浪涌和保護(hù)

電路在遭雷擊和在接通、斷開電感負(fù)載或大型負(fù)載時(shí)常常會(huì)產(chǎn)生很高的操作過電壓（電流），這種瞬時(shí)過電壓稱為浪涌電壓（電流），是一種瞬變干擾。例如直流6V繼電器線圈斷開時(shí)會(huì)出現(xiàn)300-600V的浪涌電壓；接通白熾燈時(shí)會(huì)出現(xiàn)8-10倍額定電流的浪涌電流；當(dāng)接通大型容性負(fù)載如補(bǔ)償電容器組時(shí)，常會(huì)出現(xiàn)大的浪涌電流沖擊，使得電源電壓突然降低；當(dāng)切斷空載變壓器時(shí)也會(huì)出現(xiàn)高達(dá)額定電壓8-10倍的操作過電壓。

浪涌電壓現(xiàn)象日趨嚴(yán)重地危機(jī)自動(dòng)化設(shè)備安全工作，消除浪涌干擾，防止浪涌損害一直是關(guān)系到自動(dòng)化設(shè)備安全可靠運(yùn)行的核心問題。

浪涌電壓產(chǎn)生原因

浪涌也叫突波，是超出正常電壓的瞬間過電壓，一般指電網(wǎng)中出現(xiàn)的短時(shí)間像浪一樣的高電壓引起的大電流。本質(zhì)上講，浪涌就是發(fā)生在僅僅百萬分之一秒內(nèi)的劇烈脈沖。浪涌電壓的產(chǎn)生原因有兩個(gè)，一個(gè)是雷電，一個(gè)是電網(wǎng)上的大型負(fù)荷接通或斷開時(shí)產(chǎn)生的。

1）  外部因素：雷電是自然界發(fā)生的極為強(qiáng)烈的電磁暫態(tài)過程。?雷電電涌過電壓雷擊引起的電涌危害，在雷擊放電時(shí)，以雷擊為中心1.5~2KM范圍內(nèi)，都可能產(chǎn)生危險(xiǎn)的過電壓。雷擊引起（外部）電涌的特點(diǎn)是單相脈沖型，能量巨大。外部電涌的電壓在幾微秒內(nèi)可從幾百伏快速升高至20000V，可以傳輸相當(dāng)長(zhǎng)的距離。按ANSI/IEEE C62.41-1991說明，瞬間電涌可高達(dá)20000V，瞬間電流可達(dá)10000A。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)外的電涌主要來自于雷電和其它系統(tǒng)的沖擊，大約占 20%。

主要通過兩個(gè)渠道對(duì)電力自動(dòng)化設(shè)備產(chǎn)生影響。一個(gè)是雷電直接擊中變電站或調(diào)度中心的避雷針，產(chǎn)生的瞬變磁場(chǎng)對(duì)周圍的電子設(shè)備的電磁作用，對(duì)封閉的金屬回路產(chǎn)生感應(yīng)電流，對(duì)開口的金屬回路產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。雷電脈沖十分強(qiáng)烈，產(chǎn)生的感應(yīng)電壓很高，經(jīng)地線泄放入地的電流引起電網(wǎng)地線電壓升高，在接地系統(tǒng)中產(chǎn)生很大的電壓差，可能對(duì)設(shè)備造成干擾。二是雷電在線路上空放電，使線路因電磁感應(yīng)產(chǎn)生浪涌電壓，這種沖擊會(huì)沿著線路入侵到與之相連的電力設(shè)備，造成工作錯(cuò)誤或設(shè)備損壞。

2）  內(nèi)部因素：操作電涌過電壓內(nèi)部浪涌發(fā)生的原因同供電系統(tǒng)內(nèi)部的設(shè)備啟停和供電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的故障有關(guān)：在電力系統(tǒng)內(nèi)部，由于斷路器的操作、負(fù)荷的投入和切除或系統(tǒng)故障等系統(tǒng)內(nèi)部的狀態(tài)變化，而使系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化，從而引起的電力內(nèi)部電磁能量轉(zhuǎn)換或傳輸過渡過程，將在系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)過電壓。系統(tǒng)內(nèi)的電涌主要來自于系統(tǒng)內(nèi)部用電負(fù)荷的沖擊，大約占 80%。在電力系統(tǒng)引起的內(nèi)部過電壓的原因大致可分為：（1）電力大負(fù)荷的投入和切除；（2）感性負(fù)荷的投入和切除；（3）功率因素補(bǔ)償電容器的投入和切除（4）短路故障供電系統(tǒng)內(nèi)部由于大功率設(shè)備的啟停、線路故障、投切動(dòng)作和變頻設(shè)備的運(yùn)行等原因，都會(huì)帶來內(nèi)部浪涌，給用電設(shè)備帶來不利影響。特別是計(jì)算機(jī)、通訊等微電子設(shè)備帶來致命的沖擊。即便是沒有造成的設(shè)備損壞，但系統(tǒng)運(yùn)行的異常和停頓都會(huì)帶來很嚴(yán)重的后果。比如核電站、醫(yī)療系統(tǒng)、大型工廠自動(dòng)化系統(tǒng)、證券交易系統(tǒng)、電信局用交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)樞紐等。

當(dāng)某些大容量的電氣設(shè)備接通或斷開，由于電網(wǎng)中存在電感，將會(huì)產(chǎn)生“浪涌電壓”，引發(fā)浪涌電流。一般不然設(shè)備容量大小，都存在浪涌電壓，小容量設(shè)備產(chǎn)生的浪涌電壓小，不會(huì)產(chǎn)生大的危害。在脫線變換器啟動(dòng)瞬間，因?qū)Υ笕萘侩娙萜鞒潆姇?huì)產(chǎn)生大電流。這個(gè)電流比正常系統(tǒng)電流大幾倍至幾十倍，而這可能使AC線路的電壓降落，從而影響連接在同一線路的所有設(shè)備運(yùn)行。操作方式和故障形式的多樣性決定了操作過電壓的不同類型，主要有：中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的弧光接地過電壓，空載線路的合閘過電壓，空載線路和電容器分閘時(shí)的開斷電容負(fù)載過電壓，空載變壓器、電抗器和電機(jī)分閘時(shí)的開斷電感負(fù)載過電壓。

目前用于浪涌保護(hù)的器件有四種：

（1）瞬變電壓抑制器（TVS），電流調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，工作電壓和箝位電低，響應(yīng)速度快，用于保護(hù)400V以下的低壓電路，能承受50~500A的浪涌電流，有串聯(lián)型和并聯(lián)型兩種，是電路板保護(hù)和理想器件。

（2）金屬氧化物變阻器（壓敏電阻）， 響應(yīng)速度比TVS二極管慢，但通流量大于TVS二極管，可保護(hù)電壓低于20 kV的設(shè)備，常用于電源保護(hù)回路。

（3）陶瓷氣體放電管（GDT），是一個(gè)充有惰性氣體的密封式火花間隙，當(dāng)兩端出現(xiàn)超過其保護(hù)電壓的干擾時(shí)，放電管被擊穿放電，從而在短時(shí)間內(nèi)限制浪涌電壓及減少干擾能量。氣體放電管通流量大（0.5KA~20KA），保護(hù)電壓可達(dá)10kV，適合信號(hào)保護(hù)回路使用。

（4）固體放電管，是基于晶閘管原理和結(jié)構(gòu)的一種二端負(fù)阻器件，響應(yīng)速度快，無限重復(fù)，功耗小，起動(dòng)電壓為5~500V，瞬間沖擊電流可達(dá)50~300A，適用于保護(hù)電子元器件。