浪涌保护器的响应时间指标评价


应时间是浪涌保护器制造商标出的最常见、也是最容易引起误解的产品参数之一。

  尽管对浪涌保护器的响应时间目前还没有一个统一的定义,但浪涌抑制组件的响应时间通常被认为是从施加一个浪涌波形到该组件动作,或者从“关闭”状态切换到“开通”状态的时间。对于火花间隙防雷保护器,比如气体放电管,其响应时间很容易定义和测量。在这些装置中,其内部火花间隙的气体离子化时间最长为几微秒,然后这类装置几乎瞬时从高阻抗切换到非常低的阻抗状态。火花间隙的响应时间不是恒定的,而是取决于所施加的浪涌电流幅值和上升率以及火花间隙的间距等因素。


对于固态组件(比如压敏电阻和雪崩二极管)的装置,其响应时间则没有那么容易定义。固态半导体中的雪崩传导,比火花隙中的气体离子化发生快大约一千倍。这些器件进入导通状态也更缓和,其响应时间的测量已在设备良好的研究实验室完成,用极快的上升脉冲施加到固态抑制组件上进行实时测量。这些测量结果表明,单结保护器件(比如雪崩二极管)的响应时间大约为
1纳秒(十亿分之一秒),而多结保护器件(比如压敏电阻)的响应时间则在35纳秒之间。

然而,这些响应时间也仅适用于组件本身的特性。即使保护器配用短至几英寸长的连接导线,也会引入相当大的串联电感,而将有效的响应时间减慢十倍以上。所以,当固态组件连接在浪涌保护器电路的内部时,它们的响应时间实际上是没有大的差别。

有的浪涌保护器生产商经常声称可达到1纳秒(1毫秒的百万分之一)或更小的浪涌抑制组件响应时间,实际上是没有经过实验室科学测量验证的。


改善的性能

网络型浪涌保护器是逐步减少瞬态浪涌电流幅值的。在电源浪涌保护器中多采用MOVS保护模块作为吸收元件,残压和浪涌电流的对应关系表明,冲击电流越小,残压越低。反之残压越大。因此,在不同冲击电流情况下,同样的电源浪涌保护器会有不同的残压结果。如果进入要保护的设备的残压值要求越低,则流过电源浪涌保护器的冲击电流应该越小。单级的电源浪涌保护器,必须在较大冲击电流时做得更好些(因为它必须由吸收全部的瞬态能量),所以要达到较好的残压水平,保护设备肯定会很昂贵或者目前的科技还做不到。如果采用分级吸收方式,到用电负载处的浪涌能量已经小了很多,要达到较低的残压值是比较容易做到的。


变压器在浪涌保护网络中的作用

我们可以在电力变压器的一次侧和二次侧均安装浪涌保护器来组成的入口电源网络。电力变压器中绕组的电感与浪涌保护器配合发挥保护作用。将来自外部的浪涌能量(如雷电感应、线路故障等原因造成)进行有效的吸收抑制。此外,现有的变压器作为一个感性抑制元件是免费的。在变压器一次侧使用的浪涌抑制器,可以作为雷电浪涌分流器。按照电力系统变配电运行规范在电力变压器一次侧(高压进线)已经安装了高压阀式防雷器,用于对变压器自身和低压配电系统进行了必要的防雷保护。对于配电系统的保护,重点应该在对感应雷击和来自变压器引入浪涌能量以及内部设备启停产生的浪涌进行吸收抑制。所以必须重视低压配电系统的多级浪涌保护网络。


网络中的浪涌保护器

在供电入口安装电源防雷保护器,在配电屏或配电箱处安装电源浪涌保护器,可以组成很有效的浪涌保护网络。它们之间应隔开适当的距离,以便使保护网络有效分流浪涌能量,逐级降低线路瞬态过电压。如果它们靠的太近,由于配电屏电源浪涌保护器的动作电压较低(一般在900V),入口处的电源防雷器的动作电压较高(1.5KV-3.5KV),可能会使后级的保护器先行导通,造成后级保护器过载,前级保护器不动作,达不到理想的浪涌保护效果。长度为10~30英尺的导线的电感分量足够使前级电源保护器首先导通动作,从而有助于保护网络的分级运行。


瞬态浪涌能量的分解

上升率非常快的瞬态浪涌,其线路传输过程和输电线路上的行波一样。当瞬态波形遇到一个变化的阻抗(如出现在浪涌抑制组件上的阻抗变化一样),一部分瞬态浪涌能量以反极性从抑制组件处反射回来。两个浪涌保护器之间存在线路电感,部分浪涌能量来回地反冲直至逃逸、或以其他形式的能量消耗掉。瞬态浪涌能量的抑制过程是非常复杂的,有一些浪涌能量经过保护器或其他渠道传导进入电源中性线或接地系统,有一些浪涌能量则由浪涌抑制组件将电能变为电磁能、热能等能量形式。剩余的一些浪涌能量将继续沿着线路传送到用电设备。分级浪涌保护网络的目的是将浪涌能量分级吸收、抑制,使到达设备的浪涌能量降低到最小。


只有通过其他途径降低浪涌保护器的动作电压,在浪涌冲击的波前时刻,尽可能早些动作,才能真正达到减少浪涌保护器响应时间的目的。对此,美国
EFI公司长期致力于对电源浪涌保护器的研究,不断推出新的专利技术和性能优越的保护器产品。

其中著名的正弦波跟踪技术(SWT技术)就是采用特殊的抑制电路,将浪涌抑制组件的动作范围局限在与工频交流电波形同步跟踪的几十伏范围内,从而将响应时间很大程度的缩短。经过严格测试的EFI电源浪涌保护器产品动作时间可以达到5纳秒等级。

   

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