电涌保护器（SPD）的能量协调配合，你真的了解吗？

2021-11-15 来源：世界轨道交通资讯网

本文摘要：随着社会的发展，电子信息系统已覆盖至包括轨道交通的各行各业，发挥着非常重要的作用。由于系统内电子元器件工作电压低、耐压水平差等原因，对系统的雷击电磁脉冲（LEMP）防护越来越不可或缺。

　　随着社会的发展，电子信息系统已覆盖至包括轨道交通的各行各业，发挥着非常重要的作用。由于系统内电子元器件工作电压低、耐压水平差等原因，对系统的雷击电磁脉冲（LEMP）防护越来越不可或缺。

　　系统设备的雷电防护一般安装多级电涌保护器（SPD），原因有二：一是不同安装环境中的敏感设备可能遭受雷电电磁脉冲危害不同；二是任何单一电涌保护器在泄流、箝压、响应时间等防护能力指标上均不可能一次性完全满足设备需求，通过单一电涌保护器很难实现大通流量并控制极低的残压，因此需要多级电涌保护器配合使用。在实际使用过程中，由于各级电涌保护器性能参数设计不合理、能量配合常存在较大缺陷、保护器损坏后不能及时与电网脱离等原因，造成对后端设备的保护效果不理想，甚至引起爆炸。

　　传统能量协调解决方案：

　　下图说明了传统开关型SPD（火花间隙SG）和限压型SPD（压敏电阻MOV）能量配合的基本原则。当电涌输入时，由于SPD1（SG）的触发电压较高，SPD2将首先达到启动电压而导通。随着电涌电压继续上升，流过SPD2的电流增大，使SPD2的两端电压U2（残压）上升，当SPD1的两端电压U1（等于SPD2两端的残压U2与去耦元件两端动态压降UDE之和）超过SG的动态火花放电电压USPARK，即U1=U2+UDE≥USPARK时，SG触发导通。只要通过SPD2的电涌电流能量未超出其耐受能力之前SG触发导通，就实现了能量配合。否则，没有实现能量配合，就导致SPD保护失效。这一切取决于MOV的特性和入侵的浪涌电流的陡度、幅度和去耦元件的大小。此外，这种配合还通过SPD1的开关特性，缩短10/350μs的初始冲击电流的半值时间，大大减小了后续SPD的负荷。值得注意的是，SPD1触发导通之前，SPD2将承受全部雷电流，这是一个非常危险的情况，通常SPD2会因承受不了全部雷电流而发生内部压敏电阻炸裂，甚至形成内部击穿通流，引入工作电流，形成短路的危害。

　　开关型SPD和限压型SPD的能量配合模式

　　要形成两者之间的能量协调配合，中间必须加入去耦元件。根据波的传输理论分析，雷电流以入射波的形式沿线路传播，当线路中阻抗不匹配时，雷电流将发生折射和反射，由于一部分雷电流能量将被反射回去，则继续前进的能量必然会减少。同时电感对变化的雷电流有较大的感抗，使入侵波的波头时间拉长，这对其过电压保护是有利的。此时由于入射波近乎全部反射，使SPD1两端的电压已经到达火花间隙的放电电压，但由于折射电压随着电感中电流的逐渐增大而升髙，且火花间隙的响应时间μs量级，而压敏电阻的响应时间为ns量级，所以在火花间隙动作以前，压敏电阻已经到达启动电压，开始动作。而当SPD1动作后，前级泄放主要能量，SPD2将SPD1的高残压限制，以达到输出较低残压的效果，从而实现能量协调配合。

　　DEHN能量协调配合：

　　DEHN是一家具有百年防雷经验的技术导向型企业，具有1100多项防雷专利。

　　DEHN采用创新技术，在Type1火花间隙电涌保护器中加装了电子触发回路，降低了间隙产品的启动电压。电子触发回路含一个脉冲变压器，在后级能量承受极限之前，可以主动触发放电间隙。相比其他同类产品拥有更低的启动电压，可以与后级SPD实现零距离配合，依旧达到前级泄放主要能量，后级输出较低残压的效果，安全高效。