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空气开关间隙型和压敏电阻型浪涌保护器之间的配合介绍！
之前，我们讲过了2种压敏型浪涌保护器之间的配合规则和原则，可以查看：https://www.zvspd.com/knowledge/0725481.html。
因为现在一级浪涌保护器多为开关间隙型，二级多为压敏型。
今天，再给大家介绍一下空气间隙型和压敏电阻型浪涌保护器之间的配合原则！
1、概述
目前配电系统最常见的配置是一级浪涌保护器用开关间隙型，二级浪涌用压敏限压型，见图F.3。当在SPD2过载之前，就发生火花放电,这样的情况下就完成配合了。
在火花放电前,有U1=Ures2(i)+L*di/dt ，通常，当Ures2(i)的值未知，公式给出一个保守的结论：U1=Uref2(i)+L*di/dt。
Uref2是ZnO压敏电阻2的参考电压,参考电压是电阻片的特性参数,它非常接近U-I特性曲线的拐点电压。
只要U1超过间隙动态放电电压(Udyn )时,配合便完成了,并且只有很小一部分电流流经第二个SPD浪涌保护器。这取决于ZnO压敏电阻浪涌保护器(SPD2)的特性、间隙开关型浪涌保护器(SPD1)的动态放电电压、侵人电涌的上升率和幅值、i及浪涌保护器之间的距离d (电感L、阻抗Z的阻性分量R可忽略)。
如一个现代蜂窝式通讯基站，由于内部物理空间的限制，其后方浪涌保护器的MOV可将瞬态电压降到远低于前方SPD浪涌保护器的间隙的触发电压，这将阻止间隙动作，并允许所有故障能量到达浪涌保护器的MOV。在较大的空间里，浪涌保护器之间的电缆距离要长一些,这样可提供足够大的电感而使间隙放电。
总是存在这样的可能性：侵人的瞬态电涌可通过并联回路进行疏散，使得电压降低到不足以使间隙放电的程度。这时，下游的SPD应具有足够的额定通流能力，独自吸收所有能量。
当有很高的能量时，间隙不动作将使过高的能量到达下游的的浪涌保护器，并将使之破坏。级间配合可通过两者之间足够的串联去耦电感来保证在超过下游SPD浪涌保护器所承受能量范围之上的所有过电压能量下间隙能够动作来实现。
要求确保配合的电感值可经过简单计算得到。首先，要知道间隙的参数，火花间隙典型的放电电压低于4kV,时间在200ns以内。
其次，下游的浪涌保护器参数应知道，一个交流275V的典型部件，大约430V开始限制电压，在8/20的II类试验时，In为5kA。
然而应该知道，间隙是按I类试验，采用10/350波或等效长尾波。下游浪涌保护器的峰值电流必须降格至能承受这类脉冲带来的额外能量。降格因数假设为4：1，因此，峰值电流额定值将从5kA降至
1.25kA，10μs上升时间将产生125A/μs的di/dt。
确保间隙的可靠动作的电感值可以用如下公式计算:
U=L*di/dt+I*R
式中:
U——火 花间隙放电电压;
di/dt——脉冲的上升率;
I*R——下游SPD的电压降(注意R是非线性值)。
由上式可得出L=U-I*R/(di/dt)
假定间隙在200ns内放电,通过后方的SPD的电流为:
I =0.2/10*1250 A=25 A
电压I*R在600V时:
L=4000-600/125*10-6
或
L=27.2 μH
通过这个示例,可以获得设计这种配合的一般条件。
3、结论
若选择带间隙的浪涌保护器SPD1,则SPD2必须满足以下要求。
——与I类试验波形有关的侵人电涌:
Udyn<Uref2+L* Ipeak2/10。
——与II类试验波有关的侵人电涌:
Uydn<Uref2+L*Ipeak2/8
这些规则给出一个的结果偏于保守。当必须采用一个较小值的L时,需用计算机模拟来检查配合是否实现。
注:其他情况可给出更严格的结果。尤其是用正待考虑的长波,1EC/TC 81目前正在研究更长的波前时间:100 μs。
4、分析研究：两个 SPD的常规配合
通过对两个ZnO压敏电阻浪涌保护器或间隙和ZnO压敏电阻的研究，证明了配合问题的复杂性。考虑到u-i曲线不易获知，而实际中存在较大偏差，分析研究仅采用简单的示例。
当通过第二个浪涌保护器的能量必须考虑时，进行模拟是更容易的。上述分析方法的主要目的在于让用户更好地理解这一现象。无论SPD浪涌保护器技术如何，上述所给出的一般性规则尤其是6.2.6中所述能量判据仍可利用。
5、能力通过方法
①简述
如GB/T21714.4-2008所述，标准冲击参数的配合是选择和配合SPD的过程，这种方法的主要优点是可把SPD看成是一个黑箱(见图F.4)。这里，对于在输入端口给定的电涌，不但开路电压，而且输出电流(例如进入短路)均可确定(“允许能量通过"原则)。输出特性转化成等值“20-复合波”电应力(开路电压1.2/50，短路电流8/20)，这种方法的优点是对SPD浪涌保护器的内部设计不必具备专门的知识。
配合方法的目的是将SPD2的输人值(如放电电流和SPD1的输出值(如保护电压水平)进行比较。
对于分级保护，必须考虑能够通过下级浪涌保护器放电(而没有损坏)的等效输人综合冲击应等于或高于前级浪涌保护器的等效输出综合冲击。
为了可靠的配合，等效综合冲击应由最坏情况决定(Imax、Umax、允许通过能量)。
设计去耦合元件的最严情况是短路回路，但对于配合的目的而言，是太严酷了。比较实际的作法是在其中引人一个“负载侧电压"(以下称为“反电压”)。
火花间隙下游的浪涌保护器通常包含ZnO压敏电阻，这样的浪涌保护器残压在任何情况下都比一个系统标称电压的峰值要高(例如，在一个交流系统中标称电压为240V，其峰值电压为√2*240=340V，低于安装的浪涌保护器的参考电压)。
这个系统标称电压的峰值相应于SPD的最小残压，因此系统标称电压峰值可看成最小的反电压。用短路代替一个假设的反电压，会导致选出的去耦合元件尺寸过大。
注1:在SPD1的特性与SPD2的特性差别很大时，这种方法可提供较理想的结果。当SPD1的特性与SPD2的特性差别很大时，以致于在SPD2上的电涌状态是类似侵入电流状态。例如在一个火花间隙和MOV配合时，即满足上述状态。
注2:使用该方法的限制条件如下：
——为了确保得到一个保守的结果，在这个方法中去耦合元件应作为第二个浪涌保护器的一部分；
——为了确保得到一个保守的结果，当次级浪涌保护器包括一个开关元件时，反电压取为0；
——由于该方法无法真实确切地模拟开关元件，当第二个浪涌保护器包括一个开关元件时，有可能结果偏低；在这种情况下，应谨慎使用这种方法；
——侵人到装置入口的电涌的波形，必须把电流波和电压波看成是同样波形(10/350或8/20)，电涌电流的幅值通常是可知的，而电涌电压幅值的大小取决于系统的波阻抗；
——研究必须考虑SPD浪涌保护器特性曲线的公差。
②方法
下面讨论的方法可给出两个浪涌保护器之间去耦合元件(阻抗)的保守值。这意味着，如果这样的阻抗装在两个浪涌保护器之间，配合将比计算预期的要好。
方法：基础的方法是把每个SPD浪涌保护器的输出表示为一个等值的复合波发生器，由空载电压Uoc 1.2/50 和一个短路电流Isc 8/20决定,发生器的阻抗为2Ω(Uoc=2*Isc)。
根据Ⅲ类试验的SPD试验，已由这样一个CWG(复合波发生器)测试。对于II类试验的SPD的试验,有必要认为Isc=Imax。
就直击雷而言，上一级的SPD可根据I类试验测试,或根据II类试验测试。每个SPD的输出电压,通常会有一个波形,该波形与1.2/50及8/20的波形没有直接关系。有必要规范实际波形以便转变为1.2/50 和8/20波形。
可通过下列值的计算来进行:
表F.3中给出了Uoc（CWG）的最大值，与CWG的Uoc等效的值相当于SPD的输出。
一旦下级的浪涌保护器用一个开路电压为Uoc test的CWG按照Ⅲ类试验进行了试验，(或在II类试验时用一个等效的CWG，就可以立刻说配合是否满意。只要核实Uemen>Uec CWG就足够了。
当输人参数给定时，浪涌保护器的输出值可用模拟软件来计算。不必每次进行计算，由于这些值可由制造厂来计算。
对每一个产品，对一个给定的电应力，制造厂可算出等效CWG脉冲的输出(Iimp对I类试验或Imax对Ⅱ类试验或Uoc max对Ⅲ类试验)，同时应注意浪涌保护器特性曲线的公差和任何盲点(有时，浪涌保护器输出端的最重要的应力不是由Iimp、Imax和Uoc max的最大值决定,而是由较低的值决定)。
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