市電供電電氣設(shè)備的工作環(huán)境根據(jù)浪涌保護(hù)等級(jí)分為四個(gè)過電壓類別（OVC）。本文將介紹這四個(gè)類別的不同之處，以及在某些情況下如何在OVC III使用原本額定為OVC II的AC／DC電源。

大多數(shù)市電供電設(shè)備的用戶都相信，只需將設(shè)備插入使用方便的插座，設(shè)備就可以安全且可靠地運(yùn)行，而嚴(yán)格的強(qiáng)制性電源國際標(biāo)準(zhǔn)也支持這個(gè)概念，即使安裝在其他設(shè)備里的模塊化產(chǎn)品也要達(dá)到最低級(jí)別的電氣隔離和電磁兼容性，包括對(duì)電壓浪涌和瞬變的抗干擾能力。

事實(shí)上，在家里、辦公室或工廠的任何地方，市電都來自壁式插座，提供的應(yīng)該是相對(duì)干凈的市電電源，不會(huì)產(chǎn)生不正常的瞬態(tài)電壓而損壞終端設(shè)備。但是隨著建筑內(nèi)的電氣設(shè)備通過基礎(chǔ)設(shè)施布線經(jīng)過配電板最終連接到交流電源，來自外部產(chǎn)生的過電壓事件會(huì)逐漸增加，例如雷擊或公用事業(yè)網(wǎng)絡(luò)上安裝的負(fù)載突降，這些都是風(fēng)險(xiǎn)。

環(huán)境中的過電壓

在一些應(yīng)用中，單相或多相AC／DC電源永久連接到中央配電盤，例如電動(dòng)汽車的家用充電器或DIN導(dǎo)軌安裝電源。相較于插入式電源，較為嚴(yán)重的瞬變幅度和能級(jí)要求這些位置上的電源轉(zhuǎn)換器要有額外的過壓保護(hù)。

國際標(biāo)準(zhǔn)IEC 60664－1《低壓系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的絕緣配合》定義了四個(gè)類別，分別為OVC I至OVC IV，如表1所示。

表1：IEC 60664－1：2020的過電壓類別

OVC I是通過隔離電源與下游電路連接的設(shè)備，例如筆記本充電器提供DC給計(jì)算機(jī)，而OVC IV則是直接連接到主輸入電源的設(shè)備（圖1）。

這代表建筑物中大多數(shù)的電源供電設(shè)備都屬于OVC II和OVC III。簡而言之，OVC II包括所有配有插頭的家庭、車間和辦公設(shè)備，分別由保險(xiǎn)絲或斷路器保護(hù)著。OVC III主要是指安裝在開關(guān)柜或配電箱內(nèi)部的連線設(shè)備，例如繼電器、斷路器和固定安裝電源。

圖1：從OVC IV到OVC I環(huán)境的示意圖

特別討論到雷電防護(hù)時(shí)，IEC 62305－1標(biāo)準(zhǔn)定義了與OVC IV至I對(duì)應(yīng)的LPZ 0至LPZ3的防護(hù)區(qū)。電涌保護(hù)器（SPD）的標(biāo)準(zhǔn)IEC 61643－11也與防護(hù)設(shè)備I、II和III類以及 LPZ 0、1和2的定義相關(guān)聯(lián)。

IEC 61643－11標(biāo)準(zhǔn)還定義了為了證明抑制裝置的有效性所需的測試波形，例如由直接雷擊產(chǎn)生的10／350？s瞬態(tài)以及間接雷擊（感應(yīng)雷）或大氣放電產(chǎn)生的8／20？s ＋ 1．2／50？s組合。

要預(yù)防所有種類的浪涌事件就必須使用一個(gè)多級(jí)抑制系統(tǒng)（圖2）。

圖2：IEC 60664－1 過電壓類別對(duì)應(yīng)到IEC 62305－1防護(hù)區(qū)和IEC 61643－11防護(hù)設(shè)備類別

這些安裝規(guī)范通常要求具有使用壽命終止指示（聽覺或視覺）以告知用戶SPD已被高能量或反復(fù)的雷擊所損壞。

過電壓類別的差異

不同OVC的設(shè)備必須承受在低壓配電網(wǎng)絡(luò)上與瞬態(tài)電壓對(duì)應(yīng)的各種脈沖電壓。

IEC 60664－1在這方面提供以下信息（表2）：

表2：不同系統(tǒng)電壓和OVC的額定脈沖電壓

必須注意的是，表2呈現(xiàn)的值是基本絕緣的額定1．2／50？s峰值脈沖電壓。雙重絕緣或加強(qiáng)型絕緣則使用較高的電壓類別。例如，300Vrms OVC II的加強(qiáng)型隔離需要達(dá)到4000V脈沖電壓的等級(jí)。

但是在進(jìn)行符合性測試時(shí)還是必須考慮到工作海拔高度。表2給出的脈沖測試電壓值是預(yù)設(shè)在2000m，在更低的海拔高度時(shí)該值會(huì)增加。因此海平面的電壓值會(huì)從4000V增加到4923V。IEC 60664－1的表F．5列出了相關(guān)的校正系數(shù)。

另一方面，越高的高度所需的最小電氣間隙也越大。 例如，2000m的電氣間隙的海拔校正系數(shù)為1．00，但在5000m時(shí)增加為1．48。IEC 62109－1的表F．1列出了相關(guān)的校正系數(shù)。

OVC III電源需要加強(qiáng)安全屏蔽

OVC III電源比常見的OVC II電源需要更高的耐壓規(guī)格和更大的電氣間隙。為了滿足這些要求，可以使用隔離變壓器將瞬態(tài)降到OVC II水平，但這通常是一個(gè)不便且昂貴的解決方式。更好的解決方案是設(shè)計(jì)一個(gè)可以在OVC III環(huán)境中可直接連接使用的電源。

AC／DC電源設(shè)計(jì)的其中一個(gè)重點(diǎn)是必須大幅增加線路和器件之間的電氣間隙。在OVC II環(huán)境中使用基礎(chǔ)隔離AC／DC產(chǎn)品，4kV的隔離柵需要至少3． 0mm的電氣間隙。而在OVC III環(huán)境中，由于脈沖電壓增加到6kV，因此電氣間隙至少要達(dá)到5．5mm（IEC 60664－1標(biāo)準(zhǔn)之表F1和F2）。但是大多數(shù)AC／DC轉(zhuǎn)換器具有增強(qiáng)隔離柵。標(biāo)準(zhǔn)要求使用「對(duì)應(yīng)到下一個(gè)最高脈沖電壓的值」。這意味著加強(qiáng)型隔離轉(zhuǎn)換器在OVC II和OVC III環(huán)境中分別需要5．5mm和8．0mm的間隙。

IEC 60664－1和IEC 61558－1還規(guī)定了50／60Hz的介電強(qiáng)度測試電壓，可以設(shè)定與脈沖測試的一樣高。例如，IEC 61558－1要求300Vrms工作電壓和OVC III／加強(qiáng)絕緣的介電測試電壓為4200Vrms ＝ 5938Vpk，未指定海拔高度（IEC 61558－1標(biāo)準(zhǔn)之表14）。這跟要求2000m高度為6kV 的IEC 60664－1脈沖測試值類似，只是一個(gè)是測試60秒的介電強(qiáng)度，另一個(gè)則是測試短時(shí)間內(nèi)的瞬態(tài)脈沖電壓。

最合適電源轉(zhuǎn)換器的安全標(biāo)準(zhǔn)取決于實(shí)際應(yīng)用。在OVC III環(huán)境中使用的產(chǎn)品通常最適合IEC 61558－1《安全的電力變壓器、電源、反應(yīng)堆和類似組合產(chǎn)品》的標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)的附件R引用了IEC 60664－1的脈沖測試電壓等級(jí)。幸運(yùn)的是，IEC 61558－1的安全電氣間隙要求與IEC 60664－1的要求相同。兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都在2000m以上使用了相同的海拔校正系數(shù)。

用戶也可以為OVC III的產(chǎn)品選擇IEC 62477－1 《電力電子轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)和設(shè)備的安全要求》的標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)一樣引用了IEC 60664－1的脈沖值、爬電距離和電氣間隙、介電測試電壓和海拔校正系數(shù)。

IEC 61010－1《測量、控制和實(shí)驗(yàn)室用電氣設(shè)備的安全要求》的標(biāo)準(zhǔn)最適合OVC III環(huán)境的測試和測量設(shè)備。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定300Vac加強(qiáng)隔離的間隙距離為6mm（IEC 61010－1標(biāo)準(zhǔn)之表K．3），而IEC 60664－1的標(biāo)準(zhǔn)為8mm，海拔校正系數(shù)則相同。但是，IEC 61010－1的其他測試要求更苛刻。例如，在300Vrms的OVC III環(huán)境中，加強(qiáng)固體絕緣的脈沖電壓測試為6400V（IEC 61010－1標(biāo)準(zhǔn)之表K．6），與IEC 60664－1標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的6000V脈沖電壓測試不同。

通用的安全標(biāo)準(zhǔn)IEC／EN／UL 62368－1《音視頻、信息技術(shù)和通信技術(shù)設(shè)備的安全要求》參考了IEC 60664－1的OVC III和OVC IV環(huán)境要求。 過時(shí)的IEC 60950－1要求300Vrms／OVC III具有6mm的電氣間隙（IEC 60950－1標(biāo)準(zhǔn)之表2H），與IEC 61010－1的規(guī)定相同，但現(xiàn)在替代的IEC 62368 －1跟IEC 60664－1相符合，將間隙要求提高到8mm。

醫(yī)療級(jí)AC／DC有可能符合OVC III的要求

RECOM提供符合OVC III要求的電源，例如板載RAC05－K／480轉(zhuǎn)換器（圖3），輸入電壓范圍為85－528VAC，適用于單相電源和三相400／480VAC線對(duì)線或線對(duì)零線連接。該系列具有5W輸出功率和4kVac加強(qiáng)型隔離性能，是一款I(lǐng)I類電源（無接地連接），無需任何外部器件即可滿足工業(yè)安全和EMC要求。

RAC05－K／480系列提供5V、12V或15V DC輸出，非常適合苛刻的OVC III工業(yè)環(huán)境的設(shè)備，例如智能電表、再生能源或IoT應(yīng)用。

另一種OVC III應(yīng)用是使用醫(yī)療安全等級(jí)的器件。滿足240Vac系統(tǒng)2級(jí)患者保護(hù)措施（MoPP）要求的電源同時(shí)也符合OVC III介電強(qiáng)度和爬電／電氣間隙的標(biāo)準(zhǔn)，分別為4kVrms和8mm。即使醫(yī)療級(jí)電源可以承受50／60Hz 4kVrms介電強(qiáng)度測試，但符合IEC 61000－4－4標(biāo)準(zhǔn)3級(jí)（＋／－2kV峰值）只能滿足OVC II對(duì)快速瞬態(tài)抗擾的要求。為了將瞬態(tài)抗擾度提高到OVC III的等級(jí)需要一個(gè)外部浪涌抑制器。通常是在電源上安裝一個(gè)金屬氧化物壓敏電阻加上一個(gè)適當(dāng)?shù)妮斎氡ｋU(xiǎn)絲或限流裝置，以在電路短路時(shí)提供必要的保護(hù)。

RECOM AC／DC醫(yī)療級(jí)電源分別為RACM40－K、RACM60－K、RACM230－G和RACM550－G系列，提供板載和有外殼安裝的選項(xiàng)。

醫(yī)療級(jí)電源如果要在可插拔的應(yīng)用上使用就必須在交流電源輸入端加上雙保險(xiǎn)絲，然而工業(yè)、辦公室或家庭環(huán)境的其他標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)明確禁止這樣做。因此在選擇符合OVC III要求同時(shí)也會(huì)用在其他應(yīng)用如工業(yè)控制的醫(yī)療電源時(shí)，中性保線絲可能需要換成更高的值以確保線路保線絲會(huì)先熔斷。由于醫(yī)療級(jí)電源被預(yù)期永久使用，因此只有一個(gè)火線保險(xiǎn)絲。

可應(yīng)要求定制適合OVC III環(huán)境固定裝置的非醫(yī)療級(jí)版本。

OVC III電源的簡單解決方案

過去可能很難找到可以安裝在OVC III環(huán)境中又經(jīng)濟(jì)的AC／DC電源，但是現(xiàn)在有越來越多的制造商可以提供，例如RECOM。與制造商的技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)進(jìn)行討論之后可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，由于醫(yī)療級(jí)產(chǎn)品已經(jīng)符合較不嚴(yán)格的工業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)，因此只需通過簡單的修改就可以滿足OVC III的要求。