多級SPD浪涌保護器配合規則和原則！

2022-07-25 · 閱讀409

1、概述

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

為了滿意地定義SPD浪涌保護器能量耐受,需要定義兩個數值：

——Emaxs為對應短持續電流波形，例如，8/20( II類試驗)；

——Emaxl 為對應長持續電流波形，例如，I類試驗的波形。

在某些技術條件下Emaxs和Emaxl可能相等。

于是SPD浪涌保護器可由兩個特征電流來表征，即短波(用于II類試驗)電流Imax和長波電流(用于I類試驗)Iimp,相應的能量耐受為Emaxs和EmaxL。因此，一個簡單的SPD浪涌保護器可按照I類和I類試驗進行試驗。有必要用相應電涌波形的最大能量耐受Emax對SPD1和SPD2進行配合。這就意味著有必要處理兩種情況：

——長波的配合;

——短波的配合。

通常，短波形配合比較容易完成。

注：對于開關型浪涌保護器，有必要考慮長波前時間。該項工作在IEC/TC81中待定。

2、分析研究用于兩個基于ZnO壓敏電阻的SPD浪涌保護器的配合簡例

①簡述

下面的考慮僅適用于進行I類和I類試驗的一端口限壓型浪涌保護器，其Ures(I)的曲線已知。該曲線用8/20波測量,并由制造廠在SPD浪涌保護器技術文件中給出。II 類試驗和二端口浪涌保護器需特殊考慮(待定)。

下面的示例有助于理解配合的過程。首先,SPD1和SPD2是由ZnO壓敏電阻組成，才可能進行分析研究。應注意，這種分析研究僅基于電流分配。為了確保滿足能量判椐，或許要另外進行計算，這通常很困難。

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

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，曲線a對應于SPD1,曲線b對應于SPD2。

如果l大于數米(典型的在5m~10m)，通常用短波進行配合。

在長波情況下，去耦合效應降低，因此，SPD2應耐受總的侵入電涌，SPD2能耐受與相同設計的SPD1相同的電應力。

如果Up1<Up2，此時曲線a對應于SPD2，曲線b對應于SPD1，大部分電流將流過SPD1。這時，通過第二個SPD的電流小于侵人電流。

在上述兩種情況下，兩個SPD浪涌保護器具有相同的通流能力，能滿足能量判據。

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SPD浪涌保護器。

——如果兩個ZnO壓敏電阻有不同的標稱放電電流：

對應于此的實際應用情況是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，因為很難對它進行分析研究。

此時，圖2可以看作為短波配合，大部分電流將流過第一個SPD浪涌保護器。但確定長波配合較為困難。要用一個長波波形且幅值比兩條曲線交叉點(見圖2)低的侵人電流值進行配合，很難完成。如Ures2曲線所示，
大部電流都通過SPD2，因為在這個電流水平下，Ures2的曲線比Ures1的低。為此有必要在兩個SPD浪涌保護器之間加入一個電感(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文件中給出的Ures1(In1)和Ures2(In2)(分別與Upl和Up2對應)，以檢查它們是否彼此相交。交點(如果有)的電流值Icr應盡可能低。

此時，能量判椐實現的概率很高，較低的Icr 成功的概率更大。如果有任何疑問，通過第二個SPD浪涌保護器的能量計算是必要的，應考慮SPD浪涌保護器之間的阻抗和長波。這種能量計算不易用分析方法來做。

如果因為信息不充分而無法得到這些曲線，或者由于需要簡單而快速的結果，則有必要在同一水平比較曲線Ures1和Ures2。此時，較易且較佳的配合條件是Ures1(In1)<Ures2(In2)。

當然，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壓敏電阻在耐受來自于網絡暫時過電壓時可能會有問題。

即使第二個SPD浪涌保護器電流較低，也不可能滿足長波下的能量判椐，有必要計算通過第二個SPD浪涌保護器的能量。而且，檢查被保護設備是否仍能被保護也是必要的(因為ZnO壓敏電阻的非線性，SPD2中低電流也可能引起高電壓)。

②結論

任何情況下，需要配合的兩個ZnO壓敏電阻，應按下列5個步驟進行：

a)確認在沒有任何SPD浪涌保護器的情況下可能出現的過電壓，應區分長波和短波；

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

c)然后根據保護特性的期望選擇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Icr，如果Icr足夠小，(典型為0.1*In2)。就不必計算第二個SPD浪涌保護器中的能量。無論浪涌保護器之間的距離如何，能量配合都可滿足。如有任何疑問，考慮浪涌保護器之間的阻抗，計算通過第二個SPD浪涌保護器中的能量并檢驗能量配合判據，如果得不到這樣的曲線，則用下列簡化方法選擇SPD2；

若SPD2有相同的標稱放電電流:Ures1(In)<Ures2(In)；

若SPD2有較小的標稱放電電流:Ures1(In2)<Ures2(In2)；

最好再計算SPD2中的能量，以驗證能量判據且檢查設備仍能得到保護。

e) 重復各步驟直到步驟c)給出一個滿意的結果。

注1:小電流下的電壓值(通常稱參考電壓)不適合配合。

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

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

注4:前面的研究可以被推廣到兩個以上的SPD浪涌保護器。

以上內容為壓敏電阻型浪涌保護器的配合介紹，下篇會介紹間隙型和壓敏型浪涌保護器之間的配合問題。