通常情况下,小容量UPS不间断电源主要还不是考虑防雷,而是对电源操作过电压的防护。在早期的设计中,出于成本考虑,小UPS不间断电源与其他普通电源产品类似,一般是在200Vac输入EMI上采用14D471的氧化锌压敏电阻(MOV)进行过电压防护。
般的14D471压敏电阻产品,其通流容量大约在6kA(8/20μs,一次)以下,这在电网稳定的地区没有问题,在电网不稳定的地区,采用14D471的压敏电阻是比较容易损坏的,这是由于操作过电压浪涌与雷电浪涌相比,幅度较低,但持续时间较长,呈周期性,这对于通流容量较小的压敏电阻来说,吸收浪涌的热量连续积累而来不及散发,是非常容易损坏的。
一种方案是增加MOV的通流容量,例如选用20D471、25D471甚至32D471的MOV器件,使通流容量提高到10kA至25kA(8/20μs,一次)左右。这样,既能够承受较长时间或周期性的过电压能量泻放,也能够令线上的残压保持在较低水平。这会使防护成本大大增加(数十倍的增加)。
另一种方案是增加MOV的动作电压,例如选用14D561或14D621等MOV器件,使动作电压从470V提高到560V或620V。这样,在不改变通流容量的情况下,大大减少了MOV的动作机率和泻能时间,而又不增加成本。这会使线上的残压有所提高。气体放电管(GDT)是一种新型的适合采用的SPD器件,由于其价格也还比较便宜。与MOV相比较,GDT具有如下重要的特点:
GDT比之MOV具有较好的重复放电特性,不易损坏。MOV是箝位型元件,而GDT则是短路型元件。一旦GDT动作之后,呈近似短路的低阻状态,其短路动作将可能持续半个周波(10ms)左右,直至过零点时才能中断。气体放电管一般需要与短路保护器件(例如保险或断路器等)配合使用。
GDT的动作电压精度MOV要低,通常MOV的动作电压精度为±10%,而GDT的动作电压精度为±20%。对于户外型UPS不间断电源,由于雷电浪涌及操作过电压频繁,考虑到短路保护器件的恢复并不方便,一般不宜直接采用气体放电管作过电压防护器件。由于MOV和GDT具有不同的性能特点,其应有也有较大差异。理想的过电压防护器件要求漏电流小、动作响应快、残压低、不易老化等,而现有单一器件并不能完全符合要求。
在电涌的冲击下,MOV与GDT器件的残压是不同的。为了结合两种器件的特点,可以将两种器件进行组合使用,以发挥器件各自所长。如果采用两种器件串联使用的方式,MOV的漏电流比GDT要大,而GDT则不存在该问题;但GDT则存在跟随电流的问题,与MOV串联使用后,MOV对其具有一定的限流作用,并可以及时地中断跟随电流。