弱電設備的浪涌保護_secret

1、弱電設備的浪涌保護隨著電子技術，尤其是微電子技術、計算機技術、大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，和在 HYPERLINK o 點此訪問中華電力網(wǎng) 電力系統(tǒng)中應用的日益廣泛，以電子技術應用為特征的弱電設備（系統(tǒng)），在電力系統(tǒng)所占據(jù)的地位日顯重要；這些設備和系統(tǒng)對于強電的防護能力，相對于普通的電氣設備和用分離元器件組裝的電子設備而言，要脆弱得多 ，由于雷電等浪涌對這些設備的破壞所造成的危害也顯得日益突出。 在生產(chǎn)實際中，我們經(jīng)常會遇到某些電子設備板卡、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 點此訪問中華電力網(wǎng) 變電所中的電子設備

2、，如 HYPERLINK o 點此訪問中華電力網(wǎng) 電力通信設備、遠動自動化設備、微機保護設備、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)代電子設備（系統(tǒng)）對浪涌所具有的靈敏特性，決定了對其進行特殊防護的必要性。同時，這些電子設備與浪涌耦合渠道又是立體多通道的，不是一般性防護措施所能完成的，必須綜合電子設備的運行環(huán)境，采取相應的防護手段和措施。對電子設備接口采取必要的浪涌防護手段，是保證其正常運行的根本措施和保障。 國內(nèi)外專家學者對此都進行了大量的實驗和研究，IEC（國際電工委員會）、ITU(國際電信聯(lián)盟)等組織都制定了相應的防雷電及電磁脈沖的標準，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，并對雷電保護區(qū)（LPZ）的劃分、系統(tǒng)的分級保護和浪涌過電壓保護器（SPD）的各項指標進行了規(guī)定。我國的國家標準建筑物防雷設計規(guī)范（GB 50057-94）、信息產(chǎn)業(yè)部移動通信基站防雷與接地設計規(guī)范（YD 5068-98）等也都對雷電電磁脈沖的防護進行了規(guī)定。 隨著研究的不斷的深入和認識的不斷提高，目前，人們的注意力已從過去單純的防雷逐步轉(zhuǎn)向綜合浪涌干擾防護。 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/電流瞬間過大的波動現(xiàn)象。國外一些資料將浪涌分

4、為四個組成部分: 浪涌最主要的來源是雷電，它可以通過 HYPERLINK o 點此訪問中華電力網(wǎng) 電力線傳導，也可能是在低壓電源線上或信號線上感應產(chǎn)生；浪涌的另一個來源是公 HYPERLINK /bbs/index.asp?boardid=8 o 點此訪問中華電力網(wǎng) 用電網(wǎng)，開關操作時，在電力線上產(chǎn)生的過電壓。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)部的設備，諸如來自空調(diào)機、空壓機、電弧焊機、電泵、電梯、開關電源和其它一些感性負荷的浪涌。浪涌產(chǎn)生原因見表1。 浪涌不同于一般意義上的過電壓，因為它不僅幅值高，而且發(fā)生的時間極為短暫，一般的過電壓保護因為其反應速度低而對其無能為力。 為

5、了測試設備和系統(tǒng)對于雷擊及其它浪涌的敏感性，人們在對雷擊及其它浪涌進行觀察分析的基礎上，制定了一系列的標準。在標準中對各種浪涌的波形、幅值等指標做了明確規(guī)定，標準浪涌波形如圖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，浪涌波形的波前時間越短，則其所包含的頻帶越寬，頻率越高。對電子設備電磁兼容來說，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，10 kV電壓脈沖，對于50 電阻的放電能量也只有E = 100 mJ。可是它的第一拐點頻率

6、達2.66 MHz，第二拐點為48 MHz，這么高的頻率對于電子設備的正常運行是極大的挑戰(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體技術的電路正常運行。事實上對采用集成電路技術的電子設備的損害，或誤動大多都是由于浪涌能量造成的。通常認為集成電路裝置的受損能量級為100 mJ。 低頻能量可以通過硅二極管、壓敏電阻、接地和控制環(huán)路面積進行消除，但高頻能量必須通過濾波和屏蔽技術控制。 分析顯示大部分浪涌能量是低頻。瞬態(tài)也存在高頻問題，測試波形包含很大

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。 能量計算表明，對于快速上升時間的雙指數(shù)曲線，大約50%以上的總能量存在于第一拐點以下，50%以下總能量存在于第一拐點頻率以上，而大約1%的總能量包含在第二拐點頻率以上。 低壓交流電源線上的浪涌是與過電壓有聯(lián)系的，但又不等同于過電壓，因為浪涌既包括電壓的瞬變，又包括電流的瞬變。同樣道理抑制浪涌也不等同于過電壓保護。過電壓保護是線路和電氣設備絕緣完好性的保障，而抑制浪涌是低壓系統(tǒng)和電子設備可靠運行，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，通過電流很小，而當兩端電壓高于規(guī)定電壓后，通過電流會呈指數(shù)規(guī)律增長。這一伏安特性能使其同時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器件。尤其是氧化鋅壓敏電阻，不僅限幅電壓可以很低，導通電流也可以很大，價格又便宜，已經(jīng)成為電氣設計師首選的浪涌抑制器件。 最近開發(fā)研究的各種納秒級瞬態(tài)抑制器件，以及從前實際應用的大電流吸收能力的開關管，使得研制 HYPERLINK o 點此訪問中華電力網(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響應時間，具有低限幅和快速反應能力的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）開關型：主要指氣體放電管，它響應較慢，瞬態(tài)的發(fā)生可能快于它的響應時間。主要是根據(jù)短路原理把浪涌通過保護接地線返回，而防止進入通信設備。這種原理工作的器件續(xù)流問題，影響了其使用范圍。 （3）混合型：這主要是指MOV或TVS與開關管的聯(lián)合使用,這種類型綜合利用大功率器件與快速響應器件的優(yōu)勢，具有廣闊的使用和開發(fā)前景，但是由于不