1、 前言

多年來電力電子瞬態高壓浪涌實踐證明，瞬態高壓浪涌(持續期短至微秒級的尖峰脈沖，見圖1所示)可能會以下述三種形式串入用戶供電系統中

?

?

1.1產生于配電線路上
?
*打在電網上的直擊雷；

*感應雷透過感應方式耦合到電子設備的電源線、控制訊號線或通訊線上；

*高壓線路的短路故障。

其沖擊電流可高達200-300KA，脈寬0.1-0.2ms的高壓尖峰脈沖，持續1—2秒。

1.2在用戶的供電系統中產生的工作浪涌

*高壓變壓器的投入或切除；

*大型電動機及水泵的啟、停；

*電焊機的運行；

*補償調整電容系統的調節；

*重載可控硅負載的運行。

而其電流可高達100KA數量級，峰值電壓最高達6000V。

1.3產生于內部末端負載間的瞬態浪涌

*復印機運行

*激光打印機開啟

*繼電器、開關、電磁閥、變頻調速器引起的線路間干t

*末端負載過流短路故障

*靜電放電

而其峰值電壓可達5000V，沖擊電流幾百安培數量級。

2、瞬態浪涌電流、電壓的危害

根據IEEE國際標準對浪涌可能對用戶負載產生的危害，可分級為如下三種：

*會對用戶的設備立即造成災害性不可恢復的直接經濟損失；

*整個系統停頓，如銀行電腦服務停頓，移動電話通訊中止等間接經濟損失。

2.2浪涌電壓處于1.2KV-2.1KV數量級

*造成用戶設備中的某些部件被損壞或致使其性能提前老化；

*電子設備的線路板及元件燒毀。

2.3浪涌電壓達到700-800V數量級的浪涌過多過頻出現

*傳輸或存儲的訊號或數量錯亂或丟失；

*服務器或電腦死機。

3、串并聯系列瞬態抗浪涌抑制器在通信網絡與能源動力新領域中的應用

隨著經濟技術的發展，TVSS應用不再局限于電力電器設備，而是進入到通信網絡與能源動力新領域之中，如衛星、微波通信、網絡伺服器及程控交換機等會出現瞬態高壓浪涌之設備，見圖2所示的ACV系列并聯型系列瞬態抗浪涌抑制器ACV230111RKE與S系列并聯型瞬態抗浪涌抑制器S230Y333及F系列串聯型瞬態抗浪涌抑制器。

4、TVSS(瞬態電壓浪涌抑制器)在串并聯瞬態抗浪涌抑制器中的應用原理

在正常情況下，電流經線路供給負載，而TVSS處于高阻斷狀態。當有浪涌出現時，TVSS對其超過鉗位電平的部分尖脈沖幅值予以短路，導通時間為納秒(ns)級，見圖3的并聯型系列瞬態抗浪涌抑制器與圖4所示的串聯型系列瞬態抗浪涌抑制器原理圖。

?

4.1 ACV與S系列并聯型瞬態抗浪涌抑制器

圖3中，鉗位電壓值為一般電子設備可承受有最大瞬間電壓，TVSS與負載并聯， 當浪涌被吸收后，重新處于高阻斷狀態。在工作過程中，相線-相線，相線-中線，相線-地線，中線-地線都具有浪涌抑制模塊全方位位進行保護。其S系列產品為大型瞬態抗浪涌抑制器100KA- 400KA；而ACV系列小型瞬態抗浪涌抑制器40KA-80KA。

4.2 F系列串聯型瞬態抗浪涌抑制器

?

?

圖4(a)為實際較普遍的F系列串聯型瞬態抗浪涌抑制器原理是采用低通串聯混合技術，它由并聯的TVSS模塊和串聯的環波濾波及正弦波跟蹤電路共同組合而成，在圖4中所。經并聯的TVSS部分能吸收大于鉗位電平的高壓浪涌，串聯的低通濾波器用于消除出現于相線-中線間的高頻差模干擾，輸出給負載平滑的正弦波，具體功能為：

*MOV(金屬電氧化物壓敏電阻)陣列是TVSS的一種，特點是快速反應? 吸收高壓浪涌見圖4(b)；

*電路分流元件。跟蹤正弦波，吸收尖脈沖，見圖4(c)；

*串聯模塊電感，平滑波形正弦波跟蹤濾波器，消除環波干擾見圖4(c)。

其F系列產品為靈敏跟蹤電流露波器：瞬戀浪涌抑制電流，100KA-400KA；負載電流為30A-4000A。

5、瞬態抗浪涌抑制器獨一無二的技術優勢

5.1快速響應時間：

??? * 響應時間是指將尖峰浪涌電壓抑制到鉗位電壓的時間；

??? * 時間越短，通過負載的高電壓越小，如艾默生抗浪涌設備響應時間可達0.5ns，同類產品之中能很為先進。

5.2內置保險絲專利技術：

*每一個MOV(金屬電氧化物壓敏電阻)抑制模塊均配有使其置全運行的內置獨立保險絲，允許額定的沖擊電流通過保險絲而不動作；

*砂封裝、高度隔離、吸收因浪涌產生的大量熱量；

*每個保險絲的 熔斷特性設計較MOV小，遇到高浪涌串入，99％純銀保險絲氣化，MOV以開路形式? 消除電弧短路而產生冒煙或犀炸的可能，達到安全目的。

5.3? MOV(金屬電氧化物壓敏電阻)浪涌抑制模塊的匹配

從見圖5所示可見：

?

*并聯MOV模塊V-I特性精度為1%；

*每一個MOV模塊均經過出廠前測試；

*每組模塊采用堅硬的環氧金屬外殼，即使發生個別模塊故障也不會對負載產生任何影響；

*內部MOV模塊之間采用特殊高頻連接方法兼且各路阻抗均等，減少電感特性而引起的Ldi/dtt殘壓。

5.4先進的便于使用的診斷

*在所有保護方式中，所有抑制部件都有在線系統實剛監視和統計，為改善供電質量提供了可靠的數據；

*每個抑制模塊可在不影響負載供電的晴況下即時更換，從而延長系統的MTBF平均無故障工作時間；

*聲響報警器(可備選)；

*C型干接點遠程報警訊號(可備選)；

*遠程報警監視板(可備選)-通過于接點，把故障狀態通知遠端監控中心；

*雙7位浪涌計數器(備選)-對電網寬超過100us，峰值超過700V鉗位電平的差模于擾及在正弦波包路線上，幅值超過125V的共模干擾分別計數。

5.5 全面保護

見圖6所示可見：

?

*全方位L-N、L-G、N-G；

*各種保護模式，共模干擾和差模干擾都得到有效抑制。

5.6具有 EMI/RFI抗電磁/射頻干擾濾波器

*濾除100KHz-100MHz。

6、以ACV系列并聯型瞬態抗浪涌抑制器為例(艾默生產的抗浪涌設備)介紹參數。

抑制能力：40A-80KA，與外形見圖7(a)。所示：

?

?

其K-帶缺相，低壓斷擔憂保護失效等報警記錄，其E-帶EMI／RRI濾波器。

*環氧樹脂材料外殼，堅固耐磨損，適合室外各種環境

*掛墻式安裝。也可直接安裝于配電柜內，電源軟線插頭見圖7(b)。

?

?

7、新型高壓浪涌保護裝置的測試設備的設計方案

為什么要開發高壓浪涌保護裝置的測試設備，即開發一種基于PXI的高精度測量系統？主要目的是為應用在高架配電系統和鐵路電力系統的中壓與高壓浪涌保護裝置中的金屬氧化物變阻器的性能作出檢定。這關系到整個電力配電系統的安全與運行的可靠性。

7.1問題的提出-金屬氧化物變阻器出現與測試技術上的新要求：

為滿足國內外能源工業日益增長的對可靠性的要求，屬高壓浪涌保護裝置的空氣與氣體絕緣浪涌保護裝置，能有效地保護中、高壓網絡不受閃電或閉合斷路器所產生的過高壓損害。這些浪涌保護裝置可以承受高達528KV的連續操作電壓，以及波形變換高達4/10ms、電流強度高達100KA的沖擊電流。在這些極端的操作條件下，對這些浪涌保護裝置及其內部金屬氧化物變阻器的測試提出了一個特殊的新要求。

當前各種金屬氧化物變阻器，直徑從38mm到108mm，電壓級別從100V到6KV最大連續操作電壓。為制造中壓或高壓浪涌保護裝置，將若干個變阻器進行串聯并將其裝入絕緣材料制成的箱子里。不測試整個裝配好的變阻器，而是分別測試每個變阻器，從而將電壓要求降低到更加可操作的水平。

7.2解決方案：

開發一種基于PXI的高精度測量系統，采用了14位100MS/S數字化儀PXI-5122進行高精度的幅值測量，并應用MIX—3光纖連接技術解決測試中電氣隔離，確保人身安全在開發與標準適應性類型測試過程中，使用脈沖電流發生器，可向變阻器注入高達200KA的雙指數電流脈沖。該測試系統可產生模擬閃電打擊或斷路器閉合條件的波形脈沖電流，并測量金屬氧化物變阻器兩端的剩余電壓以及通過該變阻器的電流。剩余電壓表示在電流脈沖期間兩端出現的電壓峰值。該系統還計算輸入金屬氧化物變阻器的瞬間功率和能量。

7.21以適用于更高精度的高分辨率測量

??? 為將電壓和電流降到一個可以直接測試的水平，將使用一個含有電容器和大阻值電阻的分壓器和一個用于快速瞬間脈沖的特別的極低阻值脈沖電流分路器，將兩個PXI-5122 14位100MS/s數字化儀與分壓器進行連接，分路測量測試過程中產生的瞬間電壓和電流。由于需要測量信號的瞬間特征，因此必需具備PXI-5122數字化儀的14位垂直分辨率和高采樣率。原先的測試系統基于10位數字化儀，而PXI-5122數字化儀則將測量精度增大了14倍，使能更好地檢定變阻器的性能。然后我們再使用LabVIEW內置的分析能力來測定峰值、上升時間與半峰時間值。此外，還使用電壓和電流數據來計算瞬間輸入功率、瞬間電阻以及完全轉換的能量。

7.22 MXI-3光纖連接提供高數據吞吐量與隔離：

通過使用基于PXI的系統，如今可以在基于GPIB的老式系統僅能傳輸數千字節的時間內，傳輸數以兆計字節的數據。由于能以更快的速度收集數據，能夠通過以PCI-DIO-24數字I/O板卡和繼電器模塊替換功率斷路器而快速對測試系統進行重新配置。通過提高數據處理速度，可以在IEC 60099-4標準規定的浪涌保護裝置測試時間內對變阻器進行強電流動作負載測試，效果比以前提高很多。

??? 上升時間為4μS的100KA電流沖擊會形成極強的電磁場，有可能損壞電腦主機并傷害操作人員。為提高系統的安全性并將設備的風險降到最低，在兩個PXI-1002四槽機箱內各安裝了一個PXI-5122數字化儀。將機箱以? “菊花鏈” 方式鏈接，然后使用MXI-3遠程光纖將其與電腦主機進行連接。以此在兩個數字化儀與電腦主機之間提供光耦合，從而排除了電腦與脈沖發生器之間的電路連接。由于測量電壓和電流的數字化儀分別處于相互絕緣的機箱內，可以避免由電路產生大的感應渦流。如果在強磁場環境中形成此種渦流，就會產生大的感應電壓干擾測量結果。

7.3設計方案的實施

該高壓浪涌保護裝置測試裝置的設計方案可用于能源動力領域之中新通過在測試系統中使用LabVIEW 7Express、MXI-3遠程光纜和PXI-5122數字化儀，提高了測試結果，同時還提高了測試系統的安全性。此外，由于PXI具有的高處理能力，現在可以在IEC 60099-4標準要求的時間內完成所有測試。

8、結束語

由上可知，F、ACV、S系列串并聯型的瞬態抗浪涌抑制器，瞬態抗浪涌抑制器，它們各有特點，應根據現埸技術要求作出選用，無論意怎樣必須掌握其技術參數的特征，做到恰如其分。

?