浪涌電壓

3.1三級保護

自動控制系統所需的浪涌保護應在系統設計中進行綜合考慮，針對自動控制裝置的特性，應用于該系統的浪涌保護器基本上可以分為三級，對于自動控制系統的供電設備來說，需要雷擊電流放電器、過壓放電器以及終端設備保護器。數據通信和測控技術的接口電路，比各終端的供電系統電路顯然要靈敏得多，所以必須對數據接口電路進行細保護。

自動化裝置的供電設備的第一級保護采用的是雷擊電流放電器，它們不是安裝在建筑物的進口處，就是在總配電箱里。為保證后續設備不承受太高的殘壓，必須根據被保護范圍的性質，在下級配電設施中安裝過電壓放電器，作為二級保護措施。第三級保護是為了保護儀器設備，采取的方法是，把過電壓放電器直接安裝在儀器的前端。自動控制系統三級保護布置如圖3所示。在不同等級的放電器之間，必須遵守導線的最小長度規定。供電系統中雷擊電流放電器與過壓放電器之間的距離不得小于10m，過壓放電器同儀器設備保護裝置之間的導線距離則不應小于5m。

3.2三級保護器件

（1）充有惰性氣體的過電壓放電器是自動控制系統中應用較廣泛的一級浪涌保護器件。充有惰性氣體過電壓放電器，一般構造的這類放電器可以排放20kA（8/20μs）或者2.5kA（10/350μs）以內的瞬變電流。氣體放電器的響應時間處于ns范圍，被廣泛地應用于遠程通信范疇。該器件的一個缺點是它的觸發特性與時間相關，其上升時間的瞬變量同觸發特性曲線在幾乎與時間軸平行的范圍里相交。因此保護電平將同氣體放電器額定電壓相近。而特別快的瞬變量將同觸發曲線在十倍于氣體放電器額定電壓的工作點相交，也就是說，如果某個氣體放電器的最小額定電壓90V，那么線路中的殘壓可高達900V。它的另一個缺點是可能會產生后續電流。在氣體放電器被觸發的情況下，尤其是在阻抗低、電壓超過24V的電路中會出現下列情況：即原來希望維持幾個ms的短路狀態，會因為該氣體放電器繼續保持下去，由此引起的后果可能是該放電器在幾分之一秒的時間內爆碎。所以在應用氣體放電器的過電壓保護電路中應該串聯一個熔斷器，使得這種電路中的電流很快地被中斷。

圖3放電器分布圖

（2）壓敏電阻被廣泛作為系統中的二級保護器件，因壓敏電阻在ns時間范圍內具有更快的響應時間，不會產生后續電流的問題。在測控設備的保護電路中，壓敏電阻可用于放電電流為2.5kA～5kA（8/20μs）的中級保護裝置。壓敏電阻的缺點是老化和較高的電容問題，老化是指壓敏電阻中二極管的P?N部分，在通常過載情況下，P?N結會造成短路，其漏電流將因此而增大，其值的大小取決于承載的頻繁程度。其應用于靈敏的測量電路中將造成測量失真，并且器件易發熱。壓敏電阻大電容問題使它在許多場合不能應用于高頻信息傳輸線路，這些電容將同導線的電感一起形成低通環節，從而對信號產生嚴重的阻尼作用。不過，在30kHz以下的頻率范圍內，這一阻尼作用是可以忽略的。

（3）抑制二極管一般用于高靈敏的電子電路，其響應時間可達ps級，而器件的限壓值可達額定電壓的1.8倍。其主要缺點是電流負荷能力很弱、電容相對較高，器件自身的電容隨著器件額定電壓變化，即器件額定電壓越低，電容則越大，這個電容也會同相連的導線中的電感構成低通環節，而對數據傳輸產生阻尼作用，阻尼程度與電路中的信號頻率相關。