市電供電電氣設(shè)備的工作環(huán)境根據(jù)浪涌保護等級分為四個過電壓類別(OVC)。本文將介紹這四個類別的不同之處，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行，而嚴(yán)格的強制性電源國際標(biāo)準(zhǔn)也支持這個概念，即使安裝在其他設(shè)備里的模塊化產(chǎn)品也要達(dá)到最低級別的電氣隔離和電磁兼容性，包括對電壓浪涌和瞬變的抗干擾能力。

　　事實上，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)該是相對干凈的市電電源，不會產(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。

　　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要求這些位置上的電源轉(zhuǎn)換器要有額外的過壓保護。

　　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給計算機，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，分別由保險絲或斷路器保護著。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時，IEC 62305-1標(biāo)準(zhǔn)定義了與OVC IV至I對應(yīng)的LPZ 0至LPZ3的防護區(qū)。電涌保護器(SPD)的標(biāo)準(zhǔn)IEC 61643-11也與防護設(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10/350μs瞬態(tài)以及間接雷擊(感應(yīng)雷)或大氣放電產(chǎn)生的8/20μs + 1.2/50μs組合。

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

圖2：IEC 60664-1 過電壓類別對應(yīng)到IEC 62305-1防護區(qū)和IEC 61643-11防護設(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1.2/50μs峰值脈沖電壓。雙重絕緣或加強型絕緣則使用較高的電壓類別。例如，300Vrms OVC II的加強型隔離需要達(dá)到4000V脈沖電壓的等級。

　　但是在進行符合性測試時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該值會增加。因此海平面的電壓值會從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，但這通常是一個不便且昂貴的解決方式。更好的解決方案是設(shè)計一個可以在OVC III環(huán)境中可直接連接使用的電源。

　　AC/DC電源設(shè)計的其中一個重點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)換器具有增強隔離柵。標(biāo)準(zhǔn)要求使用「對應(yīng)到下一個最高脈沖電壓的值」。這意味著加強型隔離轉(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，只是一個是測試60秒的介電強度，另一個則是測試短時間內(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。幸運的是，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、控制和實驗室用電氣設(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線對線或線對零線連接。該系列具有5W輸出功率和4kVac加強型隔離性能，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。

圖3：RECOM的RAC05-K/480 AC/DC轉(zhuǎn)換器適合OVC III環(huán)境

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

　　RECOM AC/DC醫(yī)療級電源分別為RACM40-K、RACM60-K、RACM230-G和RACM550-G系列，提供板載和有外殼安裝的選項(圖4)。

圖4：RECOM精選醫(yī)療級認(rèn)證AC/DC電源

　　醫(yī)療級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)可能會明確禁止這樣做。因此在選擇符合OVC III要求同時也會用在其他應(yīng)用如工業(yè)控制的醫(yī)療電源時，中性保線絲可能需要換成更高的值以確保線路保線絲會先熔斷。由于醫(yī)療級電源被預(yù)期永久使用，因此只有一個火線保險絲。

　　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)支持團隊進行討論之后可能會發(fā)現(xiàn)，由于醫(yī)療級產(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。