IEC 62368-1 AC电源端口保护组件要求

IEC 62368-1 AC电源端口保护组件要求

      在本文中，我们将详细介绍金属氧化物压敏电阻（MOV）和气体放电管（GDT）的IEC 62368-1组件要求，当它们用于保护可插拔A型设备电源端口时（见图1）。IEC 62368-1将可插拔A型设备分类为具有不可靠的接地/接地连接，除非对本地保护接地（PE）进行特殊的直接连接。为了防止AC电源和PE之间连接的任何电源端口MOV发生故障，GDT必须与这些MOV串联。

      另一个危险是MOV失效成为潜在点火源（PIS）的可能性。IEC 62368-1第G.8条中的许多AC测试旨在使MOV过载而导致故障，以确定故障是否是无害的。

 

 

交流电源值

      通常，设备设计适用于120 V或230 V标称交流电源，或适用于100 V ac至250 V ac的范围。设备交流电源额定值对MOV和GDT电压要求有直接影响。IEC 62368-1表I.1 - 连接到建筑物布线的可插拔信息技术设备（ITE）的II类过电压类别，分配和过电压类别。表12 - 主电源瞬态电压表明，过电压类别II的120 V交流电压瞬态峰值电压为1.5 kV，230 V交流电压为2.5 kV。GDT选择需要这些值。

 

GDT基本绝缘要求

      人们可能有理由相信GDT绝缘要求是在最高预期的交流电源电压的峰值处不会产生火花，但这是不正确的。GDT必须满足电气强度试验的要求，提供基本绝缘，如5.4.9.1 固体绝缘，5.4.2 外部间隙和5.4.3 爬电距离所示。GDT通常不会遇到满足间隙和爬电距离要求的问题，但满足固体绝缘要求会产生标准制定时似乎没有预料到的后果。
 

第5.4.9.1条，固体绝缘，是一种三向选择。必须从表25 瞬态电压中选择合适的测试电压值，表26 工作电压峰值和重复峰值电压以及表27 临时过电压。所有三个电压的最高峰值变为GDT测试电压，其作为峰值AC或DC电压施加。

      例如，120 V AC电源导致测试电压值为1.5 kV峰值（过压类别II），243 V峰值和2 kV峰值。同样，230 V AC电源的测试电压值为2.5 kV峰值（过压类别II），465 V峰值和2.5 kV峰值。对于120 V ac，表27具有2 kV dc或1.41 kV ac的最高电压测试值，表25和27在2.5 kV dc时相等，对于230 V ac则为1.77 kV ac。

 

      在施加测试电压期间，不存在绝缘击穿（也称为GDT的火花放电）。将由测试电压设置的最小GDT火花放电电压更改为标称火花放电电压值，可为120 V交流电压提供2.5 kV GDT，为230 V交流电压提供3 kV电压。将这些GDT与连接在交流电源和PE之间的MOV串联添加意味着在低于1.41 kV ac或1.77 kV ac的电压水平下不能传导或保护，具体取决于交流电源电压。

因此，设计人员可能被迫大大增加设备中的固有绝缘耐受电压，因为它必须高于这些AC / DC测试条件，并且因为3kV GDT可能在4kV下冲击脉冲电压。采用这种方法将有助于进行后期制造高压锅测试。

 

规范性参考文献

      在IEC 62368-1中部分或全部引用并列为规范的文件构成了标准的要求。理想情况下，人们可以拥有所有规范性文件的副本，以完全实现要求标准。当规范性文件的要求与标准本身的文本或两者相互冲突时，就会出现问题。在标准中，存在由规范性参考文献IEC 61051-2 / AMD1引起的冲突，电子设备用压敏电阻 - 第2部分：浪涌抑制压敏电阻分规范和IEC 61643-331，低压浪涌保护装置部件 - 部分331：金属氧化物压敏电阻（MOV）的性能要求和试验方法。要解决这种情况，需要进行解释，如以下各节所述。（请注意，除非解释来自创建标准的IEC小组，否则您必须自己评估任何解释对您自己情况的适用性。）

 

 

MOV或串联MOV和GDT要求

条款G.8，压敏电阻，有四个子条款，包含MOV要求，这些在下面的章节中进行了检查。一些子条款仅适用于MOV，而其他子条款也适用于连接MOV和GDT的系列。

 

一般要求（G.8.1）

      本节提供了两种不同规范标准（IEC 61051-2或IEC 61643-331）中选定的MOV气候类别之间的选择。替代值在两个标准中都可以使用，因为标准是规范性的。所选的IEC 61051-2气候值与IEC 60950-1的附录Q，电压相关电阻（VDR）中的值相同。

 

      在最大连续工作电压（MCOV）下，提供的选择令人困惑。MCOV必须至少为设备额定电压的1.25倍，或至少为设备额定电压范围的上限电压的1.25倍。对于标称额定值为230 V ac的设备，最小MCOV为288 V ac。但是，对于额定电压范围为100 V ac至250 V ac的设备，最小MCOV为313 V ac。在这里和其他地方，这会对额定范围的设备造成不利影响。

      问题是参考电压可以具有两个不同的值。通过将标称230 V交流值增加10％（许多欧洲国家的最大230 V交流限制），然后乘以标称额定值的1.1倍或额定电压的高电压，可以实现这两种方法之间更大的一致性范围为1.14倍。

 

      通过使用1.2 / 50-8 / 20组合波发生器（CWG）施加10个正浪涌或10个负浪涌来验证MOV的浪涌电流能力。表12- 主电源瞬态电压参考电压选择，但这可以通过300 V ac以下的任何交流电源被视为300 V交流电源的说法来抵消。这意味着120 V ac和230 V ac都具有相同的2.5 kV过压II类电压。

 

      标准IEC 61051-2具有表12的缩减版本，其交流电源电压高达300 V ac，高达600 V ac，过压类别I至III。对于II类过压和高达300 V ac，CWG设置为2.5 kV / 1.25 kA。这似乎定义了测试值，但是下面的IEC 62368-1文本进一步混淆了一些事情，说明为了测试表12的过电压类别IV，CWG设置为6 kV / 3 kA。

      这里没有使用“应该”一词，这将使它成为强制性要求，那么它意味着什么呢？可能的话，这个陈述夸大了IEC 60950-1附录Q中提出的值，该值要求CWG测试电平为6 kV / 3 kA（比过电压类别II级高2.4倍）。允许使用IEC 61051-2或IEC 61643-331的替代浪涌测试，如果选择IEC 61051-2，它将支持过压类别II验证。G.8.1的其余部分涉及组件体可燃性。

 

 

一般防火措施（G.8.2.1）

本条款强调MOV应视为PIS，并应采取措施降低点火的可能性并防止火势蔓延。

 

压敏电阻过载测试（G.8.2.2）

      该交流阶跃压力测试适用于MOV或过电压保护电路，该电路包含MOV，该MOV连接在交流电源（L至N），线路与保护接地（L至PE）或中性线至保护接地（N至PE）。测试的概念是逐步增加MOV中的功率直到它失效。通过标准是在测试期间或之后不应有任何危险事件。使用的测试电压基于V r的值，其被定义为设备标称AC电压或范围AC电压的上限。

 

      图2所示的测试电路通过电阻器R X和测试开关SW 向MOV或过压保护电路施加2 x V r 的交流电压源。电阻器R X 定义了预期的短路电流。第一级预期交流电压为0.125 A.应用测试直到监测电流降至零或发生温度稳定。随后的测试步骤将R减半 x值使每次新测试的电流加倍，例如0.25 A，0.5 A，1 A，2 A，4 A等。测试在电路打开时终止。

      测试说明在测试期间，电流或温度限制器的操作将停止电流，并且电流可能由于GDT的操作而开始。如果第二个注释涉及保护电路GDT，则不会发生这种情况，因为如前所述，所需的GDT电压超过2kV。

交流步进应力测试电路 图

 

      如上所述，测试有两个缺点。发生故障事件时，测试会停止，例如断路器操作。因此，断开机构不在较高的断开电流水平下进行测试，其中可能存在大量的操作滞后时间并且电流可能超过断路器能力。2 x V r的电压源限制了电路引起MOV故障的能力。选择MCOV> 2x V r的MOV 意味着永远不会有任何实质的电流传导，并且测试变得无关紧要。

      IEC 62368-1，表G.10通过声明如果MCOV> 2x V r则不需要测试来承认这一点，为了测试单个MOV，2 x MCOV的源电压将确保MOV可以运行失败。如前所述，保护电路GDT的击穿电压将阻止电流流动，使得测试无关紧要。

 

      像G.8.2.2这样的测试已经导致了热保护MOV的产生，MOV是一种包含MOV和热操作断开器的混合部件。热断开可防止MOV过度过热并成为危险品。图3显示了热保护MOV的示例特性。热保护MOV主要用于连接交流电源，当MOV与高压GDT串联时不需要。

断开预期电流与工作时间特性的示例 图

 

临时过电压测试（G.8.2.3-使用IEC 61643-11 8.3.8.1和8.3.8.2测试电路）

 

      对于临时过电压（TOV）测试，使用符合IEC 61643-11标准的测试电路。这些测试适用于保护电路，该保护电路包含MOV连接线到保护接地（L到PE），或中性到保护接地（N到PE）。请注意，没有对交流电源（L到N）端子进行测试。AC电源分配系统和电压的全球变化使得难以清楚地表达对TOV测试的单一，通用的解释，因此该描述限于从单相TN-S分配系统提供的120V ac和230V ac电源。

 

      在开始TOV测试之前，保护电路必须使用G.8.1中规定的CWG浪涌进行预处理（IEC 62368-1：2018说G.8.2，但这是不正确的！）。然而，由于高压GDT火花放电电压要求，CWG 2.5 kV过电压II类测试可能无关紧要，因为GDT可能不会产生火花。同样，以下TOV测试都不会导致保护电路导通，因为施加的电压小于GDT火花放电电压。

 

      IEC 61643-11,8.3.8.1，低压系统TOV故障，适用于TN，TT和IT系统。在图4中，U REF电压源代表最高的预期连续交流电源电压，在IEC 61643-11，附录A中定义。对于120 V ac和230 V ac，U REF值为132 V ac和255 V ac分别。所述ü TOV电压源表示在IEC 61643-11，附录B，表B.1中定义的TOV条件。

      TOV测试时间为5秒和120分钟，5秒U TOV电压为1.32× U REF，120分钟U TOV电压为1.73× U REF。对于120 V ac和230 V ac，U TOV电压为174 V ac，337 s ac为5 s TOV，229 V ac和442 V ac为120 min TOV。测试要求保护电路必须能够承受5 s TOV条件，但允许在120 min TOV条件下出现无危险故障。来自电压源的预期短路电流由电阻器R REF（125 A短路电流）和R TOV（MOV电压> 0.95 U TOV峰值）控制。

低压系统TOV故障情况的示例测试电路  图

 

      IEC 61643-11，第8.3.8.2条，高（中）电压系统TOV故障，仅适用于TT和IT系统，因为它不能在TN系统中发生。因此，以下描述仅用于信息目的。在图5中，1200 V均方根电压源代表IEC 61643-11附录B中定义的TOV条件。与保护电路一起使用0.2 s的TOV测试时间，连接到PE和L或N端子。

      保护电路可以承受这种情况或表现出非危险的故障。基本上，图5测试电路在AC主电源和PE之间插入1200 V rms TOV 0.2 s（SW1位置2），之后PE通过放电电阻R PE连接到中性点。（SW1位置3）。来自电压源的预期短路电流由电阻器R REF（125 A短路）和R 1200（300 A短路）控制。

TT高压系统TOV故障情况的示例测试电路  图

 

设计实例

 

以下示例针对被认为具有不可靠PE连接的A类可插拔设备，从而需要连接到PE的串联MOV和GDT电路。

 

两端保护

 

在这个例子中，单独的两个终端保护直接应用于L到N，L到PE和N到PE（图6）。

单个双端子保护示例 图

 

      标准MOV可用于MOV2a和MOV2b，因为这些MOV串联高压GDT和G.8.2.2，压敏电阻过载，G.8.2.3，TOV测试是良性的。MOV1保护L到N端子对。要将标准MOV用于MOV1，MCOV需要高于交流电源的两倍

 

      从G.8.2.2测试中排除的电压，并且对于L到N端子对没有任何G.8.2.3测试。对于230 V rms交流电源，MCOV> 500 V rms和120 V rms交流电源，MCOV> 265 V rms。对于较低的MCOV值，L至N端子对G.8.2.2测试可能意味着需要使用受热保护的MOV。

 

三端保护

 

在此示例中，共享保护用于L到N，L到PE和N到PE（图7）。

三端子保护电路的示例 图

 

L至PE和N至PE端子分别由串联MOV1a和GDT电路以及串联MOV1b和GDT电路保护。标准MOV适用于L至PE和N至PE条件，因为串联MOV和GDT组合不包括在G.8.2.2，压敏电阻过载，测试中。

 

      MOV1a和MOV1b串联保护L到N端子对。在这种情况下，假设两个MOV相同，则MOV MCOV需要高于交流电源电压，以排除G.8.2.2，压敏电阻过载，允许使用标准MOV的测试。对于230 V rms交流电源，这使得MCOV> 255 V rms，对于120 V rms交流电源，MCOV> 132 V rms。

 

 

单一故障条件

      需要考虑可能的无源元件的短路或断开。重要的是要注意，这不适用于GDT系列等组件，作为符合附录G相关要求的安全措施。在图7中，MOV1a和MOV1b串联在交流电源上，所以如果发生一个短路并且单个MOV上出现完整的交流电源电压？考虑到这种单一故障条件，高电源230 V ac / 120 V交流MOV MCOV值分别增加到MCOV> 255 V rms和MCOV> 132 V rms。对于MCOV值在交流电源电压的100％至63％范围内的MOV，L至N端子对G.8.2.2测试可能需要热保护MOV，除非存在防火外壳。

 

 

摘要

      对于大多数可插拔设备类型A，IEC 62368-1规定的GDT系列高压耐压要求无需测试保护电路至G.8.2.2，压敏电阻过载和G.8.2.3，TOV，测试是无关紧要的。在制定标准时，很难相信没有电应力测试或固有设备绝缘耐压增加的结果。标准MOV可用于L至PE和N至PE保护电路。L / N保护可以使用标准MOV或MOV，前提是总MOV MCOV> 2 x AC主电源电压，或者使用热保护MOV来降低MCOV。