多级SPD浪涌保护器配合规则和原则！

2022-07-25 · 阅读203

1、概述

SPD浪涌保护器间的配合是为了满足能量要求的判椐，这取决于下一个SPD浪涌保护器的最大能量耐受。然而,该能量有时取决于波形及试验类别，如IEC 61643-1所述。一般仅用一种波形试验(例如II类试验波形为8/20)。因此最好且也很容易直接从制造厂得到Emax值(大多数情况下印刷在其技术文件中)。

为了满意地定义SPD浪涌保护器能量耐受,需要定义两个数值：

——Emaxs为对应短持续电流波形，例如，8/20( II类试验)；

——Emaxl 为对应长持续电流波形，例如，I类试验的波形。

在某些技术条件下Emaxs和Emaxl可能相等。

于是SPD浪涌保护器可由两个特征电流来表征，即短波(用于II类试验)电流Imax和长波电流(用于I类试验)Iimp,相应的能量耐受为Emaxs和EmaxL。因此，一个简单的SPD浪涌保护器可按照I类和I类试验进行试验。有必要用相应电涌波形的最大能量耐受Emax对SPD1和SPD2进行配合。这就意味着有必要处理两种情况：

——长波的配合;

——短波的配合。

通常，短波形配合比较容易完成。

注：对于开关型浪涌保护器，有必要考虑长波前时间。该项工作在IEC/TC81中待定。

2、分析研究用于两个基于ZnO压敏电阻的SPD浪涌保护器的配合简例

①简述

下面的考虑仅适用于进行I类和I类试验的一端口限压型浪涌保护器，其Ures(I)的曲线已知。该曲线用8/20波测量,并由制造厂在SPD浪涌保护器技术文件中给出。II 类试验和二端口浪涌保护器需特殊考虑(待定)。

下面的示例有助于理解配合的过程。首先,SPD1和SPD2是由ZnO压敏电阻组成，才可能进行分析研究。应注意，这种分析研究仅基于电流分配。为了确保满足能量判椐，或许要另外进行计算，这通常很困难。

如果两个ZnO压敏电阻片直径相同(因而有相同的标称放电电流In和相同的能量耐受；相同的Imax和Iimp)，但有不同的电压保护水平Up1和Up2(不同的厚度),则有下面的计算公式：

In1=In2
Imax1=Imax2
Iimp1= Iimp2

那么Ures(I)可能的曲线如图1所示。如果Up1>Up2，此时，曲线a对应于SPD1,曲线b对应于SPD2。

如果l大于数米(典型的在5m~10m)，通常用短波进行配合。

在长波情况下，去耦合效应降低，因此，SPD2应耐受总的侵入电涌，SPD2能耐受与相同设计的SPD1相同的电应力。

如果Up1<Up2，此时曲线a对应于SPD2，曲线b对应于SPD1，大部分电流将流过SPD1。这时，通过第二个SPD的电流小于侵人电流。

在上述两种情况下，两个SPD浪涌保护器具有相同的通流能力，能满足能量判据。

讨论第一种情况是为了解释原理，尽管很少能获得具有相同的能量耐受能力的两个SPD浪涌保护器。

——如果两个ZnO压敏电阻有不同的标称放电电流：

对应于此的实际应用情况是In1>In2和Emax1>Emax2。此外，SPD1和SPD2还具有Ures1(In1)>Ures2(In2)的特性。因此，Ures(I)曲线如图2所示，图中未表明阻抗，因为很难对它进行分析研究。

此时，图2可以看作为短波配合，大部分电流将流过第一个SPD浪涌保护器。但确定长波配合较为困难。要用一个长波波形且幅值比两条曲线交叉点(见图2)低的侵人电流值进行配合，很难完成。如Ures2曲线所示，
大部电流都通过SPD2，因为在这个电流水平下，Ures2的曲线比Ures1的低。为此有必要在两个SPD浪涌保护器之间加入一个电感(退耦器）。

因此，有必要在I从0.1*1n2~Imax1之间比较Ures(i)-I曲线，而不是比较由制造厂在技术文件中给出的Ures1(In1)和Ures2(In2)(分别与Upl和Up2对应)，以检查它们是否彼此相交。交点(如果有)的电流值Icr应尽可能低。

此时，能量判椐实现的概率很高，较低的Icr 成功的概率更大。如果有任何疑问，通过第二个SPD浪涌保护器的能量计算是必要的，应考虑SPD浪涌保护器之间的阻抗和长波。这种能量计算不易用分析方法来做。

如果因为信息不充分而无法得到这些曲线，或者由于需要简单而快速的结果，则有必要在同一水平比较曲线Ures1和Ures2。此时，较易且较佳的配合条件是Ures1(In1)<Ures2(In2)。

当然，保守的曲线(如图2所示)适合这种情况，但是这种ZnO压敏电阻或许有不必要的裕度。此外，该ZnO压敏电阻在耐受来自于网络暂时过电压时可能会有问题。

即使第二个SPD浪涌保护器电流较低，也不可能满足长波下的能量判椐，有必要计算通过第二个SPD浪涌保护器的能量。而且，检查被保护设备是否仍能被保护也是必要的(因为ZnO压敏电阻的非线性，SPD2中低电流也可能引起高电压)。

②结论

任何情况下，需要配合的两个ZnO压敏电阻，应按下列5个步骤进行：

a)确认在没有任何SPD浪涌保护器的情况下可能出现的过电压，应区分长波和短波；

b)选择合适SPD1以耐受这种过电压，如果从步骤a)得不到信息，用一个有足够裕度的浪涌保护器，并从厂方得到Imax和Iimp的值，然后把这些值与步骤a)中所给数据综合考虑；

c)然后根据保护特性的期望选择SPD2；

d) 比较曲线Ures(I)中I的值，从0.1*In2~Imax1的部分，决定交叉点Icr，如果Icr足够小，(典型为0.1*In2)。就不必计算第二个SPD浪涌保护器中的能量。无论浪涌保护器之间的距离如何，能量配合都可满足。如有任何疑问，考虑浪涌保护器之间的阻抗，计算通过第二个SPD浪涌保护器中的能量并检验能量配合判据，如果得不到这样的曲线，则用下列简化方法选择SPD2；

若SPD2有相同的标称放电电流:Ures1(In)<Ures2(In)；

若SPD2有较小的标称放电电流:Ures1(In2)<Ures2(In2)；

最好再计算SPD2中的能量，以验证能量判据且检查设备仍能得到保护。

e) 重复各步骤直到步骤c)给出一个满意的结果。

注1:小电流下的电压值(通常称参考电压)不适合配合。

注2:在任何情况下(有或无ZnO压敏电阻),考虑EMC(电磁兼容)要求流过SPD2的电流应尽可能小。

注3: Ures(I)是最大值曲线，有必要考虑由于制造公差带来的曲线变化范围。

注4:前面的研究可以被推广到两个以上的SPD浪涌保护器。

以上内容为压敏电阻型浪涌保护器的配合介绍，下篇会介绍间隙型和压敏型浪涌保护器之间的配合问题。