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        小容量山特UPS不間斷電源對過電壓防護方案

        時間:2019-02-27 13:36 作者:山特官網 點擊:

        小容量山特UPS不間斷電源對過電壓防護方案
        目前,在國內工業用山特UPS電源領域,各大主流廠商專門針對工業應用場合的特點和實際需求,不斷加大研發力度,推出高品質工業用UPS產品,為工業領域智能精密儀器、工業自動化系統等重要設備提供電源保護。其中,艾默生網絡能源作為全球領先的動力產品專家,基于深厚的技術積累和長期服務于工業領域的豐富經驗,研發創新出了一系列具有卓越性能的工業用UPS產品和解決方案,在工業市場中塑造了強勢的品牌影響力。
        小容量山特UPS不間斷電源對過電壓防護方案
        過電壓防護措施的效果和成本與其器件和方案的選擇有著重要的關系。選擇較低動作電壓和較大通流容量的SPD器件可以降低其殘壓,但動作電壓太低會由于電源的不穩造成SPD器件頻繁動作而提前失效,通流容量較大則造成防護成本過高。通常情況下,小容量UPS主要還不是考慮防雷,而是對電源操作過電壓的防護。
        在早期的設計中,出于成本考慮,小山特UPS電源與其他普通電源產品類似,一般是在220Vac輸入EMI上采用14D471的氧化鋅壓敏電阻(MOV)進行過電壓防護。
        一般的14D471壓敏電阻產品,其通流容量大約在6kA(8/20μs,一次)以下,這在電網穩定的地區沒有問題,但是在電網不穩定的地區,采用14D471的壓敏電阻是比較容易損壞的,這是由于操作過電壓浪涌與雷電浪涌相比,幅度雖然較低,但持續時間較長,而且呈周期性,這對于通流容量較小的壓敏電阻來說,吸收浪涌的熱量連續積累而來不及散發,是非常容易損壞的。
        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,既能夠承受較長時間或周期性的過電壓能量瀉放,也能夠令線上的殘壓保持在較低水平。不過,這會使防護成本大大增加(數十倍的增加)。
        另一種方案是增加MOV的動作電壓,例如選用14D561或14D621等MOV器件,使動作電壓從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的動作機率和瀉能時間,而又不增加成本。不過,這會使線上的殘壓有所提高。
        氣體放電管(GDT)是一種新型的適合采用的SPD器件,由于其價格也還比較便宜。與MOV相比較,GDT具有每臺UPS均配置1小時的蓄電池。賣方提供的電源系統應具有電池的智能化管理,采用微處理控制,具有自動“充電—放電”維護功能,嚴格按所配電池充/放電曲線工作。在不切斷市電、不影響逆變器工作、基本不消耗電池容量的情況下,對電池的狀態做出判斷,對異常狀況進行告警,防止人為損壞和違規操作。通過電源管理軟件,還可以危急情況下,自動關斷設備,并保存重要數據。
        小容量山特UPS不間斷電源對過電壓防護方案
        為了更大限度地利用蓄電池的容量,并聯運行的2臺山特UPS電源電源所配的2組蓄電池在1臺UPS退出運行時,可將2組蓄電池經并聯切換供1臺UPS使用,延長供電時間。要求提供1臺蓄電池配電屏,內裝有電池手動聯動開關,可保證上述的安全切換操作。
        由于MOV和GDT具有不同的性能特點,其應用也有較大差異。理想的過電壓防護器件要求漏電流小、動作響應快、殘壓低、不易老化等,而現有單一器件并不能完全符合要求。
        在電涌的沖擊下,MOV與GDT器件的殘壓波形分別如圖三所示:
        為了結合兩種器件的特點,可以將兩種器件進行組合使用,以發揮器件各自所長。
        如圖四所示為兩種器件串聯使用的方式,MOV的漏電流比GDT要大,而GDT則不存在該問題;但GDT則存在跟隨電流的問題,與MOV串聯使用后,MOV對其具有一定的限流作用,并可以及時地中斷跟隨電流。
        在實際應用中,還可以改進為如圖四所示,在放電管兩端并接電容器。發生電涌時,電容器初始充電狀態相當于短路,令MOV率先導通,同時電容器又作為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,還需要同時在山特UPS電源的輸出端加一級SPD,這樣就構成了如圖六所示的兩級SPD防護網絡。SPD1作為第一級過電壓防護器件,電涌入侵時有較高的殘壓,而SPD2則作為第二級過電壓防護,其殘壓較低。
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