電磁兼容問題百問百答：什么是浪涌?

概念

一般來說，浪涌是電路中電流、電壓或功率的瞬態(tài)波。特別是在電力系統(tǒng)中——這可能是我們與浪涌相關(guān)的最常見的背景——浪涌或瞬態(tài)，是持續(xù)時(shí)間小于正常電壓波形半個(gè)周期的子周期過電壓。浪涌可以是正極性或負(fù)極性，可以是正常電壓波形的加法或減法，并且通常會隨著時(shí)間的推移而振蕩和衰減。

浪涌或瞬變是電源波形上的短暫過壓尖峰或干擾，可損壞、降級或毀壞任何家庭、商業(yè)建筑、工業(yè)或制造設(shè)施內(nèi)的電子設(shè)備。瞬變可以達(dá)到數(shù)萬伏特的幅度。浪涌通常以微秒為單位進(jìn)行測量。

每件電氣設(shè)備都設(shè)計(jì)為在指定的標(biāo)稱電壓下運(yùn)行，例如110 Vac、220Vac、24Vac 等。大多數(shù)設(shè)備旨在處理其標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)稱工作電壓的微小變化，然而，浪涌可能會對幾乎所有設(shè)備造成極大破壞。

浪涌/瞬變源

建筑物內(nèi)產(chǎn)生浪涌的常見來源是開關(guān)電源的設(shè)備。這可以是任何東西，從操作加熱元件的簡單恒溫器開關(guān)到許多設(shè)備上的開關(guān)模式電源。源自設(shè)施外部的浪涌包括由閃電和公用電網(wǎng)切換引起的浪涌。

瞬變可以源自設(shè)施內(nèi)部(內(nèi)部來源)或外部(外部來源)：

60-80%的浪涌是在設(shè)施內(nèi)產(chǎn)生的

內(nèi)部來源：

電氣負(fù)載的切換

某些電氣負(fù)載的開關(guān)(開和關(guān))和操作——無論是由于有意還是無意操作——都可能成為電氣系統(tǒng)浪涌的來源。開關(guān)浪涌并不總是立即被識別或破壞為更大的外部產(chǎn)生的浪涌，但它們發(fā)生的頻率要高得多。隨著時(shí)間的推移，這些開關(guān)浪涌可能會破壞和損壞設(shè)備。它們作為日常操作的一部分出現(xiàn)。

開關(guān)和振蕩浪涌的來源包括：

1.接觸器、繼電器和斷路器操作

2.電容器組和負(fù)載的切換(例如功率因數(shù)校正)

3.感應(yīng)設(shè)備(電機(jī)、變壓器等)的放電

4.負(fù)載的啟動和停止

5.故障或起弧

6.電弧(接地)故障

7.故障清除或中斷

8.電力系統(tǒng)恢復(fù)(停電)

9.連接松動

磁感應(yīng)耦合

每當(dāng)電流流動時(shí)，就會產(chǎn)生磁場。如果該磁場延伸到第二根導(dǎo)線，它將在該導(dǎo)線中感應(yīng)出電壓。這是變壓器工作的基本原理。初級中的磁場會在次級中感應(yīng)出電壓。在相鄰或附近的建筑物布線的情況下，這種電壓是不受歡迎的，并且本質(zhì)上可能是瞬態(tài)的。

可能導(dǎo)致電感耦合的設(shè)備示例包括：電梯、暖通空調(diào)系統(tǒng)(帶有變頻驅(qū)動器的HVAC)、熒光燈鎮(zhèn)流器、復(fù)印機(jī)和計(jì)算機(jī)。

靜電

靜電放電(ESD)現(xiàn)象或靜電可以在很寬的頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生電磁場，直到低千兆赫范圍。ESD事件一詞不僅包括放電電流，還包括放電之前和放電期間的電磁場和電暈效應(yīng)。ESD導(dǎo)致電荷在不同靜電電位的物體之間突然轉(zhuǎn)移。電氣分布上感應(yīng)的ESD 包含大量高頻噪聲。

靜電放電事件會導(dǎo)致設(shè)備故障和物理損壞。設(shè)備故障可能包括數(shù)據(jù)損壞和設(shè)備鎖定。物理損壞可能包括設(shè)備損壞甚至生命損失。為了實(shí)現(xiàn)有意義的ESD 抗擾度，

必須考慮整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括直接放電和場。

一個(gè)人意識到他或她參與靜電放電所需的最低電壓約為3000V。然而，低于人類感知閾值的靜電放電可能包含足夠的能量，導(dǎo)致電子設(shè)備故障或損壞。事實(shí)上，在這些低電壓水平下由ESD事件產(chǎn)生的電流波形的更快初始斜率可能使這種放電比在更高電壓下產(chǎn)生的ESD 事件更具破壞性。

人體或移動物體上的電壓可能因環(huán)境不同而有很大差異。在僅涉及抗靜電或靜電耗散材料的受控濕度情況下，它可以保持遠(yuǎn)低于5kV。在使用合成材料的低濕度環(huán)境中，它的范圍可以從5 kV 到15 kV。設(shè)備受害者非常接近ESD事件，可能會被入侵者和接收器之間的放電產(chǎn)生的電磁場擾亂或損壞。

[來源IEEE StdC62.47-1992，IEEE靜電放電(ESD)指南：ESD環(huán)境特征]

外部來源：

設(shè)施外產(chǎn)生的最常見的浪涌源是閃電。雖然閃電在某些地區(qū)可能很少發(fā)生，但它對設(shè)施造成的損害可能是災(zāi)難性的。其他地區(qū)更頻繁地遭受雷暴和閃電。

由閃電引起的電涌可能來自閃電與設(shè)施電氣系統(tǒng)的直接接觸，或者更常見的是間接或附近的閃電，將電涌感應(yīng)到電力或通信系統(tǒng)上。這兩種情況都會立即損壞電氣系統(tǒng)和/或連接的負(fù)載。

其他外部浪涌源包括公用事業(yè)啟動的電網(wǎng)和電容器組切換。在電網(wǎng)運(yùn)行期間，公用事業(yè)可能需要將電力供應(yīng)切換到另一個(gè)來源或暫時(shí)中斷向其客戶的電力流動，以幫助清除系統(tǒng)中的故障。這種情況通常發(fā)生在倒下的樹枝或小動物導(dǎo)致線路故障的情況下。當(dāng)電源斷開然后重新連接到客戶負(fù)載時(shí)，這些電源中斷會導(dǎo)致浪涌。

電能質(zhì)量擾動可以在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行期間傳遞。電力公用事業(yè)公司從多個(gè)發(fā)電設(shè)施發(fā)電，并將電力分配給特定的用戶電網(wǎng)。由于用于發(fā)電的設(shè)備以恒定速度運(yùn)行最有效，因此公用事業(yè)公司會調(diào)整電力分配，而不是不斷調(diào)整電力設(shè)施的發(fā)電設(shè)備。當(dāng)公用事業(yè)公司將電力供應(yīng)從一個(gè)電網(wǎng)切換到另一個(gè)電網(wǎng)時(shí)，就會發(fā)生電力干擾，包括瞬變或尖峰，以及欠壓和過壓情況。這些活動將導(dǎo)致瞬變被引入系統(tǒng)，并可能傳播到最終用戶設(shè)備中，并可能導(dǎo)致?lián)p壞或操作混亂。

有關(guān)這些和其他對于電涌保護(hù)設(shè)備很重要的主題的更多信息，請參閱IEEEStd. C62.41.1-2002 和IEEE標(biāo)準(zhǔn)。C62.72-2007顯示在本網(wǎng)站的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)頁面上。