jiǎn)化方法選擇SPD2；

若SPD2有相同的標(biāo)稱(chēng)放電電流:Ures1(In)<Ures2(In)；

若SPD2有較小的標(biāo)稱(chēng)放電電流:Ures1(In2)<Ures2(In2)；

最好再計(jì)算SPD2中的能量，以驗(yàn)證能量判據(jù)且檢查設(shè)備仍能得到保護(hù)。

e) 重復(fù)各步驟直到步驟c)給出一個(gè)滿意的結(jié)果。

注1:小電流下的電壓值(通常稱(chēng)參考電壓)不適合配合。

注2:在任何情況下(有或無(wú)ZnO壓敏電阻),考慮EMC(電磁兼容)要求流過(guò)SPD2的電流應(yīng)盡可能小。

注3: Ures(I)是最大值曲線，有必要考慮由于制造公差帶來(lái)的曲線變化范圍。

注4:前面的研究可以被推廣到兩個(gè)以上的SPD浪涌保護(hù)器。

以上內(nèi)容為壓敏電阻型浪涌保護(hù)器的配合介紹，下篇會(huì)介紹間隙型和壓敏型浪涌保護(hù)器之間的配合問(wèn)題。