中心議題：

• 瞬變電壓的抑止和保護

解決方案：

• 浪涌保護設備
• 接地
• 瞬變電壓的分層保護方法

瞬變電壓浪涌是指所需的電壓或信號發(fā)生暫時(shí)但通常幅度很大的變化。瞬變電壓的變化幅度越大，用電設備受到干擾或破壞的可能性就越大。瞬變電壓可以在任何導電材料中產(chǎn)生，因此它們不僅會(huì )影響與市電線(xiàn)路連接的設備，還會(huì )影響與電話(huà)線(xiàn)、以太網(wǎng)線(xiàn)、同軸電纜、串行通信電纜等連接的設備。本文全面介紹瞬變電壓的抑止和保護問(wèn)題。

浪涌保護設備

浪涌保護設備 (SPD) 可以削弱這些浪涌的幅度以保護設備免遭破壞。但是，SPD 沒(méi)有必要將浪涌降低到零振幅。SPD 只是將瞬變電壓降低到一個(gè)可以安全地傳遞到連接的電氣負載的水平。這是因為在設備中電源的閾值可能發(fā)生變化，并且為保證所連接的設備能夠連續運行而將電壓削弱到零是不切實(shí)際的。因此，SPD 會(huì )將瞬變電壓削弱到一個(gè)合理的水平，以符合保護設備的要求。一些更高端 SPD 還提供噪聲過(guò)濾功能，以減少電源波形中由 EMI 引起的干擾，阻止其傳遞到所連接的設備。

簡(jiǎn)而言之，SPD 會(huì )阻止具有破壞性的瞬變電壓浪涌電平到達所保護的設備。SPD 通過(guò)吸收過(guò)剩的電壓、將其分流或者組合使用這兩種手段，達到削弱浪涌電壓的目的。圖 1顯示了飛向靶子的箭。靶子代表 SPD，而箭代表瞬變電壓尖峰脈沖。當箭擊中靶子時(shí)，它會(huì )被吸收并滯留在靶子中。然而，靶子的厚度將決定箭是否可以在沒(méi)有穿到另一側時(shí)停止。同樣，在這種模式下，箭將不停地損壞靶子，將來(lái)靶子可能無(wú)法很好地阻止箭?，F在，假設在靶子前面有一個(gè)金屬盾牌。箭發(fā)出后，它會(huì )擊中盾牌，無(wú)任何損害地彈飛到靶子的旁邊。這就是大多數 SPD 的基本工作原理。SPD 吸收能量（并且根據它們的質(zhì)地好壞，可以防止浪涌，但仍然會(huì )受到損壞），或者將電壓分流到設備接地線(xiàn)中。在大多數情況下，SPD 會(huì )將吸收和分流瞬變電壓浪涌的設備組合使用。

圖1-吸收和反射瞬變電壓

鉗位是 SPD 用于限制瞬變電壓的一項功能。鉗位這一過(guò)程是由 SPD  內部組件將瞬變電壓降低到所保護的相連用電設備可接受的較低電壓電平。在經(jīng)過(guò) SPD  的瞬變電壓浪涌削弱電路后，傳遞到相連用電設備的能量被稱(chēng)為“通過(guò)電壓”。同樣，對于大多數 SPD 來(lái)說(shuō)，此過(guò)程都不會(huì )將瞬變電壓降低到零伏，或者降低到連接的負載正常工作所需要的電平以下。過(guò)分地將瞬變電壓削弱到所需電平以下會(huì )導致 SPD 本身承擔不必要的負擔。

金屬氧化物變阻器（MOV — 壓敏電阻）是 SPD 中最常使用的一個(gè)組件。MOV 是具有特殊半導體屬性的非 線(xiàn)性電阻。在瞬變電壓浪涌進(jìn)入線(xiàn)路之前，MOV 將保持在非導電狀態(tài)，允許電源正常通過(guò)。瞬變電壓浪涌進(jìn)入線(xiàn)路之后，MOV 開(kāi)始導電，將過(guò)剩電壓傳到地。隨著(zhù)安培數的增加，鉗位電壓的值也會(huì )增加，這樣保證傳到設備的“通過(guò)電壓”處于可接受的水平，直到瞬變電壓浪涌平息為止。

MOV 通常與熱敏保險絲結合使用，熱敏保險絲位于電源線(xiàn)路和所保護的設備之間，在出現災難性的瞬變電壓浪涌時(shí)可以切斷所連接設備的電源。如果瞬變電壓非常大，持續時(shí)間很長(cháng)，它可能會(huì )達到 MOV 的峰值工作電 壓，此時(shí) MOV 會(huì )處于完全導通狀態(tài)。如果出現此故障，熱量可能會(huì )導致熱敏保險絲（通?？拷蜻B接到 MOV）斷開(kāi)電流，從而阻止向所保護的設備進(jìn)一步供電。MOV 性能十分穩定，這也是在 SPD 中采用該部件 的原因。MOV 將始終允許通過(guò)相同的電壓，在達到同一過(guò)剩電壓水平時(shí)開(kāi)始導通，這一特性將一直持續到自身的故障點(diǎn)。

SPD 不能解決所有的電源質(zhì)量問(wèn)題。它們無(wú)法解決由電力設備提供的AC 電源中的欠壓（低電壓）和過(guò)壓（長(cháng)期過(guò)電壓）問(wèn)題。它們同樣無(wú)法降低由非線(xiàn)性負載（如計算機和熒光照明設施系統中的一些發(fā)動(dòng)機和開(kāi)關(guān) 式電源）產(chǎn)生的諧波問(wèn)題。如果市電線(xiàn)路電壓過(guò)低，可以使用 UPS 設備，臨時(shí)使用電池供電，直到市電恢復為止。
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接地

接地是最大的電力環(huán)境問(wèn)題之一，對于 SPD 尤為如此。 地是所有電源、信號或數據網(wǎng)絡(luò )的必要元素。所有電壓和信號電平都要以地為參考。大多數 SPD 還使用設備中的接地線(xiàn)，以分流瞬變電壓產(chǎn)生的過(guò)剩電壓。如果沒(méi)有正確接地，這些 SPD 可能無(wú)法正常工作。

工廠(chǎng)設施中的接地連接只能連接到電力線(xiàn)路配電板上的單一連接點(diǎn)。這種與地面單點(diǎn)連接的方式可以避免由于疏忽而造成多個(gè)接地點(diǎn)。多個(gè)接地點(diǎn)會(huì )造成市電電壓的差異，導致不希望的電流流向低壓數據線(xiàn)。并對數據傳輸造成噪音干擾，雖然不會(huì )引起太大的損害，但也可能會(huì )形成瞬變電壓浪涌，嚴重損壞設備傳輸線(xiàn)。圖 2 顯示了一個(gè)接地回路示例。每個(gè)設備獨立接地（每個(gè)電源插座都參照不同的接地點(diǎn)）。如果設備通過(guò)某種形式的接地（也導電）數據線(xiàn)連接在一起，就會(huì )出現問(wèn)題。在圖2 中，計算機使用并行通信電纜連接到打印機。如果所使用設備接地點(diǎn)之間存在電勢差（有電荷差異），那么電流可能會(huì )通過(guò)并行電纜從一個(gè)設備流到另一設備，以便中和電荷。這就是“接地回路”，會(huì )對設備造成嚴重損壞，因為設備在正常條件下只需很小的電力就 可以工作。雖然這個(gè)示例只顯示了一處設施，但接地回路也可以在不同設施之間形成。

圖2-接地回路

瞬變電壓分層保護方法

使用 SPD 網(wǎng)絡(luò )對瞬變電壓進(jìn)行分層防御是明智之舉。第一層用于控制進(jìn)入系統設施的高輸入浪涌，如電線(xiàn)中 的瞬變電壓。這可能是由于閃電引起的。然后，使用其他層控制內部電線(xiàn)和數據線(xiàn)中的瞬變電壓。因為大多數瞬變電壓浪涌都在建筑物內產(chǎn)生，所以了解和應用 SPD 對于改進(jìn)任何工廠(chǎng)設施中的電源質(zhì)量都是非常必要的。

這種分層保護方法是防止大多數瞬變電壓?jiǎn)?wèn)題的最有效手段。這種方式對于防止電線(xiàn)的瞬變電壓?jiǎn)?wèn)題非常重要，對于數據線(xiàn)也同樣重要。對于輸入數據線(xiàn)中的高瞬變電壓，大多數大型設施都具有特定形式的首層防御措施。例如，很多家庭和工廠(chǎng)設施都使用陶瓷氣體放電管或玻璃放電管 SPD（通常由電信公司提供）來(lái)幫助將 高容量浪涌降低到基本電話(huà)設備（如不需要輔助電源就可以工作的獨立電話(huà)）的適宜水平。但是，這些第一層 SPD 允許通過(guò)的電壓通常不能將電壓削弱到安全級別，以避免損壞靈敏的用電設備，如計算機的 DSL 或撥號 調制解調器（或甚至是連接到這些調制解調器的計算機）等。對于連接到同軸電纜的其他靈敏用電設備，如音 頻/視頻設備或寬帶電纜調制解調器設備等，效果也是一樣。出于這個(gè)原因，應使用額外的 SPD 進(jìn)一步削弱從第一層 SPD 傳來(lái)的允許通過(guò)電壓，保護單個(gè)設備。

通常只有在討論電線(xiàn)干擾時(shí)才會(huì )提及瞬變電壓浪涌。然而，由于有很大一部分瞬變電壓是在系統設施內部的數 據線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中產(chǎn)生的，因此有必要重視抑止數據線(xiàn)浪涌的需求。任何導線(xiàn)都是瞬變電壓的潛在載體，在任何系統設施內都會(huì )存在許多可以產(chǎn)生感應耦合的因素。當今計算機運行所需的電力閾限越來(lái)越低，這意味著(zhù)即使是非 常小的電力干擾，也要加以重視，以避免數據損失和損壞。通過(guò)首先降低外部和其他來(lái)源的高浪涌，然后在傳到靈敏的用電設備之前進(jìn)一步在內部削弱電力，分層保護方法可以理想地抑止浪涌。數據線(xiàn)浪涌抑制對于保護 靈敏設備免遭數據損壞非常必要，可以避免對低電壓數據線(xiàn)造成破壞，還可以防止任何開(kāi)放電路引入瞬變電壓浪涌。