面對市場上形形色色的SPD品牌,相差無幾的電涌保護器參數(shù),文章分享解了電涌保護器SPD原理、技術參數(shù)和選型方法,該如何去篩選高品質SPD的方法。
儀表工在選擇電涌保護器SPD時,應關注最大持續(xù)工作電壓Uc、放電能力(In、Imax、Iimp等)和電壓保護水平Up這幾個核心的參數(shù)。篩選高品質的電涌保護器SPD需要從這幾個參數(shù)開始。
對于大多數(shù)電涌保護器SPD而言,Uc、Up主要取決于其選擇的元器件,而放電能力,則不僅僅取決于其選擇的元器件,SPD的每一個部分,都需要能承受放電電流。瞬間的大電流的破壞作用不容小覷,在大的電流沖擊下,電涌保護器SPD內部的連接點、焊接點、電阻、TVS等都可能會爆裂。所以對SPD而言,放電能力是其核心性能。
當然,選擇合理的元器件,也是電涌保護器研發(fā)工作中重要的一環(huán),不過電涌保護器SPD常用的核心元器件GDT、MOV、TVS技術都比較成熟,因此在選擇上一般也沒什么困難,選擇有市場知名度的廠家的元器件就好。不少SPD從業(yè)人員、SPD用戶認為:電涌保護器SPD沒什么技術含量,只需選好元器件就可以了,這也是導致市場上電涌保護器SPD品牌眾多、質量良莠不齊的原因之一。
曾經有電涌保護器廠家送樣到防雷測試機構做測試后,樣品四分五裂。而一些進口的SPD品牌,在GDT、MOV、TVS之外的金屬放電間隙技術上具有壟斷地位,其產品從技術參數(shù)上看,有明顯優(yōu)勢,但價格不菲。國產電涌保護器SPD品牌,可以說依舊是任重道遠,也希望國產品牌能踏踏實實研究,攻克技術難關,而不要去炒作各種概念。
除放電能力之外,還應重點關注電涌保護器SPD產品自身的安全性能。現(xiàn)以II類實驗(8/20us)的電源SPD為例,談一談SPD的安全要求。
1、開關型電源SPD需要具備續(xù)流遮斷能力
前面在介紹GDT工頻續(xù)流問題時,提到了開關型SPD和限壓型SPD的概念。開關型SPD由于工頻續(xù)流的存在,一般只用于N-PE之間(正常情況下,N-PE之間沒有電壓差)。如果開關型SPD要應用在線與零(地)之間,必須具備續(xù)流遮斷能力。而為了防止SPD無法遮斷續(xù)流,還需配置后備保護裝置。
2、限壓型SPD需要具備熱保護脫離功能
由于開關型SPD續(xù)流遮斷問題,電源SPD大多采用限壓型,其常用的元件為壓敏電阻。壓敏電阻,顧名思義,就是其電阻的大小對電壓極為敏感。當電力線電壓低于Uc時,其為高阻狀態(tài),近似開路。當電涌產生時,電壓遠高于Uc,其呈現(xiàn)低阻狀態(tài),近似短路。當電涌消失后,其立刻恢復到高阻狀態(tài),不會有續(xù)流產生。
限壓型SPD雖無續(xù)流問題,但是由于多種原因,會產生失效,失效狀態(tài)通常有2種:
①短路狀態(tài);
②可變電阻狀態(tài)(劣化);
電涌保護器SPD的開路狀態(tài)被認為是一種安全的狀態(tài),當電涌保護器發(fā)生以上兩種故障狀態(tài)時,我們需要通過SPD內部和(或)外部脫離機構使SPD進入開路狀態(tài),將SPD從回路上切除,避免產生SPD起火、主回路斷電等事故。
壓敏電阻型SPD,長期被施加電力線電壓,由于電網(暫態(tài))過電壓以及電涌沖擊,其性能會逐步下降,Uc值會慢慢減小,漏電流逐步增大。當流過SPD的電流達到mA級別時,就可以讓電涌保護器發(fā)熱、起火。而mA級電流不足以觸發(fā)SPD后備保護動作,所以針對這種故障,一般通過SPD內部的熱保護脫扣裝置動作來使SPD斷開,這就是為什么限壓型電源SPD都要求設置內部脫離器的原因了。
3、電涌保護器SPD應具有足夠大的短路耐受能力
壓敏電阻型SPD也可能直接進入短路狀態(tài),常見的原因有:
①電網暫態(tài)過電壓(TOV)。高壓TOV可能直接將壓敏電阻擊穿,使電涌保護器短路;
②電涌保護器SPD受到超過其承受能力的電涌沖擊,被擊穿短路;
當SPD進入短路狀態(tài)時,流過SPD的電流很大,可能達到數(shù)百甚至數(shù)千安培,大電流使得SPD快速發(fā)熱,這種情況下,電涌保護器內部脫離器無法保證可靠脫離,電涌保護器就已經起火了。為了避免電涌保護器短路故障引起事故,需要給SPD配置后備保護裝置。
所以,不論是開關型電涌保護器的續(xù)流問題,還是限壓型SPD的短路故障問題,都需要我們在使用電涌保護器時,配置后備保護。
但即使配備了后備保護裝置,也可能出現(xiàn)以下問題:
①電涌保護器在后備保護裝置斷開前就已經引發(fā)火災事故;
②電涌保護器在短路電流下,內部某處斷開,但是脫離器卻沒有動作(指示)。也就是說電涌保護器已經損壞,但是顯示功能正常,這樣會導致系統(tǒng)處在無電涌保護器保護狀態(tài),下一次雷擊時,可能引起設備損壞。
因此,要求電涌保護器需要有足夠大的短路耐受能力。電涌保護器的短路耐受能力最好不低于電源系統(tǒng)的預期短路電流,以避免上述2種問題出現(xiàn)。(所謂預期短路電流,也就是說電源系統(tǒng)在出現(xiàn)短路故障后,理論上可以輸出的電流大小。因為電源自身存在內阻,其短路電流并不是∞,不同的電源系統(tǒng)其內阻大小不同,其預期短路電流大小也不同)
一些電涌保護器品牌,其短路耐受參數(shù)聲稱可以達到數(shù)十kA。用戶在使用時,可以了解一下其是SPD自身脫離器(內部脫離器)實現(xiàn)的還是由外部脫離器實現(xiàn)的,因為標準規(guī)定在進行短路耐受測試時,允許電涌保護器和外部脫離器一起測試。如果是由外部脫離器實現(xiàn)的,需要注意其對外部脫離器的要求,不能隨便選擇。
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