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小容量UPS不間斷電源進(jìn)行過(guò)電壓防護(hù)的方法

鉅大鋰電  |  點(diǎn)擊量:0  |  2020年06月17日  

UpS不間斷電源的過(guò)電壓防護(hù)包含兩重的意義:一方面,來(lái)自外部的各種浪涌或電壓尖峰對(duì)UpS不間斷電源構(gòu)成一定影響,要進(jìn)行防護(hù);另一方面,這些浪涌或電壓尖峰有可能透過(guò)UpS不間斷電源影響到負(fù)載,必要時(shí)也要進(jìn)行防護(hù)。


配置大型UpS不間斷電源的數(shù)據(jù)中心或控制中心,其所在建筑物或機(jī)房一般都具備比較完善的整體防雷系統(tǒng),到達(dá)UpS不間斷電源端的過(guò)電壓殘值不高;而小UpS不間斷電源的使用環(huán)境則比較差,除了防雷,還要考慮對(duì)周邊電網(wǎng)上的操作過(guò)電壓的浪涌沖擊防護(hù)。


過(guò)電壓防護(hù)措施的效果和成本與其器件和方法的選擇有著重要的關(guān)系。


選擇較低動(dòng)作電壓和較大通流容量的SpD器件可以降低其殘壓,但動(dòng)作電壓太低會(huì)由于電源的不穩(wěn)定造成SpD器件頻繁動(dòng)作而提前失效,通流容量較大則造成防護(hù)成本過(guò)高。


通常情況下,小容量UpS不間斷電源重要還不是考慮防雷,而是對(duì)電源操作過(guò)電壓的防護(hù)。


在早期的設(shè)計(jì)中,出于成本考慮,小UpS不間斷電源與其他普通電源產(chǎn)品類似,一般是在200Vac輸入EMI上采用14D471的氧化鋅壓敏電阻(MOV)進(jìn)行過(guò)電壓防護(hù)。


一般的14D471壓敏電阻產(chǎn)品,其通流容量大約在6kA(8/20μs,一次)以下,這在電網(wǎng)穩(wěn)定的地區(qū)沒(méi)有問(wèn)題,但是在電網(wǎng)不穩(wěn)定的地區(qū),采用14D471的壓敏電阻是比較容易損壞的,這是由于操作過(guò)電壓浪涌與雷電浪涌相比,幅度雖然較低,但持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),而且呈周期性,這關(guān)于通流容量較小的壓敏電阻來(lái)說(shuō),吸收浪涌的熱量持續(xù)積累而來(lái)不及散發(fā),是非常容易損壞的。


一種方法是新增MOV的通流容量,例如選用20D471、25D471甚至32D471的MOV器件,使通流容量提高到10kA至25kA(8/20μs,一次)左右。這樣,既能夠承受較長(zhǎng)時(shí)間或周期性的過(guò)電壓能量瀉放,也能夠令線上的殘壓保持在較低水平。不過(guò),這會(huì)使防護(hù)成本大大新增(數(shù)十倍的新增)。


另一種方法是新增MOV的動(dòng)作電壓,例如選用14D561或14D621等MOV器件,使動(dòng)作電壓從470V提高到560V或620V。這樣,在不改變通流容量的情況下,大大減少了MOV的動(dòng)作機(jī)率和瀉能時(shí)間,而又不新增成本。不過(guò),這會(huì)使線上的殘壓有所提高。


氣體放電管(GDT)是一種新型的適合采用的SpD器件,由于其價(jià)格也還比較便宜。與MOV相比較,GDT具有如下重要的特點(diǎn):


(1)GDT比之MOV具有較好的重復(fù)放電特性,不易損壞。


(2)MOV是箝位型元件,而GDT則是短路型元件。一旦GDT動(dòng)作之后,呈近似短路的低阻狀態(tài),其短路動(dòng)作將可能持續(xù)半個(gè)周波(10ms)左右,直至過(guò)零點(diǎn)時(shí)才能中斷。因此,氣體放電管一般要與短路保護(hù)器件(例如保險(xiǎn)或斷路器等)配合使用。


(3)GDT的動(dòng)作電壓精度MOV要低,通常MOV的動(dòng)作電壓精度為±10%,而GDT的動(dòng)作電壓精度為±20%。


關(guān)于戶外型UpS不間斷電源,由于雷電浪涌及操作過(guò)電壓頻繁,考慮到短路保護(hù)器件的恢復(fù)并不方便,一般不宜直接采用氣體放電管作過(guò)電壓防護(hù)器件。


由于MOV和GDT具有不同的性能特點(diǎn),其應(yīng)有也有較大差異。理想的過(guò)電壓防護(hù)器件要求漏電流小、動(dòng)作響應(yīng)快、殘壓低、不易老化等,而現(xiàn)有單一器件并不能完全符合要求。


在電涌的沖擊下,MOV與GDT器件的殘壓是不同的。


為了結(jié)合兩種器件的特點(diǎn),可以將兩種器件進(jìn)行組合使用,以發(fā)揮器件各自所長(zhǎng)。


假如采用兩種器件串聯(lián)使用的方式,MOV的漏電流比GDT要大,而GDT則不存在該問(wèn)題;但GDT則存在跟隨電流的問(wèn)題,與MOV串聯(lián)使用后,MOV對(duì)其具有一定的限流用途,并可以及時(shí)地中斷跟隨電流。


在實(shí)際應(yīng)用中,放電管兩端并接電容器。發(fā)生電涌時(shí),電容器初始充電狀態(tài)相當(dāng)于短路,令MOV率先導(dǎo)通,同時(shí)電容器又作為GDT的蓄能元件;電容器充電完畢,GDT導(dǎo)通并形成電容器的放電回路。


為了降低負(fù)載端的殘壓幅度,還要同時(shí)在UpS不間斷電源的輸出端加一級(jí)SpD,這樣就構(gòu)成了兩級(jí)SpD防護(hù)網(wǎng)絡(luò)。SpD1作為第一級(jí)過(guò)電壓防護(hù)器件,電涌入侵時(shí)有較高的殘壓,而SpD2則作為第二級(jí)過(guò)電壓防護(hù),其殘壓較低。


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