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空氣開關(guān)間隙型和壓敏電阻型浪涌保護器之間的配合介紹！
之前，我們講過了2種壓敏型浪涌保護器之間的配合規(guī)則和原則，可以查看：http://www.youliou.cn/knowledge/0725481.html。
因為現(xiàn)在一級浪涌保護器多為開關(guān)間隙型，二級多為壓敏型。
今天，再給大家介紹一下空氣間隙型和壓敏電阻型浪涌保護器之間的配合原則！
1、概述
目前配電系統(tǒng)最常見的配置是一級浪涌保護器用開關(guān)間隙型，二級浪涌用壓敏限壓型，見圖F.3。當(dāng)在SPD2過載之前，就發(fā)生火花放電,這樣的情況下就完成配合了。
在火花放電前,有U1=Ures2(i)+L*di/dt ，通常，當(dāng)Ures2(i)的值未知，公式給出一個保守的結(jié)論：U1=Uref2(i)+L*di/dt。
Uref2是ZnO壓敏電阻2的參考電壓,參考電壓是電阻片的特性參數(shù),它非常接近U-I特性曲線的拐點電壓。
只要U1超過間隙動態(tài)放電電壓(Udyn )時,配合便完成了,并且只有很小一部分電流流經(jīng)第二個SPD浪涌保護器。這取決于ZnO壓敏電阻浪涌保護器(SPD2)的特性、間隙開關(guān)型浪涌保護器(SPD1)的動態(tài)放電電壓、侵人電涌的上升率和幅值、i及浪涌保護器之間的距離d (電感L、阻抗Z的阻性分量R可忽略)。
如一個現(xiàn)代蜂窩式通訊基站，由于內(nèi)部物理空間的限制，其后方浪涌保護器的MOV可將瞬態(tài)電壓降到遠低于前方SPD浪涌保護器的間隙的觸發(fā)電壓，這將阻止間隙動作，并允許所有故障能量到達浪涌保護器的MOV。在較大的空間里，浪涌保護器之間的電纜距離要長一些,這樣可提供足夠大的電感而使間隙放電。
總是存在這樣的可能性：侵人的瞬態(tài)電涌可通過并聯(lián)回路進行疏散，使得電壓降低到不足以使間隙放電的程度。這時，下游的SPD應(yīng)具有足夠的額定通流能力，獨自吸收所有能量。
當(dāng)有很高的能量時，間隙不動作將使過高的能量到達下游的的浪涌保護器，并將使之破壞。級間配合可通過兩者之間足夠的串聯(lián)去耦電感來保證在超過下游SPD浪涌保護器所承受能量范圍之上的所有過電壓能量下間隙能夠動作來實現(xiàn)。
要求確保配合的電感值可經(jīng)過簡單計算得到。首先，要知道間隙的參數(shù)，火花間隙典型的放電電壓低于4kV,時間在200ns以內(nèi)。
其次，下游的浪涌保護器參數(shù)應(yīng)知道，一個交流275V的典型部件，大約430V開始限制電壓，在8/20的II類試驗時，In為5kA。
然而應(yīng)該知道，間隙是按I類試驗，采用10/350波或等效長尾波。下游浪涌保護器的峰值電流必須降格至能承受這類脈沖帶來的額外能量。降格因數(shù)假設(shè)為4：1，因此，峰值電流額定值將從5kA降至
1.25kA，10μs上升時間將產(chǎn)生125A/μs的di/dt。
確保間隙的可靠動作的電感值可以用如下公式計算:
U=L*di/dt+I*R
式中:
U——火 花間隙放電電壓;
di/dt——脈沖的上升率;
I*R——下游SPD的電壓降(注意R是非線性值)。
由上式可得出L=U-I*R/(di/dt)
假定間隙在200ns內(nèi)放電,通過后方的SPD的電流為:
I =0.2/10*1250 A=25 A
電壓I*R在600V時:
L=4000-600/125*10-6
或
L=27.2 μH
通過這個示例,可以獲得設(shè)計這種配合的一般條件。
3、結(jié)論
若選擇帶間隙的浪涌保護器SPD1,則SPD2必須滿足以下要求。
——與I類試驗波形有關(guān)的侵人電涌:
Udyn<Uref2+L* Ipeak2/10。
——與II類試驗波有關(guān)的侵人電涌:
Uydn<Uref2+L*Ipeak2/8
這些規(guī)則給出一個的結(jié)果偏于保守。當(dāng)必須采用一個較小值的L時,需用計算機模擬來檢查配合是否實現(xiàn)。
注:其他情況可給出更嚴格的結(jié)果。尤其是用正待考慮的長波,1EC/TC 81目前正在研究更長的波前時間:100 μs。
4、分析研究：兩個 SPD的常規(guī)配合
通過對兩個ZnO壓敏電阻浪涌保護器或間隙和ZnO壓敏電阻的研究，證明了配合問題的復(fù)雜性?？紤]到u-i曲線不易獲知，而實際中存在較大偏差，分析研究僅采用簡單的示例。
當(dāng)通過第二個浪涌保護器的能量必須考慮時，進行模擬是更容易的。上述分析方法的主要目的在于讓用戶更好地理解這一現(xiàn)象。無論SPD浪涌保護器技術(shù)如何，上述所給出的一般性規(guī)則尤其是6.2.6中所述能量判據(jù)仍可利用。
5、能力通過方法
①簡述
如GB/T21714.4-2008所述，標準沖擊參數(shù)的配合是選擇和配合SPD的過程，這種方法的主要優(yōu)點是可把SPD看成是一個黑箱(見圖F.4)。這里，對于在輸入端口給定的電涌，不但開路電壓，而且輸出電流(例如進入短路)均可確定(“允許能量通過"原則)。輸出特性轉(zhuǎn)化成等值“20-復(fù)合波”電應(yīng)力(開路電壓1.2/50，短路電流8/20)，這種方法的優(yōu)點是對SPD浪涌保護器的內(nèi)部設(shè)計不必具備專門的知識。
配合方法的目的是將SPD2的輸人值(如放電電流和SPD1的輸出值(如保護電壓水平)進行比較。
對于分級保護，必須考慮能夠通過下級浪涌保護器放電(而沒有損壞)的等效輸人綜合沖擊應(yīng)等于或高于前級浪涌保護器的等效輸出綜合沖擊。
為了可靠的配合，等效綜合沖擊應(yīng)由最壞情況決定(Imax、Umax、允許通過能量)。
設(shè)計去耦合元件的最嚴情況是短路回路，但對于配合的目的而言，是太嚴酷了。比較實際的作法是在其中引人一個“負載側(cè)電壓"(以下稱為“反電壓”)。
火花間隙下游的浪涌保護器通常包含ZnO壓敏電阻，這樣的浪涌保護器殘壓在任何情況下都比一個系統(tǒng)標稱電壓的峰值要高(例如，在一個交流系統(tǒng)中標稱電壓為240V，其峰值電壓為√2*240=340V，低于安裝的浪涌保護器的參考電壓)。
這個系統(tǒng)標稱電壓的峰值相應(yīng)于SPD的最小殘壓，因此系統(tǒng)標稱電壓峰值可看成最小的反電壓。用短路代替一個假設(shè)的反電壓，會導(dǎo)致選出的去耦合元件尺寸過大。
注1:在SPD1的特性與SPD2的特性差別很大時，這種方法可提供較理想的結(jié)果。當(dāng)SPD1的特性與SPD2的特性差別很大時，以致于在SPD2上的電涌狀態(tài)是類似侵入電流狀態(tài)。例如在一個火花間隙和MOV配合時，即滿足上述狀態(tài)。
注2:使用該方法的限制條件如下：
——為了確保得到一個保守的結(jié)果，在這個方法中去耦合元件應(yīng)作為第二個浪涌保護器的一部分；
——為了確保得到一個保守的結(jié)果，當(dāng)次級浪涌保護器包括一個開關(guān)元件時，反電壓取為0；
——由于該方法無法真實確切地模擬開關(guān)元件，當(dāng)?shù)诙€浪涌保護器包括一個開關(guān)元件時，有可能結(jié)果偏低；在這種情況下，應(yīng)謹慎使用這種方法；
——侵人到裝置入口的電涌的波形，必須把電流波和電壓波看成是同樣波形(10/350或8/20)，電涌電流的幅值通常是可知的，而電涌電壓幅值的大小取決于系統(tǒng)的波阻抗；
——研究必須考慮SPD浪涌保護器特性曲線的公差。
②方法
下面討論的方法可給出兩個浪涌保護器之間去耦合元件(阻抗)的保守值。這意味著，如果這樣的阻抗裝在兩個浪涌保護器之間，配合將比計算預(yù)期的要好。
方法：基礎(chǔ)的方法是把每個SPD浪涌保護器的輸出表示為一個等值的復(fù)合波發(fā)生器，由空載電壓Uoc 1.2/50 和一個短路電流Isc 8/20決定,發(fā)生器的阻抗為2Ω(Uoc=2*Isc)。
根據(jù)Ⅲ類試驗的SPD試驗，已由這樣一個CWG(復(fù)合波發(fā)生器)測試。對于II類試驗的SPD的試驗,有必要認為Isc=Imax。
就直擊雷而言，上一級的SPD可根據(jù)I類試驗測試,或根據(jù)II類試驗測試。每個SPD的輸出電壓,通常會有一個波形,該波形與1.2/50及8/20的波形沒有直接關(guān)系。有必要規(guī)范實際波形以便轉(zhuǎn)變?yōu)?.2/50 和8/20波形。
可通過下列值的計算來進行:
表F.3中給出了Uoc（CWG）的最大值，與CWG的Uoc等效的值相當(dāng)于SPD的輸出。
一旦下級的浪涌保護器用一個開路電壓為Uoc test的CWG按照Ⅲ類試驗進行了試驗，(或在II類試驗時用一個等效的CWG，就可以立刻說配合是否滿意。只要核實Uemen>Uec CWG就足夠了。
當(dāng)輸人參數(shù)給定時，浪涌保護器的輸出值可用模擬軟件來計算。不必每次進行計算，由于這些值可由制造廠來計算。
對每一個產(chǎn)品，對一個給定的電應(yīng)力，制造廠可算出等效CWG脈沖的輸出(Iimp對I類試驗或Imax對Ⅱ類試驗或Uoc max對Ⅲ類試驗)，同時應(yīng)注意浪涌保護器特性曲線的公差和任何盲點(有時，浪涌保護器輸出端的最重要的應(yīng)力不是由Iimp、Imax和Uoc max的最大值決定,而是由較低的值決定)。
