| 警惕！浪涌 —— 低壓電器設(shè)備的奪命電脈沖 |
發(fā)布者： admin 發(fā)布時(shí)間：2025-01-20 點(diǎn)擊率： 150 |
| 在當(dāng)今的電氣系統(tǒng)中，從工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線到家庭智能電器，低壓電器設(shè)備無處不在。它們?cè)诜€(wěn)定的電源環(huán)境下能夠高效、精準(zhǔn)地完成各項(xiàng)任務(wù)。但實(shí)際電網(wǎng)環(huán)境復(fù)雜多變，浪涌的頻繁出現(xiàn)打破了這種穩(wěn)定性。浪涌，瞬間的高電壓脈沖，其能量足以穿透設(shè)備的防護(hù)層，損壞敏感元件，導(dǎo)致設(shè)備故障、停機(jī)，甚至引發(fā)安全事故，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，深入了解浪涌危害并加以有效防護(hù)具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。 一、浪涌的產(chǎn)生原因 雷擊 當(dāng)雷電擊中電力線路、桿塔或附近大地時(shí)，巨大的雷電電流會(huì)通過電磁感應(yīng)耦合到低壓配電線路上。閃電通道周圍瞬間產(chǎn)生極強(qiáng)的電磁場(chǎng)，在低壓線路上感應(yīng)出高達(dá)數(shù)千伏甚至更高的浪涌電壓。即使雷電沒有直接擊中低壓線路，其周邊的電磁輻射效應(yīng)也足以引發(fā)強(qiáng)烈的浪涌沖擊。 電網(wǎng)操作 電力系統(tǒng)在進(jìn)行開關(guān)操作時(shí)，如斷路器的合閘、分閘，變壓器的投切等，會(huì)引起電路狀態(tài)的突變。這種突變導(dǎo)致線路電感、電容能量的快速轉(zhuǎn)換與重新分布，進(jìn)而產(chǎn)生操作過電壓浪涌。例如，在切斷感性負(fù)載電流時(shí)，由于電流不能突變，會(huì)在開關(guān)觸頭間產(chǎn)生電弧，電弧的熄滅過程伴隨著能量釋放，形成浪涌電壓沖擊線路。 大型負(fù)載啟停 工業(yè)環(huán)境中，大型電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與停止是常見操作。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，需要從電網(wǎng)汲取大量的電流，這會(huì)造成電網(wǎng)電壓瞬間跌落；而停止時(shí)，由于電機(jī)的慣性，會(huì)產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì)回饋到電網(wǎng)，引發(fā)浪涌。同樣，像電焊機(jī)、電鍍?cè)O(shè)備等沖擊性負(fù)載，在工作過程中頻繁地大幅度改變電流需求，也極易誘發(fā)浪涌現(xiàn)象。 二、浪涌的特性 電壓幅值高 浪涌電壓通常可達(dá)到正常工作電壓的數(shù)倍甚至數(shù)十倍。一般家用 220V 交流電系統(tǒng)，遭遇浪涌時(shí)，電壓峰值可能瞬間飆升至千伏以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出低壓電器設(shè)備額定耐受電壓，對(duì)設(shè)備絕緣造成極大壓力。 上升時(shí)間短 浪涌電壓前沿極其陡峭，上升時(shí)間往往在微秒甚至納秒級(jí)別。如此快速的電壓上升速率，使得設(shè)備內(nèi)部的電路來不及響應(yīng)與調(diào)整，電子元件瞬間承受過高電場(chǎng)強(qiáng)度，容易發(fā)生擊穿損壞。 能量頻譜寬 浪涌涵蓋了從低頻到高頻較寬的能量頻譜范圍。不僅包含與電網(wǎng)工頻相近的低頻成分，還延伸至高頻段，這意味著它能對(duì)不同頻率響應(yīng)特性的設(shè)備元件同時(shí)造成干擾與破壞，無論是工頻變壓器等低頻設(shè)備，還是高頻開關(guān)電源中的 MOSFET 等高頻元件都難以幸免。 三、浪涌對(duì)低壓電器設(shè)備的危害 對(duì)開關(guān)電器的危害 對(duì)于斷路器、接觸器等開關(guān)電器，浪涌可能導(dǎo)致觸頭燒蝕。高電壓浪涌引發(fā)的瞬間大電流在觸頭開合瞬間，使觸頭表面金屬熔化、濺射，降低觸頭接觸性能，增加接觸電阻。長(zhǎng)期積累下，會(huì)造成開關(guān)電器分合閘失靈，甚至引發(fā)相間短路等嚴(yán)重故障，影響電力系統(tǒng)的正常通斷控制。 浪涌還會(huì)影響開關(guān)電器的電磁脫扣機(jī)構(gòu)。過高的電壓脈沖可能干擾脫扣器的電磁線圈，使其誤動(dòng)作或動(dòng)作延遲，無法在過載、短路等故障時(shí)及時(shí)切斷電路，威脅設(shè)備及人員安全。 對(duì)控制器的危害 可編程邏輯控制器（PLC）、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等控制器廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。浪涌入侵時(shí)，其內(nèi)部的微處理器、存儲(chǔ)芯片等核心元件易受損。微處理器可能因浪涌引發(fā)的電壓毛刺出現(xiàn)程序跑飛、死機(jī)等現(xiàn)象，導(dǎo)致整個(gè)控制系統(tǒng)癱瘓，生產(chǎn)線停工停產(chǎn)。 控制器的輸入輸出接口電路同樣脆弱。浪涌電壓可能擊穿接口芯片的端口保護(hù)二極管，使外部信號(hào)傳輸錯(cuò)誤，設(shè)備接收錯(cuò)誤指令，執(zhí)行錯(cuò)誤動(dòng)作，造成生產(chǎn)過程混亂，產(chǎn)品質(zhì)量失控。 對(duì)電子設(shè)備的危害 在消費(fèi)電子領(lǐng)域，如電腦、電視、手機(jī)充電器等，浪涌會(huì)對(duì)電源模塊造成直接打擊。開關(guān)電源中的整流二極管、濾波電容首當(dāng)其沖，浪涌可能使其過熱燒毀、短路，導(dǎo)致電源無法正常輸出穩(wěn)定電壓，設(shè)備無法開機(jī)或工作中突然斷電。 對(duì)于精密電子設(shè)備，如醫(yī)療儀器中的傳感器、通信設(shè)備中的射頻模塊，浪涌帶來的高頻干擾會(huì)影響信號(hào)采集與傳輸精度。傳感器輸出的微弱電信號(hào)被浪涌噪聲淹沒，無法準(zhǔn)確反映測(cè)量值；通信射頻模塊受干擾后，出現(xiàn)誤碼率飆升，通信中斷，嚴(yán)重影響設(shè)備功能的正常發(fā)揮。 四、防護(hù)措施 安裝浪涌保護(hù)器（SPD） SPD 是專門針對(duì)浪涌防護(hù)設(shè)計(jì)的器件，它能在浪涌到來時(shí)迅速導(dǎo)通，將過高的電壓箝位到安全水平，引導(dǎo)浪涌電流泄放到大地。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景不同，分為電源 SPD 和信號(hào) SPD。電源 SPD 安裝在低壓配電系統(tǒng)進(jìn)線端、各級(jí)配電箱等位置，分級(jí)防護(hù)，逐級(jí)泄放浪涌能量，確保進(jìn)入設(shè)備的電壓在耐受范圍內(nèi)；信號(hào) SPD 則用于保護(hù)通信線路、傳感器線路等，保障信號(hào)傳輸?shù)募儍粜浴?/SPAN> 優(yōu)化接地系統(tǒng) 良好的接地是浪涌防護(hù)的基礎(chǔ)。接地電阻越小，越有利于浪涌電流快速泄放。對(duì)于重要設(shè)備機(jī)房，采用聯(lián)合接地方式，將防雷接地、工作接地、保護(hù)接地等統(tǒng)一連接到接地網(wǎng)，降低接地電位差，防止地電位反擊對(duì)設(shè)備造成二次傷害。同時(shí)，定期檢測(cè)接地電阻，確保其始終處于合格狀態(tài)。 設(shè)備內(nèi)部防護(hù)設(shè)計(jì) 在低壓電器設(shè)備研發(fā)階段，就應(yīng)考慮浪涌防護(hù)。增加電路中的濾波電容、電感，濾除浪涌中的高頻成分，平滑電壓波形；在敏感元件前端設(shè)置穩(wěn)壓二極管、瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）等保護(hù)器件，對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)防護(hù)，吸收浪涌能量，保護(hù)核心芯片免受損壞。通過合理的 PCB 布局，縮短信號(hào)走線長(zhǎng)度，減少線路電感，降低浪涌感應(yīng)電壓。 五、結(jié)論 浪涌作為電氣系統(tǒng)中的“隱形殺手”，對(duì)低壓電器設(shè)備的危害貫穿于各個(gè)層面，從工業(yè)生產(chǎn)到日常生活，無一不受到其潛在威脅。通過深入剖析浪涌產(chǎn)生原因、特性以及對(duì)不同類型低壓電器設(shè)備的危害機(jī)制，我們能夠針對(duì)性地采取有效的防護(hù)手段。從系統(tǒng)層面的浪涌保護(hù)器安裝、接地優(yōu)化，到設(shè)備內(nèi)部的精細(xì)防護(hù)設(shè)計(jì)，多管齊下，構(gòu)筑起堅(jiān)固的防護(hù)壁壘，保障低壓電器設(shè)備在復(fù)雜多變的電磁環(huán)境中穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，為現(xiàn)代社會(huì)的持續(xù)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的電力保障。 |
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