防雷能量配合

在IEC 61312—3：2000的“雷電電磁脈沖防護(hù)第3部分：對(duì)浪涌防護(hù)器的要求”中的“7．能量配合7．1能量配合的一般目的”中指出：“如果對(duì)04／。。(／恤，)的每一個(gè)浪涌電流值，若由SPD2(第二級(jí)保護(hù)器)耗散的能量低于或等于SPD2的最大耐受能量(對(duì)去耦元件也是如此)，則實(shí)現(xiàn)了能景的配合?！边@個(gè)最大耐受能量定義為SPD所能耐受的不致引起性能惡化的最大能量，可以從試驗(yàn)結(jié)果獲得(在試驗(yàn)中對(duì)于I級(jí)測(cè)試采用／：，，值；對(duì)于Ⅱ級(jí)測(cè)試采用／。。，值，為不致引起SPD性能惡化通過(guò)的最大能量)。

在IEC 61643—1：1998的“接到低壓配電系統(tǒng)的浪涌保護(hù)裝置第1部分：性能要求和試驗(yàn)力法”(及8001年版修訂件1號(hào))中的“浪誦防護(hù)罪的去耦”給出了”電壓開(kāi)關(guān)型SPD之間的配合及與電壓限制型SPD的配合”內(nèi)容，指出“去耦元件可采用分立設(shè)備，也可采用防雷區(qū)界面和設(shè)備之間的線纜的自然電阻和電感”，并給㈩F計(jì)算公式及結(jié)論，開(kāi)關(guān)型與限壓型之間線纜長(zhǎng)度應(yīng)為5~10m，限壓型SPD之間線纜長(zhǎng)度應(yīng)為3～5m，如達(dá)不到時(shí)，可串接足夠電感量的去耦元件。

能最配合的目的是：SPD是非線性器件，由于結(jié)構(gòu)和性能的不同，其各有特點(diǎn)(見(jiàn)表4—6)，為了保證響應(yīng)速度快、特征能量小的器件在工作時(shí)，通過(guò)的能量不超過(guò)自身最大承受能量并及時(shí)響應(yīng)，并把余下的更大的能量交換到反應(yīng)慢但可以承受更大能量的SPD器件上，因此需要能量配合。

在IEC 61312—3：2000的“雷電電磁脈沖防護(hù)第3部分：對(duì)浪涌防護(hù)器”的要求中的“7．能量配合7．x保護(hù)系統(tǒng)的基本配合方案的方案廣中指出：“個(gè)具有不連續(xù)伏安特性的組件(開(kāi)關(guān)型SPD，如放電間隙)后續(xù)的SPD為且有連續(xù)伏安特性的組件(限壓犁SPD)的特點(diǎn)是第一個(gè)SPD的開(kāi)關(guān)作用，使原來(lái)的電流脈沖(10／3501,s)的半值時(shí)間減小，從而大大減小于后續(xù)SPD的載荷量?！比鐖D4—lo所示，所以能量配合還可以大大提高眼壓型SPD的壽命。

但是在國(guó)內(nèi)目前的防雷設(shè)計(jì)往往沒(méi)有考慮能量配合，例如，采用兩級(jí)壓敏電阻做保護(hù)時(shí)，山于它們屑于限壓型SPD間的配合，若沒(méi)有去耦，則第一級(jí)SPD形同虛設(shè)，保護(hù)不會(huì)起作用。同時(shí)，通過(guò)壓敏電阻的并聯(lián)來(lái)增大電源保護(hù)器的通流量也是不可取的，可以把壓敏電阻的并聯(lián)看作去耦距離為無(wú)限短的兩級(jí)SPD，由于沒(méi)有能量配合也無(wú)法提高沖擊能量。氧化物壓敏電阻的非線性及伏安特性的離散性(1EC容許壓敏電壓有+10％的誤差)決定了并聯(lián)后每增加一倍數(shù)量的器件，SPD的通流量／。最多增加1．2倍。

以下將通過(guò)對(duì)自感去耦的能量分配的分析，簡(jiǎn)單討論幾種去耦02的特點(diǎn)及自感去耦的優(yōu)缺點(diǎn)，重點(diǎn)介紹PHOENIX—CONTAXT公司最新提出的世界領(lǐng)先的主動(dòng)能量控制(Active EnergyContr01)技術(shù)，以下簡(jiǎn)稱AEC技術(shù)。

(1)自感解耦(靜態(tài)伏安特性配合)。放電間隙的放電取決于氧化物壓敏電阻兩端的殘壓(u，。．)及去耦元件兩端的動(dòng)態(tài)壓降uI／e在觸發(fā)放電前，Ur，＝Uv。十u，，若超過(guò)放電間隙的動(dòng)態(tài)放電電壓，就實(shí)現(xiàn)丁配合，這只取決氧化物壓敏電阻的特性、浪涌的上升陡度及幅值、去耦元件的性質(zhì)(如空氣芯電感、鐵心電感或電阻)。

圖4—u為自感去耦時(shí)浪涌能量分配(為／—f波形)，在圖4—u中所示電流波型的面積代農(nóng)的物理含義為

Q＝l Xt 2 XiXLdi／d‘(4—4)

式中：Q為電荷量；Jl為波前時(shí)間；“為視在半峰時(shí)間㈠為浪涌電流；L為去耦電感。

同時(shí)由于

W(kCS自)＝I／l X／：X；’XLdi／dJ(4—5)

Q與w具有直接的數(shù)學(xué)關(guān)系，所以可以用／—，波形面積定性地比較浪涌能景的分配。能量交換的時(shí)間點(diǎn)取決于浪誦電流的陡度，A點(diǎn)為理想的交換點(diǎn)，這時(shí)限壓型SPD所受到的能量等于它自身可以承受的最大值w＝w，：。B點(diǎn)為提前交換點(diǎn)，這時(shí)，氧化物壓敏電阻所受到的能量w《w-。。當(dāng)然這時(shí)氧化物壓敏電阻的壽命會(huì)大大延長(zhǎng)，殘壓也會(huì)比A點(diǎn)中的氧化物壓錳電阻要低得多。在囤4—ll巾的C[K為未能交換的情況，這時(shí)氧化物壓敏電阻將承受所有的浪涌能量，w》w。。+這時(shí)氧化物壓敏電阻—定會(huì)被損壞，同時(shí)前面的開(kāi)關(guān)型SPD也無(wú)法正常響應(yīng)。

(2)去耦元件的性能分析。為了達(dá)到能量配合的目的，要采用電感作為去耦元件，這時(shí)必須考慮浪涌電流的上剖．g十間及峰值幅度(如10／350t,s、8／20／ls)。山仙鷓大，去耦所需的電感越小。對(duì)于去耦電感，目前有兩種技術(shù)：空氣芯電感、鐵心電感。

鐵心電感的電感量LFF＝／／，XL，(磁導(dǎo)率／‘，不是常數(shù)，取決]‘頻率、磁場(chǎng)強(qiáng)度、交變場(chǎng)應(yīng)力等，l，為鐵心電感)。頻率對(duì)于電感的影響主要是在單一頻率廠的電流(如正弦波)。而生泊涌時(shí)，對(duì)于能量配合來(lái)說(shuō)，時(shí)間對(duì)于電感的影響(電感瞬態(tài)特性理論)才更重要，一個(gè)鐵心電感在‘個(gè)很高的瞬變電流的作用下磁芯會(huì)立刻飽和，同時(shí)電感量也會(huì)快速減少達(dá)到空氣芯電感的電感鼉。同時(shí)依照電感特性理論，在瞬態(tài)場(chǎng)電流的作用下，每個(gè)電感會(huì)產(chǎn)生時(shí)變電感最L+這個(gè)電感量在鐵心電感韶中的變化(dL，／dt)非常大，而由頻率決定的磁導(dǎo)羋9，和渦旋感應(yīng)電流也會(huì)導(dǎo)致各種不同電感量的時(shí)間特性。從試驗(yàn)情況可以知道，金屬芯電感產(chǎn)生的能量交換點(diǎn)靠前，配合效果要好于空氣芯，但是金屬芯電感去耦器必須設(shè)計(jì)成瞬態(tài)特性的，并且常態(tài)的電感量要很大。由于目前技術(shù)發(fā)展水平的限制，電感上耦還是存在著一些不足：

1)能量控制點(diǎn)要依靠于電流的陡度。

2)線路的額定電流受限制于電感芯的額定電流(如I,T63，額定電流為53A)。

3)能源浪費(fèi)(熱能)，丁頻電流會(huì)流過(guò)電感心。

4)：：用一定的安裝空間。

所以隨著技術(shù)的進(jìn)步，德國(guó)菲尼克斯公司在2001年漢諾威博覽會(huì)椎㈩了新一代的能量配合概念一一主動(dòng)能量控制(ActiveEnergyControl，AEC)。