浪涌和保护

电路在遭雷击和在接通、断开电感负载或大型负载时常常会产生很高的操作过电压（电流），这种瞬时过电压称为浪涌电压（电流），是一种瞬变干扰。例如直流6V继电器线圈断开时会出现300-600V的浪涌电压；接通白炽灯时会出现8-10倍额定电流的浪涌电流；当接通大型容性负载如补偿电容器组时，常会出现大的浪涌电流冲击，使得电源电压突然降低；当切断空载变压器时也会出现高达额定电压8-10倍的操作过电压。

浪涌电压现象日趋严重地危机自动化设备安全工作，消除浪涌干扰，防止浪涌损害一直是关系到自动化设备安全可靠运行的核心问题。

浪涌电压产生原因

浪涌也叫突波，是超出正常电压的瞬间过电压，一般指电网中出现的短时间像浪一样的高电压引起的大电流。本质上讲，浪涌就是发生在仅仅百万分之一秒内的剧烈脉冲。浪涌电压的产生原因有两个，一个是雷电，一个是电网上的大型负荷接通或断开时产生的。

1）  外部因素：雷电是自然界发生的极为强烈的电磁暂态过程。 雷电电涌过电压雷击引起的电涌危害，在雷击放电时，以雷击为中心1.5~2KM范围内，都可能产生危险的过电压。雷击引起（外部）电涌的特点是单相脉冲型，能量巨大。外部电涌的电压在几微秒内可从几百伏快速升高至20000V，可以传输相当长的距离。按ANSI/IEEE C62.41-1991说明，瞬间电涌可高达20000V，瞬间电流可达10000A。根据统计，系统外的电涌主要来自于雷电和其它系统的冲击，大约占 20%。

主要通过两个渠道对电力自动化设备产生影响。一个是雷电直接击中变电站或调度中心的避雷针，产生的瞬变磁场对周围的电子设备的电磁作用，对封闭的金属回路产生感应电流，对开口的金属回路产生感应电动势。雷电脉冲十分强烈，产生的感应电压很高，经地线泄放入地的电流引起电网地线电压升高，在接地系统中产生很大的电压差，可能对设备造成干扰。二是雷电在线路上空放电，使线路因电磁感应产生浪涌电压，这种冲击会沿着线路入侵到与之相连的电力设备，造成工作错误或设备损坏。

2）  内部因素：操作电涌过电压内部浪涌发生的原因同供电系统内部的设备启停和供电网络运行的故障有关：在电力系统内部，由于断路器的操作、负荷的投入和切除或系统故障等系统内部的状态变化，而使系统参数发生变化，从而引起的电力内部电磁能量转换或传输过渡过程，将在系统内部出现过电压。系统内的电涌主要来自于系统内部用电负荷的冲击，大约占 80%。在电力系统引起的内部过电压的原因大致可分为：（1）电力大负荷的投入和切除；（2）感性负荷的投入和切除；（3）功率因素补偿电容器的投入和切除（4）短路故障供电系统内部由于大功率设备的启停、线路故障、投切动作和变频设备的运行等原因，都会带来内部浪涌，给用电设备带来不利影响。特别是计算机、通讯等微电子设备带来致命的冲击。即便是没有造成的设备损坏，但系统运行的异常和停顿都会带来很严重的后果。比如核电站、医疗系统、大型工厂自动化系统、证券交易系统、电信局用交换机、网络枢纽等。

当某些大容量的电气设备接通或断开，由于电网中存在电感，将会产生“浪涌电压”，引发浪涌电流。一般不然设备容量大小，都存在浪涌电压，小容量设备产生的浪涌电压小，不会产生大的危害。在脱线变换器启动瞬间，因对大容量电容器充电会产生大电流。这个电流比正常系统电流大几倍至几十倍，而这可能使AC线路的电压降落，从而影响连接在同一线路的所有设备运行。操作方式和故障形式的多样性决定了操作过电压的不同类型，主要有：中性点不接地系统的弧光接地过电压，空载线路的合闸过电压，空载线路和电容器分闸时的开断电容负载过电压，空载变压器、电抗器和电机分闸时的开断电感负载过电压。

目前用于浪涌保护的器件有四种：

（1）瞬变电压抑制器（TVS），电流调节能力强，工作电压和箝位电低，响应速度快，用于保护400V以下的低压电路，能承受50~500A的浪涌电流，有串联型和并联型两种，是电路板保护和理想器件。

（2）金属氧化物变阻器（压敏电阻）， 响应速度比TVS二极管慢，但通流量大于TVS二极管，可保护电压低于20 kV的设备，常用于电源保护回路。

（3）陶瓷气体放电管（GDT），是一个充有惰性气体的密封式火花间隙，当两端出现超过其保护电压的干扰时，放电管被击穿放电，从而在短时间内限制浪涌电压及减少干扰能量。气体放电管通流量大（0.5KA~20KA），保护电压可达10kV，适合信号保护回路使用。

（4）固体放电管，是基于晶闸管原理和结构的一种二端负阻器件，响应速度快，无限重复，功耗小，起动电压为5~500V，瞬间冲击电流可达50~300A，适用于保护电子元器件。