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本文結合實(shí)際，針對UPS應用當中的過(guò)電壓防護需求，提出適當的解決方案。 1.過(guò)電壓防護概念的變化 當遠處發(fā)生雷擊時(shí)，雷電浪涌通過(guò)電網(wǎng)或通訊線(xiàn)路傳輸到設備端，雖然不一定立即損毀設備，也會(huì )對設備內部造成累計性損害。另外，隨著(zhù)經(jīng)濟的快速發(fā)展，設備遭受來(lái)自線(xiàn)路上的其它浪涌干擾(例如各種動(dòng)力設備啟動(dòng)運行時(shí)對電網(wǎng)所帶來(lái)的操作過(guò)電壓現象)的可能性也很高，其對設備的影響可能更大。 因此，再簡(jiǎn)單直觀(guān)地認定“沒(méi)有雷電就不需要過(guò)電壓防護”，顯然是不正確的�？梢哉f(shuō)，目前的過(guò)電壓防護工作已經(jīng)由傳統的防雷轉向直擊雷、雷電電磁脈沖、地電位反擊和操作過(guò)電壓的綜合防護。 2.UPS應用中的“防雷”誤區 2.1誤區之一：“防雷器”只是防雷 在UPS實(shí)際應用中，經(jīng)常會(huì )遇到這種情況：明明是晴空萬(wàn)里，感覺(jué)不到任何雷電的現象，UPS內置的“防雷器”卻損壞了。用戶(hù)說(shuō)是UPS機器質(zhì)量有問(wèn)題，可UPS本身卻仍然可以繼續正常工作。 如果附近沒(méi)有重型的動(dòng)力設備，要想用“操作過(guò)電壓”來(lái)說(shuō)服用戶(hù)，恐怕也不太容易。事實(shí)上，國外對此類(lèi)普通低壓配電線(xiàn)路上的各種電壓浪涌情況，也有不少統計和報道。例如美國的一則統計表明：在10000小時(shí)內，在線(xiàn)間發(fā)生的各種電壓值浪涌的次數，超出原工作電壓一倍以上的浪涌電壓次數達到800余次，其中超過(guò)1000V的就有300余次。 可想而知，根本不需要雷電作用，要讓“防雷器”動(dòng)作或損壞，是完全可能的。 2.1誤區之二：廉價(jià)“防雷器”也防雷 不少用戶(hù)出于對相關(guān)規定的考慮，要求UPS在較低價(jià)格的條件下，也要配置“防雷器”，個(gè)別廠(chǎng)家為了“滿(mǎn)足”用戶(hù)要求，隨便裝個(gè)小壓敏電阻也稱(chēng)作“有防雷”。事實(shí)上，一般小通流容量的壓敏電阻只能具備一定的過(guò)電壓防護作用，如果確實(shí)需要防雷，就必須考慮足夠的通流容量器件及相關(guān)的成本。 3.UPS的過(guò)電壓防護需求 UPS作為供電系統，必然存在來(lái)自多個(gè)方面的線(xiàn)路連接，包括市電交流輸入、UPS交流輸出、通信接口等。嚴格來(lái)說(shuō)，這三個(gè)端口都應設置過(guò)電壓防護。本文主要討論交流端口的操作過(guò)電壓防護問(wèn)題。UPS的過(guò)電壓防護包含兩重的意義：一方面，來(lái)自外部的各種浪涌或電壓尖峰對UPS構成一定影響，需要進(jìn)行防護;另一方面，這些浪涌或電壓尖峰有可能透過(guò)UPS影響到負載，必要時(shí)也需要進(jìn)行防護。 4.小容量UPS的電源過(guò)電壓防護特征 配置大型UPS的數據中心或控制中心，其所在的建筑物或機房一般都具備比較完善的整體防雷系統，到達UPS端的過(guò)電壓殘值不高;而小UPS的使用環(huán)境則比較差，除了防雷，還要考慮對周邊電網(wǎng)上的操作過(guò)電壓的浪涌沖擊防護。 另一方面，大型UPS成本空間較多，防護方案容易實(shí)現;而小UPS則成本捉襟見(jiàn)肘，所能采用的防護手段和器件有限。 5.小容量UPS的電源過(guò)電壓防護方案 過(guò)電壓防護措施的效果和成本與其器件和方案的選擇有著(zhù)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成本過(guò)高。通常情況下，小容量UPS主要還不是考慮防雷，而是對電源操作過(guò)電壓的防護。 5.1早期的方案 在早期的設計中，出于成本考慮，小UPS與其他普通電源產(chǎn)品類(lèi)似，一般是在220Vac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。 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)穩定的地區沒(méi)有問(wèn)題，但是在電網(wǎng)不穩定的地區，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，但持續時(shí)間較長(cháng)，而且呈周期性，這對于通流容量較小的壓敏電阻來(lái)說(shuō)，吸收浪涌的熱量連續積累而來(lái)不及散發(fā)，是非常容易損壞的。 5.2方案的改進(jìn) 一種方案是增加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(cháng)時(shí)間或周期性的過(guò)電壓能量瀉放，也能夠令線(xiàn)上的殘壓保持在較低水平。不過(guò)，這會(huì )使防護成本大大增加(數十倍的增加)。 另一種方案是增加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)作機率和瀉能時(shí)間，而又不增加成本。不過(guò)，這會(huì )使線(xiàn)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)： A).GDT比之MOV具有較好的重復放電特性，不易損壞。 B).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，氣體放電管一般需要與短路保護器件(例如保險絲或斷路器等)配合使用。 C).GDT的動(dòng)作電壓精度較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%。 對于戶(hù)外型UPS，由于雷電浪涌及操作過(guò)電壓頻繁，考慮到短路保護器件的恢復并不方便，一般不宜直接采用氣體放電管作過(guò)電壓防護器件。 5.3組合方案 由于MOV和GDT具有不同的性能特點(diǎn)，其應用也有較大差異。理想的過(guò)電壓防護器件要求漏電流小、動(dòng)作響應快、殘壓低、不易老化等，而現有單一器件并不能完全符合要求。 為了結合兩種器件的特點(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(cháng)。 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對其具有一定的限流作用，并可以及時(shí)地中斷跟隨電流。 在實(shí)際應用中，還可以改進(jìn)，在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)相當于短路，令MOV率先導通，同時(shí)電容器又作為GDT的蓄能元件;電容器充電完畢，GDT導通并形成電容器的放電回路。 為了降低負載端的殘壓幅度，還需要同時(shí)在UPS的輸出端加一級SPD，這樣就構成了兩級SPD防護網(wǎng)絡(luò )。SPD1作為第一級過(guò)電壓防護器件，電涌入侵時(shí)有較高的殘壓，而SPD2則作為第二級過(guò)電壓防護，其殘壓較低。 6.結束語(yǔ) 過(guò)電壓防護器件的故障同樣也是UPS的故障，同樣會(huì )給UPS的使用和維護帶來(lái)極大的不便，在較低成本的條件下，選擇設計適當的過(guò)電壓防護措施，已經(jīng)成為現代UPS應用的重要環(huán)節。 |
