1、 半導體變流器的過電壓保護半導體變流器的過電壓保護蘇州電通電力電子有限公司孫丹峰如何使用電壓限制型電涌保護器如何使用電壓限制型電涌保護器抑制變流器中的各種過電壓抑制變流器中的各種過電壓何為電壓限制型電涌保護器？何為電壓限制型電涌保護器？至少包含有兩個端口和一個非線性元件，至少包含有兩個端口和一個非線性元件，該元件在沒有電涌時具有高阻抗，但是隨該元件在沒有電涌時具有高阻抗，但是隨著電涌電流和電壓的上升，其阻抗將會持著電涌電流和電壓的上升，其阻抗將會持續地減小。該非線性元件通常為金屬氧化續地減小。該非線性元件通常為金屬氧化物壓敏電阻片（物壓敏電阻片（MOV）。）。 電壓限制型電涌保護器電壓限制型電

2、涌保護器/裝置的分類裝置的分類差模電涌保護器共模電涌保護器復合式電涌保護器智能型電涌保護器智能型差模電涌保護器智能型差模電涌保護器新SVP系列電涌保護箱各種電涌保護器的用途各種電涌保護器的用途差模電涌保護器（DSP）的用途：安裝在變流器的網側和/或直流側，抑制由于供電變壓器空載分閘引起的操作過電壓以及過流保護元件或裝置動作引起的網側和直流側的操作過電壓 。核心功能元件：Zn-Bi-Ti系MOV（MOV-1）差模：安裝于L-L或L-N之間各種電涌保護器的用途各種電涌保護器的用途共模電涌保護器（CSP）的用途：安裝在變流器的網側和/或直流側，用于抑制從供電變壓器一次側耦合至二次側的大氣過電壓和靜電

3、感應過電壓、供電變壓器二次側直接感應的大氣過電壓和變流器直流側感應的大氣過電壓 。 核心功能元件：Zn-Bi-Sb系MOV（MOV-2） 共模：安裝于L-PE/G或N-PE/G各種電涌保護器的用途各種電涌保護器的用途復合式電涌保護器（DCP）：以MOV-1和MOV-2為核心功能元件的3端口復合式電涌保護器，它同時具備差模保護和共模保護的功能，可視為DSP系列和CSP系列電涌保護器的復合體。DCP=DSP+CSP 各種電涌保護器的用途各種電涌保護器的用途電涌吸收裝置（SVP）：將DSP差模電涌保護器、CSP共模電涌保護器、放電計數器、安全脫扣器、對地絕緣電阻實時監視器和故障報警器復合為一體的半導

4、體變流器電涌吸收箱。它具有功能齊全、界面友好、接線方便、安全可靠的優點，適合安裝在多機變流系統的公共變壓器閥側起一級主電涌保護作用或在大型和重要工程中使用。接線方式LTLTLTFACFBFBFBFBFBFBT1T3T5T4T6T2FDCQBLaDSPCSPCSPCSPDSPPEPELACLACLACFACFAC綜合過電壓保護箱電路原理圖綜合過電壓保護箱電路原理圖操作過電壓的物理模型I0LRKuvivRV1/vviCu1/vvdd-iCtiL操作過電壓的物理模型iV t 0IPtktLCI)/11 (i)1/-(10)1/-(1vtLCIi0vI0CILt0k操作過電壓作用于MOV的波形電壓波形

5、電流波形大氣過電壓的標準放電波形峰值峰值尾沿尾沿前沿前沿8/20標準雷電流波形示意圖標準雷電流波形示意圖前沿時間Ts8s10半峰值時間Tr20s10 圖1-2-5 8/20s電流波與壓敏電阻殘壓波形的對應關系大氣過電壓對變流器的影響共模保護十分必要傳統方法存在的問題未考慮專門的大氣過電壓（共模）保護；忽視差模電涌保護器動作時，電路暫態過程的計算，導致對限制電壓（電壓保護水平）的估計不準確；根據電感元件的儲能來選擇差模電涌保護器的能量吸收能力的方法不符合MOV的特性；傳統方法存在的問題傳統方法存在的問題電涌保護設計上的誤區整流變壓器一次側“三叉戟”避雷器電路原理在供電變壓器高壓側安裝有過壓保護裝

6、置時，變壓器的低壓側不安裝電涌保護器。造成變流器過壓損壞。傳統方法存在的問題GB/T 10193-97 idt IEC 61051 電子設備用浪涌抑制型壓敏電阻總規范；GB 18802.1 idt IEC 61643-1 低壓配電系統電涌保護器 第1部分 性能要求與實驗方法；IEC 61643-331低壓配電系統電涌保護器 用MOV技術規范壓敏電阻技術介紹壓敏電阻技術介紹術語、技術指標和技術資料1.動作電壓UN在規定的溫度和直流參考電流（1mA或10mA）下測得的電涌保護器兩端的電壓值，也稱為壓敏電壓或直流參考電壓。對同一規格的過壓保護器， UN的制造偏差不超過其額定值的5%（差模）和10%（

7、共模） ；壓敏電阻技術介紹2. 最大交流荷電率SAM在規定溫度下，允許連續施加在過壓保護器上的最大工頻電壓幅值與電涌保護器動作電壓UN之比。 差模：0.85，共模：0.97。3. 最大直流荷電率SDM 在規定溫度下， 最大連續直流電壓與過壓保護器動作電壓UN之比。差模：0.75，共模：0.84 。壓敏電阻技術介紹4.標稱放電電流 In電涌保護器能夠承受的規定次數（至少15次）和峰值的8/20s最大沖擊電流。5.操作電流波形/三角電流波形快速切斷儲能電感元件中的電流所產生的操作過電壓使電涌保護器導通時，流過電涌保護器的電流隨時間變化過程的曲線。通常，當儲能元件的感抗遠大于它的直流電阻時，該曲線的

8、形狀接近于一個直角三角形。壓敏電阻技術介紹6. 限制電壓Ucl規定波形的電流流過電涌保護器時，它兩端的電壓峰值。注：對同一只電涌保護器，不同波形下相同峰值電流的限制電壓有可能不相等。壓敏電阻技術介紹7. 等效方波電流Isw實際流過電涌保護器的電流峰值或初值。8.等效方波時間tsw將實際流過電涌保護器的電流波形按電荷量等效原則轉換為方波電流波形，該電流方波的持續時間。壓敏電阻技術介紹操作電流波操作電流波/三角波的等效方波電流和等效方波時間三角波的等效方波電流和等效方波時間壓敏電阻技術介紹8/20標準雷電流的等效方波電流和等效方波時間壓敏電阻技術介紹9. 脈沖降額曲線在給定的重復沖擊次數n下，測得

9、的最大等效方波電流與等效方波時間的關系曲線。壓敏電阻技術介紹壓敏電阻技術介紹10. 直流伏安特性曲線表示電涌保護器的直流限制電壓與流過過壓保護器的直流電流之間的關系曲線。注：電涌保護器被操作過電壓觸發導通且等效方波時間800s情況下，實際的伏安特性曲線與直流伏安特性曲線基本相同。 壓敏電阻技術介紹11. 8/20電流波形下的伏安特性曲線 以8/20波形的沖擊電流測得的電涌保護器的限制電壓與峰值電流的關系曲線。壓敏電阻技術介紹高能型MOV與高壓型MOV的區別DSP電壓限制型保護器的選型原則正確選擇動作電壓，保證保護器自身的安全；使保護器動作時的電壓小于被保護器件的最大允許峰值電壓，保證其過壓保護

10、的實際效果；使保護器的壽命達到預期值。網側DSP差模保護器的選型n額定動作電壓UNA UNA2 U2L(1+r)0.95SAM當重復峰值電壓與工作峰值電壓之比ULRM/ULWM 1.35且脈沖持續時間較長時，施加在網側差模過壓保護器上的平均功耗不得超過差模過壓保護器的的額定功率。 網側DSP差模保護器的選型n估算供電變壓器空載分閘時網側差模電涌保護器的等效方波電流參數 Isw2 2KZ(I0%/100)KtI1L3tswLtmIswCA103Ltm3U1LwI1L(I0%/100)Kt2（ms）（A）（H）（供電變壓器二次側繞組等效接時折算二次側的單相激磁電感值 ）2網側DSP差模保護器的選型

11、判斷各種過流保護元件或裝置動作時網側差模過壓保護器是否導通并計算其導通時的等效方波電流參數變流器中出現過電流故障時，依過電流故障發生的原因、負載性質和設計功率的不同，可能設置有安裝于不同位置和參數的過流保護元件或裝置。常見的過流保護元件或裝置有：直流側快速開關、直流側快速熔斷器、橋臂快速熔斷器和交流側相接快速熔斷器。各種過流保護元件或裝置動作時網側差模電涌保護器是否導通以及其導通時的等效方波電流參數的大小，不僅與其自身的參數有關，網側DSP差模保護器的選型而且還依賴于這些過流保護元件或裝置的特性（如直流側快速開關的電弧電壓、固有機構時間，快速熔斷器的弧前I2t、額定電壓和總分斷I2t等）有關，

12、因此網側差模過壓保護器的選型應與這些過流保護元件或裝置的選型協調進行。應根據預選網側差模電涌保護器和其它相關電路參數，通過電路暫態計算，分別判斷已設置的每種過流保護元件或裝置動作時，預選網側差模過壓保護器是否導通并計算在各種導通情況下的最大電流波形，分別求出各種最大電流波形的等效方波電流參數（Isw，tsw）。網側DSP差模保護器的選型脈沖降額曲線和伏安特性曲線校驗并選定產品規格 將各種可能情況下的等效方波電流參數（Isw，tsw）轉換成相應系列產品的脈沖降額曲線圖中的坐標點（又稱為工作點） 網側DSP差模保護器的選型網側DSP差模保護器的選型最終所選產品規格，其特性應同時滿足以下兩個條件：1

13、）對應著所選沖擊壽命值n的降額曲線位于所有的工作點之上；2）各種導通情況下的等效方波電流的最大值在直流伏安特性曲線上所對應的限制電壓Ucl應不大于被保護晶閘管的最大反向重復峰值電壓URRM。直流側DSP差模保護器的選型計算 額定動作電壓UND? ?SrUU+當重復峰值電壓與工作峰值電壓之比ULRM/ULWM 1.35且脈沖持續時間較長時，施加在網側差模過壓保護器上的平均功耗不得超過差模過壓保護器的的額定功率。 直流側DSP差模保護器的選型計算判斷各種過流保護元件或裝置動作時直流側差模過壓保護器是否導通并計算其導通時的等效方波電流參數脈沖降額曲線和伏安特性曲線校驗并選定產品規格 共模電涌保護器的

14、選型計算 在變流器中同時使用共模電涌保護器和差模電涌保護器或使用既有共模保護功能也有差模保護功能的復合式過壓保護器時，應盡量避免這兩類過壓保護器在過電壓發生時同時導通，尤其應當避免操作過電壓發生時共模過壓保護器的導通。共模過壓保護器對大氣過電壓和靜電感應過電壓的抑制效果不僅同其自身的參數和性能有關，而且還強烈地依賴于變流器的交流進線和直流母線的對地絕緣電阻的大小，因此在使用共模過壓保護器的情況下，在網側和直流側安裝性能可靠的實時絕緣監視裝置。網側CSP共模保護器的選型n額定動作電壓UNAC 為避免操作過電壓發生時網側共模過壓保護器導通，UNAC的選值應滿足以下條件： 2 0.9 UNACUcl(Iswm)網側CSP共模保