前言:在電路保護解決方案中,雷擊浪涌防護是電子工程師尤為關(guān)注的一個(gè)防護重點(diǎn),浪涌也叫突波,顧名思義就是超出正常工作電壓的瞬間過(guò)電壓,浪涌保護器,也叫防雷器,是一種為各種電子設備、儀器儀表、通訊線(xiàn)路提供安全防護的電子裝置。當電氣回路或者通信線(xiàn)路中因為外界的干擾突然產(chǎn)生尖峰電流或者電壓時(shí),浪涌保護器能在極短的時(shí)間內導通分流,從而避免浪涌對回路中其他設備的損害,本質(zhì)上講,浪涌是發(fā)生在僅僅幾百萬(wàn)分之一秒時(shí)間內的一種劇烈脈沖。 最原始的浪涌防雷保護器羊角形間隙,出現于19世紀末期,用于架空輸電線(xiàn)路,防止雷擊損壞設備絕緣而造成停電,故稱(chēng)“浪涌保護器”,20世紀20年代,出現了鋁浪涌保護器,氧化膜浪涌保護器和丸式浪涌保護器,30年代出現了管式浪涌保護器,50年代出現了碳化硅防雷器,70年代又出現了金屬氧化物浪涌保護器,現代高壓浪涌保護器,不僅用于限制電力系統中因雷電引起的過(guò)電壓,也用于限制因系統操作產(chǎn)生的過(guò)電壓。
1、浪涌防雷保護器按工作原理分:
浪涌保護器中的元件(壓敏電阻MOV,硅雪崩二極管SAD、空氣導管、大放電電容)是采用損耗自身的方式對沖擊電流進(jìn)行消解(發(fā)熱,融化),從而使導入地下的沖擊電流在安全范圍之內,不會(huì )形成二次反擊。抑制元件的自身壽命會(huì )因為反復承受電流沖擊而縮短,SineTamer采用了40模塊和熱、電熔斷雙保險、熱分擔算法等,確保了SineTamer的使用壽命。SineTamer約消解90%的過(guò)電壓和過(guò)電流,剩余的10%則導入地下。
SPD并聯(lián)于線(xiàn)路(L/N)與大地之間,在正常工作電壓情況下,MOV處于高阻狀態(tài),相當于線(xiàn)路對地開(kāi)路,不影響線(xiàn)路正常工作,故障顯示窗口呈綠色,當線(xiàn)路由于雷電或開(kāi)關(guān)操作出現瞬時(shí)脈沖過(guò)電壓時(shí),防雷模塊在納秒級時(shí)間內迅速導通,將過(guò)電壓短路到大地泄放,當該脈沖過(guò)電壓消失后,防雷模塊又自動(dòng)恢復高阻狀態(tài),不影響用戶(hù)供電。
當防雷模塊長(cháng)期工作在超負荷工作狀態(tài),其性能劣化而發(fā)熱到一定溫度,模塊中的熱感斷路器(K1)會(huì )自動(dòng)斷開(kāi)避雷模塊回路,保護電源電路工作不受影響,防止火災發(fā)生,當線(xiàn)路感應過(guò)大雷電流時(shí),過(guò)流斷路器(K2)迅速斷開(kāi),防止SPD爆炸。K1或K2動(dòng)作后,SPD內脫扣裝置動(dòng)作,使故障顯示窗口顯示紅色,提醒用戶(hù)更換SPD模塊,同時(shí),脫扣裝置帶動(dòng)遙信告警開(kāi)關(guān)(SK)動(dòng)作,輸出故障告警信號。
?。?)開(kāi)關(guān)型:其工作原理是當沒(méi)有瞬時(shí)過(guò)電壓時(shí)呈現為高阻抗,但一旦響應雷電瞬時(shí)過(guò)電壓時(shí),其阻抗就突變?yōu)榈椭?,允許雷電流通過(guò)。用作此類(lèi)裝置時(shí)器件有:放電間隙、氣體放電管、閘流晶體管等。
?。?)限壓型:其工作原理是當沒(méi)有瞬時(shí)過(guò)電壓時(shí)為高阻擾,但隨電涌電流和電壓的增加其阻抗會(huì )不斷減小,其電流電壓特性為強烈非線(xiàn)性。用作此類(lèi)裝置的器件有:氧化鋅、壓敏電阻、抑制二極管、雪崩二極管等。
?。?)分流型或扼流型
分流型:與被保護的設備并聯(lián),對雷電脈沖呈現為低阻抗,而對正常工作頻率呈現為高阻抗。
扼流型:與被保護的設備串聯(lián),對雷電脈沖呈現為高阻抗,而對正常的工作頻率呈現為低阻抗。
?。?)用作此類(lèi)裝置的器件有:扼流線(xiàn)圈、高通濾波器、低通濾波器、1/4波長(cháng)短路器等。
2、按用途分:
?。?)電源保護器:交流電源保護器、直流電源保護器、開(kāi)關(guān)電源保護器等。
?。?)信號保護器:低頻信號保護器、高頻信號保護器、天饋保護器等。
3、根據所選擇的浪涌保護器和預期的環(huán)境影響,保護系統的電源和設備所需的保護措施被分為三級。
B類(lèi)浪涌保護器:標稱(chēng)放電電流In,沖擊電壓1.2/50μs沖擊電壓和最大沖擊電流Iimp的試驗,Iimp的波形為10/350μsUp最大4kv(IEC61643-1;IEC60664-1)。
C類(lèi)浪涌保護器:標稱(chēng)放電電流In,沖擊電壓1.2/50μs沖擊電壓和最大沖擊電流Iimp的試驗,Iimp的波形為8/25ms。
D類(lèi)浪涌保護器:進(jìn)行混合波合(開(kāi)路電壓1.2/50μs沖擊電壓,鄧路電流8/25μs)試驗。
4、浪涌保護器的好與否直接關(guān)系到設備的全安問(wèn)題,因此在選取浪涌保護器以幾點(diǎn)可參考:
箝位電壓——這表示將導致MOV接通地線(xiàn)的電壓值。箝位電壓越低,表示保護性能越好。此UL標稱(chēng)值有三個(gè)保護水平——330伏、400伏和500伏。通常,箝位電壓超過(guò)400伏就太高了。
能量吸收/耗散能力——此標稱(chēng)值表示浪涌保護器在燒毀前能夠吸收多少能量,單位為焦耳。其數值越高,保護性能就越好。您購買(mǎi)的保護器的這一標稱(chēng)值至少要在200至400焦耳之間。若要獲得更好的保護性能,應該尋找此標稱(chēng)值在600焦耳以上的產(chǎn)品。
響應時(shí)間——浪涌保護器不會(huì )立刻斷開(kāi);它們對電涌做出響應會(huì )有略微的延遲,響應時(shí)間越長(cháng),表示計算機(或其他設備)將遭受浪涌的持續時(shí)間越長(cháng)。請購買(mǎi)響應時(shí)間低于一毫微秒的浪涌保護器,此外,您還應該購買(mǎi)具有指示燈的保護器,以便判斷保護元件是否在起作用。在遭受多次電涌之后,所有MOV都將會(huì )燒毀,但是保護器仍然會(huì )作為一個(gè)電源板而工作。沒(méi)有電源指示燈,就無(wú)法得知保護器是否仍然在正常工作。
5、可能引起浪涌的原因有:重型設備、短路、電源切換或大型發(fā)動(dòng)機,而含有浪涌阻絕裝置的產(chǎn)品可以有效地吸收突發(fā)的巨大能量,以保護連接設備免于受損。
6、開(kāi)關(guān)型浪涌保護器和限壓型浪涌保護器的區別?
答:開(kāi)關(guān)型浪涌保護器為間隙放電型器件,其雷電能量瀉放能力大,在線(xiàn)路上使用的主要作用是泄放雷電能量;限壓型浪涌保護器為氧化鋅壓敏電阻器件,其雷電能量瀉放能力小,但其過(guò)電壓抑制能力好,在線(xiàn)路上使用的主要作是限制過(guò)電壓。因為此,一般在建筑物入口處選用如Asafe系列的開(kāi)關(guān)型浪涌保護來(lái)泄放雷電能量,然后,在后級電路使用如AM系列的限壓型浪涌保護器來(lái)限制因前級雷電能量瀉放后,在后級線(xiàn)路產(chǎn)生的高過(guò)電壓。兩種浪涌保護器需配合使用,方能保證配電線(xiàn)路中設備的安全。
7、與浪涌保護器相配合的微型斷路器如何選型?
答:Asafe開(kāi)關(guān)型模塊由于其損壞方式為開(kāi)路,因此可以不用裝微型斷路器;第一級模塊,如AMI-40,需要選用63A的分斷電流能力為10KA的D型微型斷路器;第二級模塊,如AM2-20,需要選用32A的分斷電流能力為6.5KA的C、D型微型斷路器,由于其工作曲線(xiàn)IN值的不同,因此推薦使用D型;第三級模塊,如AM3-10,需要選用16A的分斷電流能力為4.5KA的C、D型微型斷路器,由其工作曲線(xiàn)IN值的不同,因此推薦使用D型。