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科华UPS电源应用中的过压保护介绍!2020-08-25 06:29:55

  虽然雷击电涌不一定会对电网内或通过输电线路的输电设备造成损害。另外,随着经济的快速发展,设备遭受线路其他浪涌(如各种电力设备启动引起的操作过电压现象)的可能性也很高,对设备的影响可能更大。

科华UPS电源

  显然,没有雷电保护就不需要“直观地确认”过电压。可以说,电流过电压保护已经从传统的雷电防护转变为直击雷、雷电电磁脉冲、地电位反击和操作过电压的综合防护。

一、科华UPS电源过电压保护要求

  科华UPS电源作为一个供电系统,必须从交流输入、交流输出、通信接口等多个方面进行连接。严格说来,这三个端口都应该有过电压保护。本文主要讨论交流端口操作过电压的保护。UPS的过电压保护有两层含义:一方面,各种外部浪涌或电压尖峰对UPS有一定的影响,需要保护;另一方面,这些浪涌或电压尖峰可能通过UPS影响负载,必要时也需要保护。

二、科华UPS电源过电压保护特性

  配备大型UPS的数据中心或控制中心通常有比较完整的整体防雷系统,过电压到达UPS终端的残值不高,但小型UPS的使用环境相对较差。除防雷外,还应考虑对周围电网的操作过电压进行浪涌保护。

  另一方面,大型UPS成本较高,保护方案易于实现;而小型UPS成本有限,可采用的保护手段和装置也有限。

三、科华UPS电源过电压保护方案

  过电压保护措施的有效性和成本与装置和方案的选择密切相关。选择工作电压较低、电流容量较大的SPD器件,可以降低剩余电压。但是,如果工作电压过低,由于电源不稳定,SPD装置会提前失效,电流容量大时保护成本过高。通常,小容量UPS的保护不是防雷,而是电源操作过电压的保护。

  1、早期计划

  在早期的设计中,出于成本考虑,小型ups与其他常用电源产品类似。通常,14d471氧化锌压敏电阻器(MOV)用于220 VAC输入EMI的过电压保护。

  一般14d471变阻器产品,其电流容量约为6ka(8/20μs,一次),这在电网稳定区是没有问题的,但在电网不稳定区,很容易损坏14d471压敏电阻。这是因为与雷电浪涌相比,操作过电压浪涌的幅度较小,但持续时间较长,而且是周期性的,很容易损坏吸收浪涌热量而不能及时消散的压敏电阻。

  2、方案改进

  一种解决办法是增加mov的流量。例如,选择20d471、25d471甚至32d471 mov器件,将流量提高到10kA~25kA(8/20μs,一次)。这样既能承受长期或周期性的过电压能量放电,又能使线路的残余电压保持在较低水平。然而,这将大大增加保护成本(高出数十倍)。

  二是提高mov的动作电压。例如,选用14d561或14d621等MOV器件,将动作电压从470v提高到560V或620V,这样在不改变流量的前提下,大大降低了MOV的动作概率和能量降低时间,而不增加成本。但是,这会增加管路上的残余压力。

  气体放电管(GDT)是一种适合使用的新型SPD器件,其价格也相对较低。与MOV相比,GDT具有以下重要特点:

  (1)GDT比MOV具有更好的重复放电特性,不易损坏。

  (2)一。mov为钳型元件,GDT为短路元件。GDT一旦动作,表现为近似短路的低电阻状态,其短路动作可持续约半个周期(10ms),直至过零才能中断。因此,气体放电管一般需要与短路保护装置(如熔断器或断路器)一起使用。

  (3)GDT的工作电压精度低于mov。一般来说,MOV的准确度为±10%,而GDT的准确度为±20%。

  对于户外UPS,由于频繁的雷击和操作过电压,考虑到短路保护装置的恢复不方便,不应直接使用气体放电管作为过电压保护装置。

  3、组合方案

  由于MOV和GDT的性能特点不同,它们的应用也有很大的不同。理想的过电压保护装置要求漏电流小、响应快、残压低、不易老化。然而,现有的单一设备不能完全满足要求。

  为了结合两种器件的特点,可以将两种器件结合起来发挥各自的优势。

  当两个器件串联使用时,MOV的漏电流大于GDT,而GDT不存在漏电流问题,但GDT存在跟随电流问题。MOV与MOV串联使用后,具有一定的限流效果,能及时中断后续电流。

  在实际应用中,还可以通过在放电管两端连接电容器来改进。当浪涌发生时,电容器的初始充电状态相当于短路,这使得mov速率导频连接。同时,电容器作为GDT的储能元件。电容器充电后,连接GDT,形成电容器的放电电路。

  为了降低负载端的残余电压幅值,需要在ups的输出端同时增加一个SPD,形成两级SPD保护网络。Spd1作为一级过电压保护装置,在浪涌侵入时具有较高的残余电压,而spd2作为第二级过电压保护装置,其剩余电压较低。