本文結(jié)合實際,，針對UPS應(yīng)用當(dāng)中的過電壓防護需求,，提出適當(dāng)?shù)慕鉀Q方案。
1.過電壓防護概念的變化
當(dāng)遠處發(fā)生雷擊時,，雷電浪涌通過電網(wǎng)或通訊線路傳輸?shù)皆O(shè)備端,，雖然不一定立即損毀設(shè)備,，也會對設(shè)備內(nèi)部造成累計性損害,。另外,，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，設(shè)備遭受來自線路上的其它浪涌干擾(例如各種動力設(shè)備啟動運行時對電網(wǎng)所帶來的操作過電壓現(xiàn)象)的可能性也很高,，其對設(shè)備的影響可能更大,。
因此,，再簡單直觀地認定“沒有雷電就不需要過電壓防護”,，顯然是不正確的,。可以說,，目前的過電壓防護工作已經(jīng)由傳統(tǒng)的防雷轉(zhuǎn)向直擊雷、雷電電磁脈沖,、地電位反擊和操作過電壓的綜合防護。
2.UPS應(yīng)用中的“防雷”誤區(qū)
2.1誤區(qū)之一：“防雷器”只是防雷
在UPS實際應(yīng)用中,，經(jīng)常會遇到這種情況：明明是晴空萬里,，感覺不到任何雷電的現(xiàn)象,，UPS內(nèi)置的“防雷器”卻損壞了。用戶說是UPS機器質(zhì)量有問題,，可UPS本身卻仍然可以繼續(xù)正常工作,。
如果附近沒有重型的動力設(shè)備，要想用“操作過電壓”來說服用戶,，恐怕也不太容易,。事實上,，國外對此類普通低壓配電線路上的各種電壓浪涌情況,，也有不少統(tǒng)計和報道。例如美國的一則統(tǒng)計表明：在10000小時內(nèi),，在線間發(fā)生的各種電壓值浪涌的次數(shù),，超出原工作電壓一倍以上的浪涌電壓次數(shù)達到800余次，其中超過1000V的就有300余次,。
可想而知，根本不需要雷電作用,，要讓“防雷器”動作或損壞,，是完全可能的,。
2.1誤區(qū)之二：廉價“防雷器”也防雷
不少用戶出于對相關(guān)規(guī)定的考慮,，要求UPS在較低價格的條件下,，也要配置“防雷器”，個別廠家為了“滿足”用戶要求,，隨便裝個小壓敏電阻也稱作“有防雷”,。事實上,，一般小通流容量的壓敏電阻只能具備一定的過電壓防護作用,，如果確實需要防雷，就必須考慮足夠的通流容量器件及相關(guān)的成本,。
3.UPS的過電壓防護需求
UPS作為供電系統(tǒng),，必然存在來自多個方面的線路連接,，包括市電交流輸入、UPS交流輸出,、通信接口等。嚴(yán)格來說,，這三個端口都應(yīng)設(shè)置過電壓防護。本文主要討論交流端口的操作過電壓防護問題,。UPS的過電壓防護包含兩重的意義：一方面,，來自外部的各種浪涌或電壓尖峰對UPS構(gòu)成一定影響，需要進行防護;另一方面,，這些浪涌或電壓尖峰有可能透過UPS影響到負載，必要時也需要進行防護,。
4.小容量UPS的電源過電壓防護特征
配置大型UPS的數(shù)據(jù)中心或控制中心,，其所在的建筑物或機房一般都具備比較完善的整體防雷系統(tǒng),，到達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，還要考慮對周邊電網(wǎng)上的操作過電壓的浪涌沖擊防護,。
另一方面,，大型UPS成本空間較多,，防護方案容易實現(xiàn);而小UPS則成本捉襟見肘，所能采用的防護手段和器件有限,。
5.小容量UPS的電源過電壓防護方案
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(guān)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(wěn)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。
5.1早期的方案
在早期的設(shè)計中,，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(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(xù)積累而來不及散發(fā),，是非常容易損壞的,。
5.2方案的改進
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(shù)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具有如下重要的特點：
A).GDT比之MOV具有較好的重復(fù)放電特性,，不易損壞。
B).MOV是箝位型元件,，而GDT則是短路型元件,。一旦GDT動作之后，呈近似短路的低阻狀態(tài),，其短路動作將可能持續(xù)半個周波(10ms)左右,，直至過零點時才能中斷。因此,，氣體放電管一般需要與短路保護器件(例如保險絲或斷路器等)配合使用,。
C).GDT的動作電壓精度較MOV要低,，通常MOV的動作電壓精度為±10%，而GDT的動作電壓精度為±20%,。
對于戶外型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器件,。
5.3組合方案
由于MOV和GDT具有不同的性能特點，其應(yīng)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(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,。
為了結(jié)合兩種器件的特點,，可以將兩種器件進行組合使用，以發(fā)揮器件各自所長,。
兩種器件串聯(lián)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(lián)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(yīng)用中,，還可以改進，在放電管兩端并接電容器,。發(fā)生電涌時,，電容器初始充電狀態(tài)相當(dāng)于短路，令MOV率先導(dǎo)通,，同時電容器又作為GDT的蓄能元件;電容器充電完畢,，GDT導(dǎo)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UPS的輸出端加一級SPD,，這樣就構(gòu)成了兩級SPD防護網(wǎng)絡(luò)。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,。
6.結(jié)束語
過電壓防護器件的故障同樣也是UPS的故障,，同樣會給UPS的使用和維護帶來極大的不便，在較低成本的條件下，選擇設(shè)計適當(dāng)?shù)倪^電壓防護措施,，已經(jīng)成為現(xiàn)代UPS應(yīng)用的重要環(huán)節(jié),。