UPS電源作為供電系統(tǒng),必然存在來自多個(gè)方面的線路連接,包括市電交流輸入、UPS交流輸出、通信接口等。嚴(yán)格來說,這三個(gè)端口都應(yīng)設(shè)置過電壓防護(hù)。
UPS電源的過電壓防護(hù)包含兩重的意義:一方面,來自外部的各種浪涌或電壓尖峰對(duì)UPS構(gòu)成一定影響,需要進(jìn)行防護(hù);另一方面,這些浪涌或電壓尖峰有可能透過UPS影響到負(fù)載,必要時(shí)也需要進(jìn)行防護(hù)。
配置大型UPS電源的數(shù)據(jù)中心或控制中心,其所在建筑物或機(jī)房一般都具備比較完善的整體防雷系統(tǒng),到達(dá)UPS端的過電壓殘值不高;而小UPS的使用環(huán)境則比較差,除了防雷,還要考慮對(duì)周邊電網(wǎng)上的操作過電壓的浪涌沖擊防護(hù)。
過電壓防護(hù)措施的效果和成本與其器件和方案的選擇有著重要的關(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(wěn)定造成SPD器件頻繁動(dòng)作而提前失效,通流容量較大則造成防護(hù)成本過高。
通常情況下,小容量UPS電源主要還不是考慮防雷,而是對(duì)電源操作過電壓的防護(hù)。
在早期的設(shè)計(jì)中,出于成本考慮,小UPS與其他普通電源產(chǎn)品類似,一般是在200Vac輸入EMI上采用14D471的氧化鋅壓敏電阻(MOV)進(jìn)行過電壓防護(hù)。
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(wěn)定的地區(qū)沒有問題,但是在電網(wǎng)不穩(wěn)定的地區(qū),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(xù)時(shí)間較長(zhǎng),而且呈周期性,這對(duì)于通流容量較小的壓敏電阻來說,吸收浪涌的熱量連續(xù)積累而來不及散發(fā),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(zhǎng)時(shí)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(huì)使防護(hù)成本大大增加(數(shù)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(jī)率和瀉能時(shí)間,而又不增加成本。不過,這會(huì)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(jià)格也還比較便宜。與MOV相比較,GDT具有如下重要的特點(diǎn):
(1)GDT比之MOV具有較好的重復(fù)放電特性,不易損壞。
(2)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(xù)半個(gè)周波(10ms)左右,直至過零點(diǎn)時(shí)才能中斷。因此,氣體放電管一般需要與短路保護(hù)器件(例如保險(xiǎn)或斷路器等)配合使用。
(3)GDT的動(dòng)作電壓精度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(duì)于戶外型UPS,由于雷電浪涌及操作過電壓頻繁,考慮到短路保護(hù)器件的恢復(fù)并不方便,一般不宜直接采用氣體放電管作過電壓防護(hù)器件。
由于MOV和GDT具有不同的性能特點(diǎn),其應(yīng)有也有較大差異。理想的過電壓防護(hù)器件要求漏電流小、動(dòng)作響應(yīng)快、殘壓低、不易老化等,而現(xiàn)有單一器件并不能完全符合要求。
在電涌的沖擊下,MOV與GDT器件的殘壓是不同的。
ups電源為了結(jié)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(zhǎng)。