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開(kāi)關(guān)電源如何防雷?壓敏電阻串聯(lián)陶瓷氣體放電管

發(fā)布時(shí)間:2017-02-14 責(zé)任編輯:sherry

【導(dǎo)讀】雷電的入侵首先表現(xiàn)為過(guò)電壓,當(dāng)存在泄放通道時(shí),產(chǎn)生電流。過(guò)電壓有共模過(guò)電壓和差模過(guò)電壓兩種類型。由于寄生電容的存在,雷電過(guò)電壓擊穿空氣或在常壓下絕緣的器件,形成強(qiáng)大的雷電流,造成設(shè)備損壞。所以防雷顯得尤為重要。
 
為了抑制雷電的影響,應(yīng)在雷電能量進(jìn)入設(shè)備前將能量泄放至大地。對(duì)于共模過(guò)電壓,應(yīng)在輸入線與地之間安裝防雷器件;對(duì)于差模過(guò)電壓,應(yīng)在輸入火線和零線之間安裝防雷器件。
 
開(kāi)關(guān)電源中常用的防雷器件是壓敏電阻和氣體放電管。
 
1,壓敏電阻
 
壓敏電阻為限壓型器件,當(dāng)兩端施加工作電壓時(shí)阻值很高,漏電流為μA級(jí)。隨著端電壓升高,壓敏電阻阻值降低,端電壓超過(guò)鉗位電壓后阻值急劇降低,漏電流可高達(dá)20~40KA,形成雷電泄放通道。當(dāng)電壓降低至工作電壓后,壓敏電阻的漏電流迅速減小,恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)。
 
開(kāi)關(guān)電源常用的壓敏電阻工作過(guò)程如下圖所示。
常用壓敏電阻特性
常用壓敏電阻特性
 
隨著工作時(shí)間的增加,尤其是多次泄放電流,壓敏電阻漏電流逐漸增大。如果施加的電壓為標(biāo)稱電壓的90%時(shí)漏電流就達(dá)到1mA,就認(rèn)為壓敏電阻性能達(dá)不到要求,需要更換?;诖耍梢员容^容易地檢測(cè)壓敏電阻性能。
 
一般要求壓敏電阻能耐受In電流正反各沖擊5次,耐受Imax電流正負(fù)各沖擊一次,10%In電流沖擊100次。
 
2、氣體放電管
 
氣體放電管為開(kāi)關(guān)型器件。當(dāng)氣體放電管兩端施加的電壓小于觸發(fā)電壓時(shí),氣體放電管為斷路狀態(tài),基本無(wú)漏電流。當(dāng)電壓高于觸發(fā)電壓時(shí),氣隙被擊穿,可認(rèn)為短路。當(dāng)兩端的電壓下降至工作電壓以內(nèi)時(shí),氣隙不能滅弧,繼續(xù)有電流通過(guò),這就是氣體放電管的續(xù)流問(wèn)題。氣體放電管的滅弧電壓很低,一般為 20~50V,因此不能安裝在火線與零線、火線與地線之間。
 
氣體放電管的一般特性如下圖。
常用氣體放電管特性
常用氣體放電管特性
 
目前業(yè)界比較通常的標(biāo)準(zhǔn)是單個(gè)驅(qū)動(dòng)器的防雷等級(jí)在差模4KV,共模6KV,帶外置防雷器可以達(dá)到差模10KV,共模10KV的防護(hù)等級(jí),
 
本文所設(shè)計(jì)的是一種基于壓敏電阻和陶瓷氣體放電管抗雷擊浪涌電路。共模、差摸全保護(hù)。壓敏電阻VDR1,VDR2分別與電源L、N并聯(lián),主要來(lái)鉗位 L、N線間電壓,壓敏電阻VDR3,VDR4與陶瓷氣體放電管GT1串聯(lián)后接地,主要是泄放共模雷擊浪涌,VDR6與GT6串聯(lián)主要是泄放差模雷擊浪涌,電路如下圖所示。
常用氣體放電管特性
實(shí)際在使用過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)因?yàn)槔讚魮p壞的情況并不多,更多的反而是疑似電網(wǎng)波動(dòng)導(dǎo)致,從損壞驅(qū)動(dòng)器的拆解可以看出,內(nèi)部防雷電路的損壞有2 種狀態(tài):第一種狀態(tài),用于實(shí)現(xiàn)電壓鉗位的壓敏電阻是點(diǎn)擊穿,能量明顯從器件上某點(diǎn)爆裂而開(kāi);第二種狀態(tài),用于實(shí)現(xiàn)電壓鉗位的壓敏電阻則是燃燒式毀壞。針對(duì)第一種情況,在實(shí)驗(yàn)室用浪涌發(fā)生器測(cè)試,通過(guò)加大模擬的浪涌電壓,可以清楚重現(xiàn)這種單點(diǎn)式爆裂,第二種情況,在實(shí)驗(yàn)室也可以進(jìn)行模擬,將驅(qū)動(dòng)器的輸入電壓調(diào)高,在達(dá)到壓敏電阻產(chǎn)生漏電流的時(shí)候會(huì)慢慢發(fā)熱并燒毀。
 
一般電源廠商為了防止壓敏電阻因?yàn)槁╇娏鲗?dǎo)致的發(fā)熱燒毀,都會(huì)把壓敏電阻的電壓調(diào)整的較高,通常會(huì)用到621或者681等級(jí)的壓敏電阻,這種等級(jí)的 VDR,在輸入電壓達(dá)到390VAC或者420VAC時(shí)才會(huì)出現(xiàn)漏電流,但是這種設(shè)計(jì)的問(wèn)題在于,因?yàn)镻FC級(jí)的輸出電容的電壓往往選擇 450VDC/500VDC,如果輸入電壓真的長(zhǎng)時(shí)間達(dá)到380VAC(530VDC),那PFC的輸出電解電容也會(huì)出現(xiàn)鼓包,漏液,這種設(shè)計(jì)本身并不能保證電源在輸入電壓達(dá)到380VAC以上時(shí)的安全性。而且因?yàn)閂DR等級(jí)的提高,對(duì)雷擊電壓的吸收效果會(huì)減弱。綜合考慮,VDR1,VDR2最好的選擇是 561,這樣與電解電容的耐壓匹配,又更有效的吸收了雷擊的能量。同時(shí)在實(shí)際的工程實(shí)施中,在每段路的配電箱中應(yīng)該加入過(guò)壓保護(hù)裝置,有效的保證輸入電壓不會(huì)因?yàn)殡娋W(wǎng)波動(dòng),或者3相電的不均衡,而沖高到380VAC以上,從而損壞電源。
 
從內(nèi)部設(shè)計(jì)看,電源廠商需要重點(diǎn)考慮VDR的降額使用,保證在符合國(guó)標(biāo)要求的40次測(cè)試條件下,VDR不會(huì)因?yàn)榇箅娏鳑_擊次數(shù)過(guò)多,或者因?yàn)槟芰课债a(chǎn)生的溫升,而產(chǎn)生損壞情況。一般VDR廠家都會(huì)給出耐受沖擊電流的大小與次數(shù)的關(guān)系,為了設(shè)計(jì)的安全性,需要謹(jǐn)慎考慮VDR廠家的推薦使用條件。
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