IEC 62368-1 AC電源端口保護(hù)組件要求

      在本文中，我們將詳細(xì)介紹金屬氧化物壓敏電阻（MOV）和氣體放電管（GDT）的IEC 62368-1組件要求，當(dāng)它們用于保護(hù)可插拔A型設(shè)備電源端口時（見圖1）。IEC 62368-1將可插拔A型設(shè)備分類為具有不可靠的接地/接地連接，除非對本地保護(hù)接地（PE）進(jìn)行特殊的直接連接。為了防止AC電源和PE之間連接的任何電源端口MOV發(fā)生故障，GDT必須與這些MOV串聯(lián)。

      另一個危險是MOV失效成為潛在點(diǎn)火源（PIS）的可能性。IEC 62368-1第G.8條中的許多AC測試旨在使MOV過載而導(dǎo)致故障，以確定故障是否是無害的。

 

 

交流電源值

      通常，設(shè)備設(shè)計適用于120 V或230 V標(biāo)稱交流電源，或適用于100 V ac至250 V ac的范圍。設(shè)備交流電源額定值對MOV和GDT電壓要求有直接影響。IEC 62368-1表I.1 - 連接到建筑物布線的可插拔信息技術(shù)設(shè)備（ITE）的II類過電壓類別，分配和過電壓類別。表12 - 主電源瞬態(tài)電壓表明，過電壓類別II的120 V交流電壓瞬態(tài)峰值電壓為1.5 kV，230 V交流電壓為2.5 kV。GDT選擇需要這些值。

 

GDT基本絕緣要求

      人們可能有理由相信GDT絕緣要求是在最高預(yù)期的交流電源電壓的峰值處不會產(chǎn)生火花，但這是不正確的。GDT必須滿足電氣強(qiáng)度試驗的要求，提供基本絕緣，如5.4.9.1 固體絕緣，5.4.2 外部間隙和5.4.3 爬電距離所示。GDT通常不會遇到滿足間隙和爬電距離要求的問題，但滿足固體絕緣要求會產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)制定時似乎沒有預(yù)料到的后果。
 

第5.4.9.1條，固體絕緣，是一種三向選擇。必須從表25 瞬態(tài)電壓中選擇合適的測試電壓值，表26 工作電壓峰值和重復(fù)峰值電壓以及表27 臨時過電壓。所有三個電壓的最高峰值變?yōu)镚DT測試電壓，其作為峰值A(chǔ)C或DC電壓施加。

      例如，120 V AC電源導(dǎo)致測試電壓值為1.5 kV峰值（過壓類別II），243 V峰值和2 kV峰值。同樣，230 V AC電源的測試電壓值為2.5 kV峰值（過壓類別II），465 V峰值和2.5 kV峰值。對于120 V ac，表27具有2 kV dc或1.41 kV ac的最高電壓測試值，表25和27在2.5 kV dc時相等，對于230 V ac則為1.77 kV ac。

 

      在施加測試電壓期間，不存在絕緣擊穿（也稱為GDT的火花放電）。將由測試電壓設(shè)置的最小GDT火花放電電壓更改為標(biāo)稱火花放電電壓值，可為120 V交流電壓提供2.5 kV GDT，為230 V交流電壓提供3 kV電壓。將這些GDT與連接在交流電源和PE之間的MOV串聯(lián)添加意味著在低于1.41 kV ac或1.77 kV ac的電壓水平下不能傳導(dǎo)或保護(hù)，具體取決于交流電源電壓。

因此，設(shè)計人員可能被迫大大增加設(shè)備中的固有絕緣耐受電壓，因為它必須高于這些AC / DC測試條件，并且因為3kV GDT可能在4kV下沖擊脈沖電壓。采用這種方法將有助于進(jìn)行后期制造高壓鍋測試。

 

規(guī)范性參考文獻(xiàn)

      在IEC 62368-1中部分或全部引用并列為規(guī)范的文件構(gòu)成了標(biāo)準(zhǔn)的要求。理想情況下，人們可以擁有所有規(guī)范性文件的副本，以完全實現(xiàn)要求標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)規(guī)范性文件的要求與標(biāo)準(zhǔn)本身的文本或兩者相互沖突時，就會出現(xiàn)問題。在標(biāo)準(zhǔn)中，存在由規(guī)范性參考文獻(xiàn)IEC 61051-2 / AMD1引起的沖突，電子設(shè)備用壓敏電阻 - 第2部分：浪涌抑制壓敏電阻分規(guī)范和IEC 61643-331，低壓浪涌保護(hù)裝置部件 - 部分331：金屬氧化物壓敏電阻（MOV）的性能要求和試驗方法。要解決這種情況，需要進(jìn)行解釋，如以下各節(jié)所述。（請注意，除非解釋來自創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)的IEC小組，否則您必須自己評估任何解釋對您自己情況的適用性。）

 

 

MOV或串聯(lián)MOV和GDT要求

條款G.8，壓敏電阻，有四個子條款，包含MOV要求，這些在下面的章節(jié)中進(jìn)行了檢查。一些子條款僅適用于MOV，而其他子條款也適用于連接MOV和GDT的系列。

 

一般要求（G.8.1）

      本節(jié)提供了兩種不同規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)（IEC 61051-2或IEC 61643-331）中選定的MOV氣候類別之間的選擇。替代值在兩個標(biāo)準(zhǔn)中都可以使用，因為標(biāo)準(zhǔn)是規(guī)范性的。所選的IEC 61051-2氣候值與IEC 60950-1的附錄Q，電壓相關(guān)電阻（VDR）中的值相同。

 

      在最大連續(xù)工作電壓（MCOV）下，提供的選擇令人困惑。MCOV必須至少為設(shè)備額定電壓的1.25倍，或至少為設(shè)備額定電壓范圍的上限電壓的1.25倍。對于標(biāo)稱額定值為230 V ac的設(shè)備，最小MCOV為288 V ac。但是，對于額定電壓范圍為100 V ac至250 V ac的設(shè)備，最小MCOV為313 V ac。在這里和其他地方，這會對額定范圍的設(shè)備造成不利影響。

      問題是參考電壓可以具有兩個不同的值。通過將標(biāo)稱230 V交流值增加10％（許多歐洲國家的最大230 V交流限制），然后乘以標(biāo)稱額定值的1.1倍或額定電壓的高電壓，可以實現(xiàn)這兩種方法之間更大的一致性范圍為1.14倍。

 

      通過使用1.2 / 50-8 / 20組合波發(fā)生器（CWG）施加10個正浪涌或10個負(fù)浪涌來驗證MOV的浪涌電流能力。表12- 主電源瞬態(tài)電壓參考電壓選擇，但這可以通過300 V ac以下的任何交流電源被視為300 V交流電源的說法來抵消。這意味著120 V ac和230 V ac都具有相同的2.5 kV過壓II類電壓。

 

      標(biāo)準(zhǔn)IEC 61051-2具有表12的縮減版本，其交流電源電壓高達(dá)300 V ac，高達(dá)600 V ac，過壓類別I至III。對于II類過壓和高達(dá)300 V ac，CWG設(shè)置為2.5 kV / 1.25 kA。這似乎定義了測試值，但是下面的IEC 62368-1文本進(jìn)一步混淆了一些事情，說明為了測試表12的過電壓類別IV，CWG設(shè)置為6 kV / 3 kA。

      這里沒有使用“應(yīng)該”一詞，這將使它成為強(qiáng)制性要求，那么它意味著什么呢？可能的話，這個陳述夸大了IEC 60950-1附錄Q中提出的值，該值要求CWG測試電平為6 kV / 3 kA（比過電壓類別II級高2.4倍）。允許使用IEC 61051-2或IEC 61643-331的替代浪涌測試，如果選擇IEC 61051-2，它將支持過壓類別II驗證。G.8.1的其余部分涉及組件體可燃性。

 

 

一般防火措施（G.8.2.1）

本條款強(qiáng)調(diào)MOV應(yīng)視為PIS，并應(yīng)采取措施降低點(diǎn)火的可能性并防止火勢蔓延。

 

壓敏電阻過載測試（G.8.2.2）

      該交流階躍壓力測試適用于MOV或過電壓保護(hù)電路，該電路包含MOV，該MOV連接在交流電源（L至N），線路與保護(hù)接地（L至PE）或中性線至保護(hù)接地（N至PE）。測試的概念是逐步增加MOV中的功率直到它失效。通過標(biāo)準(zhǔn)是在測試期間或之后不應(yīng)有任何危險事件。使用的測試電壓基于V r的值，其被定義為設(shè)備標(biāo)稱AC電壓或范圍AC電壓的上限。

 

      圖2所示的測試電路通過電阻器R X和測試開關(guān)SW 向MOV或過壓保護(hù)電路施加2 x V r 的交流電壓源。電阻器R X 定義了預(yù)期的短路電流。第一級預(yù)期交流電壓為0.125 A.應(yīng)用測試直到監(jiān)測電流降至零或發(fā)生溫度穩(wěn)定。隨后的測試步驟將R減半 x值使每次新測試的電流加倍，例如0.25 A，0.5 A，1 A，2 A，4 A等。測試在電路打開時終止。

      測試說明在測試期間，電流或溫度限制器的操作將停止電流，并且電流可能由于GDT的操作而開始。如果第二個注釋涉及保護(hù)電路GDT，則不會發(fā)生這種情況，因為如前所述，所需的GDT電壓超過2kV。

交流步進(jìn)應(yīng)力測試電路 圖

 

      如上所述，測試有兩個缺點(diǎn)。發(fā)生故障事件時，測試會停止，例如斷路器操作。因此，斷開機(jī)構(gòu)不在較高的斷開電流水平下進(jìn)行測試，其中可能存在大量的操作滯后時間并且電流可能超過斷路器能力。2 x V r的電壓源限制了電路引起MOV故障的能力。選擇MCOV> 2x V r的MOV 意味著永遠(yuǎn)不會有任何實質(zhì)的電流傳導(dǎo)，并且測試變得無關(guān)緊要。

      IEC 62368-1，表G.10通過聲明如果MCOV> 2x V r則不需要測試來承認(rèn)這一點(diǎn)，為了測試單個MOV，2 x MCOV的源電壓將確保MOV可以運(yùn)行失敗。如前所述，保護(hù)電路GDT的擊穿電壓將阻止電流流動，使得測試無關(guān)緊要。

 

      像G.8.2.2這樣的測試已經(jīng)導(dǎo)致了熱保護(hù)MOV的產(chǎn)生，MOV是一種包含MOV和熱操作斷開器的混合部件。熱斷開可防止MOV過度過熱并成為危險品。圖3顯示了熱保護(hù)MOV的示例特性。熱保護(hù)MOV主要用于連接交流電源，當(dāng)MOV與高壓GDT串聯(lián)時不需要。

斷開預(yù)期電流與工作時間特性的示例 圖

 

臨時過電壓測試（G.8.2.3-使用IEC 61643-11 8.3.8.1和8.3.8.2測試電路）

 

      對于臨時過電壓（TOV）測試，使用符合IEC 61643-11標(biāo)準(zhǔn)的測試電路。這些測試適用于保護(hù)電路，該保護(hù)電路包含MOV連接線到保護(hù)接地（L到PE），或中性到保護(hù)接地（N到PE）。請注意，沒有對交流電源（L到N）端子進(jìn)行測試。AC電源分配系統(tǒng)和電壓的全球變化使得難以清楚地表達(dá)對TOV測試的單一，通用的解釋，因此該描述限于從單相TN-S分配系統(tǒng)提供的120V ac和230V ac電源。

 

      在開始TOV測試之前，保護(hù)電路必須使用G.8.1中規(guī)定的CWG浪涌進(jìn)行預(yù)處理（IEC 62368-1：2018說G.8.2，但這是不正確的！）。然而，由于高壓GDT火花放電電壓要求，CWG 2.5 kV過電壓II類測試可能無關(guān)緊要，因為GDT可能不會產(chǎn)生火花。同樣，以下TOV測試都不會導(dǎo)致保護(hù)電路導(dǎo)通，因為施加的電壓小于GDT火花放電電壓。

 

      IEC 61643-11,8.3.8.1，低壓系統(tǒng)TOV故障，適用于TN，TT和IT系統(tǒng)。在圖4中，U REF電壓源代表最高的預(yù)期連續(xù)交流電源電壓，在IEC 61643-11，附錄A中定義。對于120 V ac和230 V ac，U REF值為132 V ac和255 V ac分別。所述ü TOV電壓源表示在IEC 61643-11，附錄B，表B.1中定義的TOV條件。

      TOV測試時間為5秒和120分鐘，5秒U TOV電壓為1.32× U REF，120分鐘U TOV電壓為1.73× U REF。對于120 V ac和230 V ac，U TOV電壓為174 V ac，337 s ac為5 s TOV，229 V ac和442 V ac為120 min TOV。測試要求保護(hù)電路必須能夠承受5 s TOV條件，但允許在120 min TOV條件下出現(xiàn)無危險故障。來自電壓源的預(yù)期短路電流由電阻器R REF（125 A短路電流）和R TOV（MOV電壓> 0.95 U TOV峰值）控制。

低壓系統(tǒng)TOV故障情況的示例測試電路  圖

 

      IEC 61643-11，第8.3.8.2條，高（中）電壓系統(tǒng)TOV故障，僅適用于TT和IT系統(tǒng)，因為它不能在TN系統(tǒng)中發(fā)生。因此，以下描述僅用于信息目的。在圖5中，1200 V均方根電壓源代表IEC 61643-11附錄B中定義的TOV條件。與保護(hù)電路一起使用0.2 s的TOV測試時間，連接到PE和L或N端子。

      保護(hù)電路可以承受這種情況或表現(xiàn)出非危險的故障。基本上，圖5測試電路在AC主電源和PE之間插入1200 V rms TOV 0.2 s（SW1位置2），之后PE通過放電電阻R PE連接到中性點(diǎn)。（SW1位置3）。來自電壓源的預(yù)期短路電流由電阻器R REF（125 A短路）和R 1200（300 A短路）控制。

TT高壓系統(tǒng)TOV故障情況的示例測試電路  圖

 

設(shè)計實例

 

以下示例針對被認(rèn)為具有不可靠PE連接的A類可插拔設(shè)備，從而需要連接到PE的串聯(lián)MOV和GDT電路。

 

兩端保護(hù)

 

在這個例子中，單獨(dú)的兩個終端保護(hù)直接應(yīng)用于L到N，L到PE和N到PE（圖6）。

單個雙端子保護(hù)示例 圖

 

      標(biāo)準(zhǔn)MOV可用于MOV2a和MOV2b，因為這些MOV串聯(lián)高壓GDT和G.8.2.2，壓敏電阻過載，G.8.2.3，TOV測試是良性的。MOV1保護(hù)L到N端子對。要將標(biāo)準(zhǔn)MOV用于MOV1，MCOV需要高于交流電源的兩倍

 

      從G.8.2.2測試中排除的電壓，并且對于L到N端子對沒有任何G.8.2.3測試。對于230 V rms交流電源，MCOV> 500 V rms和120 V rms交流電源，MCOV> 265 V rms。對于較低的MCOV值，L至N端子對G.8.2.2測試可能意味著需要使用受熱保護(hù)的MOV。

 

三端保護(hù)

 

在此示例中，共享保護(hù)用于L到N，L到PE和N到PE（圖7）。

三端子保護(hù)電路的示例 圖

 

L至PE和N至PE端子分別由串聯(lián)MOV1a和GDT電路以及串聯(lián)MOV1b和GDT電路保護(hù)。標(biāo)準(zhǔn)MOV適用于L至PE和N至PE條件，因為串聯(lián)MOV和GDT組合不包括在G.8.2.2，壓敏電阻過載，測試中。

 

      MOV1a和MOV1b串聯(lián)保護(hù)L到N端子對。在這種情況下，假設(shè)兩個MOV相同，則MOV MCOV需要高于交流電源電壓，以排除G.8.2.2，壓敏電阻過載，允許使用標(biāo)準(zhǔn)MOV的測試。對于230 V rms交流電源，這使得MCOV> 255 V rms，對于120 V rms交流電源，MCOV> 132 V rms。

 

 

單一故障條件

      需要考慮可能的無源元件的短路或斷開。重要的是要注意，這不適用于GDT系列等組件，作為符合附錄G相關(guān)要求的安全措施。在圖7中，MOV1a和MOV1b串聯(lián)在交流電源上，所以如果發(fā)生一個短路并且單個MOV上出現(xiàn)完整的交流電源電壓？考慮到這種單一故障條件，高電源230 V ac / 120 V交流MOV MCOV值分別增加到MCOV> 255 V rms和MCOV> 132 V rms。對于MCOV值在交流電源電壓的100％至63％范圍內(nèi)的MOV，L至N端子對G.8.2.2測試可能需要熱保護(hù)MOV，除非存在防火外殼。

 

 

摘要

      對于大多數(shù)可插拔設(shè)備類型A，IEC 62368-1規(guī)定的GDT系列高壓耐壓要求無需測試保護(hù)電路至G.8.2.2，壓敏電阻過載和G.8.2.3，TOV，測試是無關(guān)緊要的。在制定標(biāo)準(zhǔn)時，很難相信沒有電應(yīng)力測試或固有設(shè)備絕緣耐壓增加的結(jié)果。標(biāo)準(zhǔn)MOV可用于L至PE和N至PE保護(hù)電路。L / N保護(hù)可以使用標(biāo)準(zhǔn)MOV或MOV，前提是總MOV MCOV> 2 x AC主電源電壓，或者使用熱保護(hù)MOV來降低MCOV。