直流电涌保护器

直流电涌保护装置旨在保护直流供电系统和设备免受电压突然尖峰或浪涌的影响。直流 SPD 可抑制或转移电压浪涌，防止敏感电子元件受损、系统故障甚至数据丢失。

工作原理

正确选择、安装和维护直流电涌保护装置对于确保有效 电压浪涌保护 在直流系统中。直流 SPD 的性能效果随浪涌额定值、钳位电压、响应时间和具体应用等因素而变化。

您可以按如下方式分解直流电涌保护装置的工作原理：

浪涌检测

直流电涌保护装置可检测直流系统中超出其额定值的电压浪涌。该装置通常利用特殊电路来检测浪涌，以监测电压水平。

电压钳位

直流电涌保护器利用金属氧化物压敏电阻 (MOV) 或气体放电管 (GDT) 等元件来实现电压钳位。这些元件对正常范围内的电压表现出较高的抵抗力，从而允许正常的电流流动。

然而，超过阈值的电压浪涌会显著降低元件的电阻，为浪涌电流创建一条低阻抗路径。超过阈值的电压将被视为浪涌，该阈值称为钳位电压或允许通过电压。

能量吸收

浪涌保护装置的主要元件可在电压浪涌通过装置时吸收多余的能量。金属氧化物压敏电阻 (MOV) 的设计使其在高电压下击穿，将浪涌以热量的形式耗散。

直流防雷器的分类

有多种方法可以对直流电涌保护装置进行分类，这些方法包括配置和使用通用基础。对直流电涌保护装置进行分类的常用方法是基于其主要组件，如下所示：

汽车 SPD

汽车应用中的浪涌保护装置可保护车辆中的电子系统和部件免受破坏性瞬变和电压浪涌的影响。这些影响可能因 EMI、负载突降和电感反冲而产生。

带金属氧化物压敏电阻 (MOV) 的直流 SPD

MOV 是直流 SPD 中的常见元件，可通过转移浪涌提供电压钳位和能量吸收功能，从而保护设备。使用金属氧化物压敏电阻的直流 SPD 具有各种电压额定值和配置，以满足其直流要求。

带气体放电管 (GDT) 的直流 SPD

GDT 也是 DCSPD 中使用的浪涌保护元件，具有快速响应时间和高浪涌电流处理能力。此类 DC SPD 可用于需要强大浪涌保护的 DC 应用，如电信系统。

带有硅雪崩二极管 (SAD) 的直流 SPD

SAD 是一种半导体器件，旨在通过提供低钳位电压和快速响应时间来防止电压瞬变。基于 SAD 的 SPD 用于需要精确电压钳位和低通断电压的敏感电子设备和通信系统。

混合电涌保护器

这些浪涌保护装置结合了 SAD、MOV 和 GDT 等多种技术，可提供增强的瞬变保护性能。它们利用单个组件的优势，提供全面的保护，防止各种瞬变和电压浪涌。

光伏浪涌保护器

这些电涌保护器专为保护太阳能光伏系统免受电气干扰而设计。其设计能够满足直流供电太阳能装置的特殊要求以及光伏板的可靠运行。

直流防雷器的特点

在选择直流电涌保护装置时，考虑其功能和系统要求是必不可少的一步。这可让您确保您的选择适合任务，从而降低损坏和停机风险。

各种特性决定了直流电涌保护装置 (SPD) 在直流供电系统中的性能和可靠性。以下是直流 SPD 中描述的一些常见特性：

额定电压

直流电涌保护装置使用不同的额定电压，与它们要保护的特定直流电源系统相对应。选择额定电压与直流系统相等或超过直流系统的直流 SPD 是确保性能有效性的理想选择。

箝位电压

直流 SPD 的钳位电压是指浪涌事件期间允许通过的最大电压。当电压超过钳位电压时，直流 SPD 会转移和/或吸收瞬态电压，从而保护设备。

最好使用具有较低钳位电压的直流 SPD，因为它们会限制设备可接触的电压量。因此，它为直流供电设备提供了更好的保护。

浪涌电流处理

直流 SPD 的浪涌电流处理能力决定了它可以安全转移或吸收的最大浪涌电流而不会造成损坏。直流 SPD 旨在管理特定的浪涌电流，这是为您的应用选择 SPD 时的一个重要特性。

响应时间

直流电涌保护装置的响应时间决定了对电涌事件做出反应的速度。响应时间快的直流电涌保护装置可以更快地防止电涌，并尽早开始电涌电流转移，从而降低损坏的可能性。

直流 SPD 与交流 SPD 的比较

直流和交流电涌保护装置之间的主要区别取决于所使用的电力系统。因此，两者在电压额定值、电涌处理能力、响应时间和标准方面略有不同。

以下陈述重点介绍了直流和交流电涌保护装置 (SPD) 之间的一些相同点和不同点：

频率处理

由于直流电压恒定，直流系统中使用的电涌保护器没有频率规范。另一方面，交流系统中的电涌保护器具有不同的频率需求，需要不同的处理方式。

极性灵敏度

直流系统中的电涌保护装置对极性敏感，需要以正确的端子对齐方式进行安装。由于交流系统中电压方向不断变化，它们没有特定的端子名称。

浪涌检测和钳位

根据系统设计，直流和交流 SPD 都会通过吸收或将电压浪涌转移到安全水平来抵消电压浪涌。然而，不同的电压特性可能会导致检测和钳位机制发生变化。

额定电压

您会发现直流和交流电涌保护装置的额定电压取决于其所用系统。大多数直流系统的额定电压低于交流系统，交流系统最高可达 400V。

电压类型

这是为直流系统设计的直流SPD与为交流系统设计的交流SPD的根本区别。

直流防雷器主要参数

直流电涌保护装置的参数决定了其在特定直流系统中防电压浪涌的性能和适用性。因此，仔细考虑这些参数和预期使用的系统对于有效匹配至关重要。

直流电涌保护器提供的主要参数包括：

• 漏电流： 直流电涌保护器正常工作时，漏电流是指流过它的最小电流。漏电流越低越好，因为它可以减少散热和功率损失。
• 最大连续工作电压： 根据系统的额定电压定义直流电压，超过该电压时电涌保护装置就会激活。
• 标称放电电流： 描述发生浪涌事件时直流浪涌保护器可以释放的最高电流值。
• 工作温度范围： 定义直流电涌保护装置可最佳运行的温度。此参数是特定于应用的，尤其是当需要保护的直流系统在极端温度条件下运行时。
• 电压保护等级： 表示已激活的直流电涌保护器端子间的最大电压。当流经电涌保护器的电流与标称放电电流匹配时，可达到该值。

直流 SPD 中的主要元件

直流电涌保护器采用各种电子元件来缓解高压电涌。这些元件可分为不同类型，有些利用多种技术组合来发挥优势。

直流电涌保护装置中使用的一些主要组件包括：

• 气体放电管（GDT）

由两个冷负极板组成，封闭在玻璃或陶瓷管内，并由惰性气体（通常为氩气）隔开。它利用辅助触发剂来提高触发放电的概率，并且有两极和三极配置。

• 瞬态电压抑制 (TVS) 二极管

这些是工作在反向击穿区的特殊二极管。它们可箝位和调节电压。其降低的箝位电压和快速响应使其可用于作为最后一层的多层保护电路。

• 金属氧化物压敏电阻 (MOV)

MOV是一种利用氧化锌作为金属氧化物的半导体，具有非线性电阻特性，电压波动体现的是电阻值的变化，其工作原理类似于多个PN结的串并联。

• 火花隙

通常由暴露在空气中的金属杆配对而成，并留有间隔距离，一根杆连接到中性线或电源相线。另一根杆连接到接地端子，电压浪涌会破坏间隔并转移浪涌。

• 扼流圈

采用铁氧体磁芯，由对称缠绕的线圈对组成，线圈对具有相同的尺寸和匝数，从而形成具有四个端子的设备。它主要减轻共模信号电感，同时对差模信号漏电感的影响最小。

使用直流 SPD 的优点

通过使用直流 SPD，可以有效地减轻直流供电系统对电压浪涌的脆弱性，从而提高设备保护、系统可靠性和整体运行安全性。

使用直流电涌保护装置的好处总结如下：

i. 设备保护： 这是为直流系统配置电涌保护装置的主要好处。它可以转移或抑制过大的电压浪涌，保护设备免受损坏。

ii. 延长设备使用寿命： 通过直流 SPD 避免浪涌的破坏性影响可使设备运行更长时间。否则，未受保护的设备很容易受到电压浪涌的影响，从而导致损坏或性能下降。

iii. 安全保障： 发生浪涌事件时，它们会造成安全隐患，尤其是在使用高能量直流电源的工业环境中。通过吸收或重新引导浪涌能量，这些设备可降低发生电气故障、火灾或其他安全隐患的可能性。

iv. 系统可靠性： 电涌保护器有助于提高直流系统的保护可靠性。它们可降低设备故障的风险，有助于维持连续运行并最大限度地减少中断。

选择 SPD 时要考虑的因素

选择直流电涌保护装置时，请确保它与您的系统兼容，为您提供所需的保护。这样，您将受益于它在最大限度降低与电压瞬变相关的潜在风险方面的作用。

需要考虑的一些关键因素包括：

• 当前评级： 直流 SPD 的额定电流应能够支持系统的最大工作电流。这样，系统负载才不会过热而导致故障。
• 制造商的声誉： 调查制造商并评估他们在生产高质量 SPD 和提供优质客户支持方面的声誉和可靠性。
• 响应时间： 电涌保护装置的响应时间表示其对电涌事件的反应速度。您需要一个短暂的响应时间，以快速处理瞬变并抵消任何即将发生的损害。
• 符合标准： 验证直流电涌保护装置是否符合必要的行业标准。这些标准可确保您购买的电涌保护装置符合性能标准。
• 浪涌电流容量： 评估直流 SPD 的预期浪涌电流容量，确保它能够有效地处理浪涌而不会不堪重负。
• 额定电压： 直流系统的最大工作电压决定了直流 SPD 的额定电压。如果要提供有效的浪涌保护，其额定电压应等于或超过该值。

安装直流防雷器

直流电涌保护装置的安装应谨慎进行，以免装置性能低下甚至损坏。安装时，请牢记装置型号、系统特性和当地法规。

以下是安装过程中的一些主要注意事项：

1. 选择合适的位置，使其尽可能靠近受保护的设备。还应便于维护和检查时接近。
2. 按照制造商提供的说明安装直流电涌保护装置。使用适当的硬件和间隙将其牢固地固定在适当的表面上，以确保充分散热和通风。
3. 按照说明使用标准电缆或导线将直流电涌保护装置连接到电源系统。这些电缆或导线应牢固且有适当的端接，并且能够处理最大预期电流。
4. 配置可靠、低电阻的接地系统，以帮助直流 SPD 安全转移浪涌电流。

测试直流电涌保护装置

测试直流电涌保护装置可验证其功能，确保其能够有效地保护设备免受电压浪涌的影响。测试时，将测试结果与 SPD 需要遵守的特定响应特性进行比较。

常用的测试包括：

• 绝缘电阻测试： 在这里，您将 SPD 与直流电源断开，并测量设备与接地端子之间的电阻。这可确保不存在泄漏或故障路径。
• 电压降测试： 此测试可确保电压降在规定的范围内。将设备连接到直流电源，然后施加额定电压并进行测量。
• 浪涌测试： 在这里，您可以通过将浪涌脉冲施加到浪涌保护装置来模拟瞬态浪涌。然后，检查波形并将其与测试规范进行比较。

直流 SPD 使用的标准

标准确定了直流电涌保护装置的质量、可靠性和安全性。这些标准由监管机构提供，包括：

• 美国国家标准/电气电子工程师学会45: 展望了直流系统中电涌保护装置的电涌测试性能。
• 国际电工委员会61643-11: 讨论连接到低压系统的直流 SPD 的测试方法和要求。
• 国际电工委员会61643-21: 提供针对信号网络和电信中使用的直流 SPD 特定测试方法的指南。
• 国际电工委员会61643-22: 介绍了电信和传输网络中使用的直流SPD的选择和应用。
• 美国保险商实验室（UL）1449： 概述直流 SPD 的安全和性能程序。

直流防雷器的应用

直流 SPD 在保护设备免受电压浪涌影响方面的作用在以下不同应用中得到体现：

i. 数据中心： 直流 SPD 对于防止存储设备、网络设备和服务器中的数据丢失和设备损坏至关重要。

ii. 工业控制系统： 用于利用直流电的控制设备，例如传感器、可编程逻辑控制器 (PLC) 和电机驱动器。

iii. 可再生能源： 风力发电和太阳能光伏装置利用直流 SPD 来保护逆变器等敏感电子设备。

iv. 存储系统： 利用电池能量的存储系统中的直流 SPD 可保护电池组、监控系统和电源转换设备。

v. 电信： 直流 SPD 被安装在通信设施和数据中心，以保护数据传输线路和电源等关键设备。

vi. 运输系统： 电动汽车、有轨电车和火车以及电力变电站在充电站、电子控制单元和配电系统中采用直流 SPD。

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