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就是超出正常工作電壓的瞬間過電壓,被稱為瞬變脈沖電壓、瞬態過電、突波或電涌等,是電路中出現的一種短暫的電流、電壓波動,在電路中通常持續約百萬分之一秒的一種劇烈脈沖。220 v電路系統中持續瞬間(百萬分之一秒)的5KV或10KV的電壓波動,即為電涌或瞬態過電。電涌也指電網輸出電壓有效值大于額定值110%,其持續時間為一個周波(20ms)至數個周波的電壓變化。電涌的來源有兩類:外部電涌和內部電涌。外部電涌最主要來源于雷電,另一個來源是電網中開關操作等在電力線路上產生的過電壓。內部電涌:經研究發現,低壓電源線上88%的電涌產生于建筑物內部設備,如:空調、電梯、電焊機、空氣壓縮機和其它感應性負荷。根據統計,在美國:由于電涌給各行業造成的停產、時間的損失、設備維修、過早地更換設備等直接損失每年高達260億美金,在中國,據有關統計,在保修期內出現問題的電氣產品中,有63%是由于電涌產生的。
涌的產生方式 1、雷電電涌過電壓
雷擊引起的電涌可分為:
(1)感應雷擊電涌過電壓:雷擊閃電產生的高速變化的電磁場,閃電輻射的電場作用于導體,感應很高的過電壓,這類過電壓具有很陡的前沿并快速衰減。
(2)直接雷擊電涌過電壓:直接落雷在電網上,由于瞬間能量巨大,破壞力極強,目前還沒有一種設備能對直接落雷進行保護。
(3)雷擊傳導電涌過電壓:由遠處的架空線傳導而來,由于接于電力網的設備對過電壓有不同的抑制能力,因此傳導過電壓能量隨線路的延長而減弱。
(4)振蕩電涌過電壓:動力線等效一個電感,并于大地及臨近金屬物體間存在分布電容,構成并聯諧振回路,在TT、TN供電系統,當出現單相接地故障的瞬間,由于高頻率的成分出現諧振,在線路上產生很高過電壓,主要損壞二次儀表。
2、操作電涌過電壓
在電力系統內部,由于斷路器的操作、負荷的投入和切除或系統故障等 系統內部的狀態變化,而使系統參數發生變化,從而引起的電力內部電磁能量轉換或傳輸過渡過程,將在系統內部出現過電壓。系統內的電涌主要來自于系統內部用電負荷的沖擊,大約占80%。在電力系統引起的內部過電壓的原因大致可分為:
(1)電力大負荷的投入和切除;
(2)感性負荷的投入和切除;
(3)功率因素補償電容器的投入和切除
(4)短路故障
內部產生的電涌特點主要是震蕩型,在供電系統中的變壓器、感性負載和電容器之間震蕩且高次諧波成分含量高。IEEE中指出,內部電涌的電壓值在幾微秒至幾納秒從幾百伏升高至6000V。在繁忙的工廠或城市商業用電環境中,每小時的瞬間電涌可達到180000~432000次。
載流和重燃電涌過電壓:由接通和分斷控制設備時產生,特別是電動機或變壓器負載,在起動階段或故障時分斷,出現載流和重燃過電壓,常使電動機繞組或變壓器擊穿損壞(如國內一鋼鐵企業發電廠,在一個月內因接通和分斷過電壓造成兩臺3000KW電動機相間南穿穿短路損壞)。
3、靜電放電
干燥的絕緣體(如毛制品),在干燥的環境通過摩控產生靜電,能量較小,主要損壞集成電路。2電涌的破壞原理與現象
造成電涌(瞬變脈沖)的原因包括閃電、接地不良、感性負載切換、市電故障排除以及靜電放電(ESD),其結果可能會造成數據丟失(或損壞)甚至設備的損毀。而其中以閃電破壞性最強。閃電擊中以及觸點開關產生的瞬間放電或電弧放電引起的電涌,從現象上看有:
飛。涸诒粨p的部件上留下明顯的電弧痕跡;
電暈:在絕緣體表面上,有明顯的電蝕痕跡,被蝕部位絕緣下降;
控制電路的IC等元件損壞;一般電子設備、家用電器的整流元件、穩壓元件損壞;
接地故障成設備帶電(單相接地):造成設備相間短路(電機相間短路)。
電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。
電涌普遍的存在于配電系統中,也就是說電涌無處不在。
電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。[1]
電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。
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。