弱電設(shè)備的浪涌保護(hù)_secret

1、弱電設(shè)備的浪涌保護(hù)隨著電子技術(shù)，尤其是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，和在 HYPERLINK o 點(diǎn)此訪問(wèn)中華電力網(wǎng) 電力系統(tǒng)中應(yīng)用的日益廣泛，以電子技術(shù)應(yīng)用為特征的弱電設(shè)備（系統(tǒng)），在電力系統(tǒng)所占據(jù)的地位日顯重要；這些設(shè)備和系統(tǒng)對(duì)于強(qiáng)電的防護(hù)能力，相對(duì)于普通的電氣設(shè)備和用分離元器件組裝的電子設(shè)備而言，要脆弱得多 ，由于雷電等浪涌對(duì)這些設(shè)備的破壞所造成的危害也顯得日益突出。 在生產(chǎn)實(shí)際中，我們經(jīng)常會(huì)遇到某些電子設(shè)備板卡、芯片等損壞，而找不到確切原因的情況，尤其是 HYPERLINK /bbs/index.asp?boardid=5 o 點(diǎn)此訪問(wèn)中華電力網(wǎng) 變電所中的電子設(shè)備

2、，如 HYPERLINK o 點(diǎn)此訪問(wèn)中華電力網(wǎng) 電力通信設(shè)備、遠(yuǎn)動(dòng)自動(dòng)化設(shè)備、微機(jī)保護(hù)設(shè)備、圖像監(jiān)控系統(tǒng)等等。研究表明，這種情況的發(fā)生，不少都是由浪涌所造成。 現(xiàn)代電子設(shè)備（系統(tǒng)）對(duì)浪涌所具有的靈敏特性，決定了對(duì)其進(jìn)行特殊防護(hù)的必要性。同時(shí)，這些電子設(shè)備與浪涌耦合渠道又是立體多通道的，不是一般性防護(hù)措施所能完成的，必須綜合電子設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境，采取相應(yīng)的防護(hù)手段和措施。對(duì)電子設(shè)備接口采取必要的浪涌防護(hù)手段，是保證其正常運(yùn)行的根本措施和保障。 國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)此都進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)和研究，IEC（國(guó)際電工委員會(huì)）、ITU(國(guó)際電信聯(lián)盟)等組織都制定了相應(yīng)的防雷電及電磁脈沖的標(biāo)準(zhǔn)，如IEC 1024

3、、IEC 1312、ITU的K系列等。IEC 1024、IEC 1312相繼公布了雷電流參數(shù)和雷電波形，并對(duì)雷電保護(hù)區(qū)（LPZ）的劃分、系統(tǒng)的分級(jí)保護(hù)和浪涌過(guò)電壓保護(hù)器（SPD）的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了規(guī)定。我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50057-94）、信息產(chǎn)業(yè)部移動(dòng)通信基站防雷與接地設(shè)計(jì)規(guī)范（YD 5068-98）等也都對(duì)雷電電磁脈沖的防護(hù)進(jìn)行了規(guī)定。 隨著研究的不斷的深入和認(rèn)識(shí)的不斷提高，目前，人們的注意力已從過(guò)去單純的防雷逐步轉(zhuǎn)向綜合浪涌干擾防護(hù)。 1 浪涌的基本原理 浪涌（surge），又叫突波，是存在于供電系統(tǒng)中的一種極為普遍的電壓/電流瞬間過(guò)大的波動(dòng)現(xiàn)象。國(guó)外一些資料將浪涌分

4、為四個(gè)組成部分: 浪涌最主要的來(lái)源是雷電，它可以通過(guò) HYPERLINK o 點(diǎn)此訪問(wèn)中華電力網(wǎng) 電力線傳導(dǎo)，也可能是在低壓電源線上或信號(hào)線上感應(yīng)產(chǎn)生；浪涌的另一個(gè)來(lái)源是公 HYPERLINK /bbs/index.asp?boardid=8 o 點(diǎn)此訪問(wèn)中華電力網(wǎng) 用電網(wǎng)，開關(guān)操作時(shí)，在電力線上產(chǎn)生的過(guò)電壓。研究發(fā)現(xiàn)，低壓電力線上80 以上的浪涌產(chǎn)生于建筑物內(nèi)部的設(shè)備，諸如來(lái)自空調(diào)機(jī)、空壓機(jī)、電弧焊機(jī)、電泵、電梯、開關(guān)電源和其它一些感性負(fù)荷的浪涌。浪涌產(chǎn)生原因見表1。 浪涌不同于一般意義上的過(guò)電壓，因?yàn)樗粌H幅值高，而且發(fā)生的時(shí)間極為短暫，一般的過(guò)電壓保護(hù)因?yàn)槠浞磻?yīng)速度低而對(duì)其無(wú)能為力。 為

5、了測(cè)試設(shè)備和系統(tǒng)對(duì)于雷擊及其它浪涌的敏感性，人們?cè)趯?duì)雷擊及其它浪涌進(jìn)行觀察分析的基礎(chǔ)上，制定了一系列的標(biāo)準(zhǔn)。在標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)各種浪涌的波形、幅值等指標(biāo)做了明確規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)浪涌波形如圖1所示。用于仿真雷擊、靜電放電和快速瞬態(tài)的測(cè)試波形，一般描述為雙指數(shù)函數(shù)。 幾種典型浪涌波的幅值頻譜，如圖2所示。 2 抑制浪涌的原理 從圖2幾種雷擊波涌的頻譜曲線圖可以看出，浪涌波形的波前時(shí)間越短，則其所包含的頻帶越寬，頻率越高。對(duì)電子設(shè)備電磁兼容來(lái)說(shuō)，高頻是輻射干擾的主要原因?？梢园l(fā)現(xiàn)，快速靜電放電脈沖雖然只有50 ns的波長(zhǎng)，10 kV電壓脈沖，對(duì)于50 電阻的放電能量也只有E = 100 mJ?？墒撬牡谝还拯c(diǎn)頻率

6、達(dá)2.66 MHz，第二拐點(diǎn)為48 MHz，這么高的頻率對(duì)于電子設(shè)備的正常運(yùn)行是極大的挑戰(zhàn)。 幅值頻譜分析表明許多浪涌呈現(xiàn)低頻特征，即主要能量集中在頻率較低的頻段。但是由于非常低的能量就會(huì)引起集成電路的狀態(tài)混亂或損壞，因此在浪涌波形中所含的高頻能量，即使比例較低，也足以影響采用半導(dǎo)體技術(shù)的電路正常運(yùn)行。事實(shí)上對(duì)采用集成電路技術(shù)的電子設(shè)備的損害，或誤動(dòng)大多都是由于浪涌能量造成的。通常認(rèn)為集成電路裝置的受損能量級(jí)為100 mJ。 低頻能量可以通過(guò)硅二極管、壓敏電阻、接地和控制環(huán)路面積進(jìn)行消除，但高頻能量必須通過(guò)濾波和屏蔽技術(shù)控制。 分析顯示大部分浪涌能量是低頻。瞬態(tài)也存在高頻問(wèn)題，測(cè)試波形包含很大

7、能量，在低頻段很窄的頻段內(nèi)可含100 mJ，從浪涌能量分析可以看出在顯著高頻區(qū)，殘余能量也都大于100 mJ。 能量計(jì)算表明，對(duì)于快速上升時(shí)間的雙指數(shù)曲線，大約50%以上的總能量存在于第一拐點(diǎn)以下，50%以下總能量存在于第一拐點(diǎn)頻率以上，而大約1%的總能量包含在第二拐點(diǎn)頻率以上。 低壓交流電源線上的浪涌是與過(guò)電壓有聯(lián)系的，但又不等同于過(guò)電壓，因?yàn)槔擞考劝妷旱乃沧?，又包括電流的瞬變。同樣道理抑制浪涌也不等同于過(guò)電壓保護(hù)。過(guò)電壓保護(hù)是線路和電氣設(shè)備絕緣完好性的保障，而抑制浪涌是低壓系統(tǒng)和電子設(shè)備可靠運(yùn)行，及電磁兼容的保障。 常用的浪涌抑制器件為氣體放電管、氧化鋅壓敏電阻、瞬態(tài)電壓抑制器、硅二極

8、管等。它們工作原理不同，但它們有相似的伏安特性，即兩端電壓低于規(guī)定電壓時(shí)，通過(guò)電流很小，而當(dāng)兩端電壓高于規(guī)定電壓后，通過(guò)電流會(huì)呈指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。這一伏安特性能使其同時(shí)滿足抑制浪涌瀉流和限幅的要求，因而也就成為抑制浪涌的主導(dǎo)器件。尤其是氧化鋅壓敏電阻，不僅限幅電壓可以很低，導(dǎo)通電流也可以很大，價(jià)格又便宜，已經(jīng)成為電氣設(shè)計(jì)師首選的浪涌抑制器件。 最近開發(fā)研究的各種納秒級(jí)瞬態(tài)抑制器件，以及從前實(shí)際應(yīng)用的大電流吸收能力的開關(guān)管，使得研制 HYPERLINK o 點(diǎn)此訪問(wèn)中華電力網(wǎng) 電力通信接口浪涌抑制器成為可能。目前浪涌抑制器根據(jù)使用場(chǎng)合不同具有不同的限流水平和泄流能力。浪涌抑制器的分類大致如下： （1）限幅型：氧化鋅壓敏電阻具有較高電能吸收能力和納秒級(jí)響應(yīng)時(shí)間，具有低限幅和快速反應(yīng)能力的TVSs 等。工作原理是穩(wěn)壓。這種原理工作的器件瀉流能力較差，功率較小。 （2）開關(guān)型：主要指氣體放電管，它響應(yīng)較慢，瞬態(tài)的發(fā)生可能快于它的響應(yīng)時(shí)間。主要是根據(jù)短路原理把浪涌通過(guò)保護(hù)接地線返回，而防止進(jìn)入通信設(shè)備。這種原理工作的器件續(xù)流問(wèn)題，影響了其使用范圍。 （3）混合型：這主要是指MOV或TVS與開關(guān)管的聯(lián)合使用,這種類型綜合利用大功率器件與快速響應(yīng)器件的優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的使用和開發(fā)前景，但是由于不