浪涌的產生、表現和危害

1． 什么是浪涌？

浪涌也叫突波，顧名思義就是超出正常工作電壓的瞬間過電壓。本質上講，浪涌是發生在僅僅幾百萬分之一秒時間內的一種劇烈脈沖，。可能引起浪涌的原因有：重型設備、短路、電源切換或大型發動機。而含有浪涌阻絕裝置的產品可以有效地吸收突發的巨大能量，以保護連接設備免于受損。

2． 浪涌的特點

浪涌產生的時間非常短，大概在微微秒級。浪涌出現時，電壓電流的幅值超過正常值的兩倍以上。由于輸入濾波電容迅速充電，所以該峰值電流遠遠大于穩態輸入電流。電源應該限制AC開關、整流橋、保險絲、EMI濾波器件能承受的浪涌水平。反復開關環路，AC輸入電壓不應損壞電源或者導致保險絲燒斷。

3． 浪涌的表現

浪涌普遍的存在于配電系統中，也就是說浪涌無處不在。浪涌在配電系統主要表現有：

— 電壓波動

— 在正常工作情況下，機器設備會自動停止或啟動

— 用電設備中有空調、壓縮機、電梯、泵或電機

— 電腦控制系統經常出現無理由復位

— 電機經常要更換或重繞

— 電氣設備由于故障、復位或電壓問題而縮短使用壽命

浪涌對敏感電子電器設備的影響有以下類型：

破壞

電壓擊穿半導體器件

破壞元器件金屬化表層

破壞印刷電路板印刷線路或接觸點

破壞三端雙可控硅元件/晶閘管……

干擾

鎖死、晶閘管或三端雙向可控硅元件失控

數據文件部分破壞

數據處理程序出錯

接收、傳輸數據的錯誤和失敗

原因不明的故障……

過早老化

零部件提前老化、電器壽命大大縮短

輸出音質、畫面質量下降

4． 浪涌的危害

浪涌的危害主要分成兩種：災難性的危害和積累性的危害。

— 災難性危害：一個電涌電壓超過設備的承受能力，則這個設備完全被破壞或壽命大大降低。如下圖所示：

電機通常的絕緣電壓為正常工作電壓的 2 倍加 1000V 左右，故 220V 電機的絕緣電壓一般為 1500V。電涌不斷地沖擊電機的絕緣層， 導致絕緣層被擊穿。

— 積累性危害：多個小電涌累積效應造成半導體器件性能的衰退、設備發故障和壽命的縮短，最后導致停產或是生產力的下降。

上圖是一個實際的例子，這是從美國空軍計算機上取下的芯片，圓圈處的凹陷造成 IC 芯片的永久損壞導致停機和器件更換，上下部的裂痕造成停機、 出錯和復位。 需要指出的是，該芯片在安裝了昂貴的UPS系統中工作。

二． 浪涌保護器的工作原理

電涌保護器是一種高效能的電路保護器，當它承受瞬態高壓、高能量脈沖時，快速（10-9S）由原來的高阻抗變為低阻抗，并將瞬變高壓干擾脈沖抑制到預定電壓，從而有效地保護設備和敏感器件不受損壞，電路工作不受干擾。

1． 浪涌的來源？

以配電系統為參照物，則浪涌可以分成系統外的和系統內的兩種。根據統計，系統外的浪涌主要來自于雷電和其它系統的沖擊，大約占 20%；系統內的浪涌主要來自于系統內部用電負荷的沖擊，大約占 80%。

2． 浪涌的類型及采取的有效措施

系統外的浪涌是一種脈沖性的浪涌，形狀如下圖所示，這種類型的浪涌主要來自于系統外，它的特點是瞬間峰值很高，在幾微秒內可以從幾百伏上升到 2 萬伏。根據這種現象，我們采用了門限抑制網絡技術，把在正弦波峰值電壓上固定值以外的浪涌抑制掉，是有效的保護電氣設備的廣泛方案，對系統外部產生的高能量脈沖型浪涌特別有效。

系統內部的浪涌是一種振蕩性的浪涌，形狀如下圖所示，這種浪涌的特點是浪涌在幾微妙至幾毫秒內從幾百伏上升到 6000伏。根據這種特點，我們采用了主動跟蹤網絡技術，電涌抑制包絡隨著正弦波的變化而變化，對內部產生的振蕩型電涌最為有效，可以快速探測電涌并將它限定在正弦波包絡的范圍內。