看不見的浪涌“刺客”

深冬雨夜，工程師小陳獨自值班

只聽一陣電閃雷鳴，世界霎時陷入黑暗

小陳欲前往配電室一探究竟

寂靜的工廠只有他的腳步聲

突然，一臺設(shè)備悄然啟動了……

是誰在暗中操控？

電閃雷鳴過后，可能有設(shè)備突然誤動作，或伴隨異響發(fā)生損壞；當(dāng)你操作開關(guān)去啟動某個設(shè)備，可能突然有器件被燒壞，甚至?xí)匆娀鸹ā?/p>

這些現(xiàn)象，可能是因為線路中出現(xiàn)了浪涌。

Part 01浪涌

什么是浪涌

說到這個詞，人們很容易想到平靜的海面上有一波海浪涌過來。沒錯，它的確是以一個波浪的形式瞬間侵入我們的設(shè)備。只不過在電氣上，這個浪不是水，而是電，因此也叫電涌。它指的是在原本正常工作的線路中，瞬間疊加一個幅值遠(yuǎn)高于額定值的電流或者電壓波。這個波的特點是時間很短（一般是μs級別），峰值非常高可以達(dá)到KA/KV。

浪涌是如何引起的

導(dǎo)致浪涌出現(xiàn)的原因各種各樣，但是我們把它歸類起來，大概有如下幾個：

1. 雷電電磁脈沖

在引起浪涌的原因中，雷電具有最大的破壞潛力。雷擊時，強雷電流會直接入侵或者耦合到用電設(shè)備，導(dǎo)致設(shè)備擊穿燒毀。高層建筑、機場、通訊基站等，更容易遭受雷擊。比如打雷時，如果防雷措施做得不到位，用戶現(xiàn)場可能會有設(shè)備燒壞，或者采集的數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常?；鸨槿W(wǎng)的廣州小蠻腰接閃畫面便是一種直觀的雷電電磁脈沖。

2. 開關(guān)電磁脈沖

開關(guān)電磁脈沖是屬于一種操作過電壓。分合長空載線路、開斷感性或容性負(fù)載、投切大型設(shè)備等都可能會造成線路瞬態(tài)電壓波動，伴隨器件損壞、敏感設(shè)備誤動作、信號出現(xiàn)異常甚至丟失的現(xiàn)象。比如，控制電磁閥的繼電器觸點在啟動瞬間擊穿，也需要考慮開關(guān)電磁脈沖。

3. 靜電電磁脈沖

不同物體會積聚不同的電荷，即有了不同的靜電電位，這些不同電位的物體之間接觸距離達(dá)到一定值就會擊穿放電（瞬間電荷轉(zhuǎn)移）。比如天氣干燥的時候，我們摸到金屬、羊絨等物體或者和其他人觸碰，可能會被電擊，這就是靜電現(xiàn)象。靜電的電壓可能會達(dá)到上千甚至上萬伏，它產(chǎn)生的電磁場會耦合到器件內(nèi)部。在精密的設(shè)備上通常有敏感的核心芯片，很容易被靜電擊穿，這個損失是無法估量的。

4. 核電磁脈沖

核爆時釋放的射線與周圍介質(zhì)碰撞會形成高速康普頓電子流，產(chǎn)生強電磁輻射，從而導(dǎo)致周圍電磁場的瞬態(tài)變化。這種電磁感應(yīng)耦合到電子設(shè)備，會破壞通訊系統(tǒng)導(dǎo)致信號傳輸中斷、通信網(wǎng)絡(luò)癱瘓，損壞計算機集成電路芯片，以及影響電力系統(tǒng)的安全運行。

Tips：對于工控現(xiàn)場，通常遇到的雷電電磁脈沖和開關(guān)電磁脈沖較多。

Part 02浪涌保護(hù)器（SPD）

浪涌保護(hù)器如何保護(hù)設(shè)備

既然浪涌的危害這么多，那么我們必須要進(jìn)行防浪涌保護(hù)。從雷電電磁脈沖的防護(hù)角度，我們將防雷分外部防雷和內(nèi)部防雷。外部如避雷針避雷線以及戶外用避雷器等，而浪涌保護(hù)器則是一種內(nèi)部防雷裝置，同樣也能夠解決其他電磁脈沖引發(fā)的浪涌問題。

它的原理是泄放浪涌電流，限制浪涌電壓。常規(guī)的SPD有效器件是并聯(lián)在設(shè)備回路中，正常運行時呈高阻狀態(tài)，類似于斷開；在浪涌入侵導(dǎo)致器件端口電壓升高到動作閾值時，器件瞬間導(dǎo)通泄放浪涌電流，從而將電壓限制在一定的水平，保證設(shè)備的安全。整個過程非常迅速，不影響設(shè)備的正常運行（下圖以共模保護(hù)為例）。

Part 03常規(guī)低壓電源系統(tǒng)SPD選型

如何選擇合適的浪涌保護(hù)器

浪涌保護(hù)器的選擇屬于防雷設(shè)計的一個環(huán)節(jié)，需要根據(jù)建筑物雷電防護(hù)等級、雷電防護(hù)分區(qū)以及供電系統(tǒng)制式等，緊密結(jié)合應(yīng)用場景。我們初步選型主要需要考慮以下幾個參數(shù)：

●浪涌保護(hù)器的類型（I類 II類 III類）

使用何種類型的SPD主要考慮雷電防護(hù)分區(qū)，我們也可以大體按照安裝位置來粗略判斷。

>I 類 SPD

用于泄放由直接或附近雷擊引起的高能電涌電流/電涌電壓。安裝位置：位于防雷保護(hù)區(qū)LPZ 0A與LPZ 1的交界處，通常安裝在主配電箱中。

>II 類 SPD

用于泄放由遠(yuǎn)距離雷擊、電感或電容耦合及操作過電壓引起的高能電涌電流/電涌電壓。安裝位置：一般位于LPZ 1區(qū)與LPZ 2區(qū)的交界處，通常安裝在分配電箱中。

>III 類 SPD

用于保護(hù)敏感型終端設(shè)備的附加電涌保護(hù)器（設(shè)備保護(hù)）。安裝位置：位于防雷保護(hù)區(qū)LPZ 2與LPZ 3的交界處，通常緊鄰敏感型終端設(shè)備。

●供電系統(tǒng)制式（幾相幾線）

圖中是國內(nèi)常見的幾種供電系統(tǒng)制式。選型時先看被保護(hù)對象所用的是哪種系統(tǒng)制式，再看需要接入保護(hù)的線路是哪幾相。

●持續(xù)運行電壓Uc

持續(xù)運行電壓Uc是浪涌保護(hù)器能夠長期承受的工頻電壓值，這個值不能低于供電系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最高工作電壓。在不同行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，都對浪涌保護(hù)器的最小Uc值做了規(guī)定（具體可以查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)），但是最終還是要結(jié)合實際的電網(wǎng)質(zhì)量。

●沖擊電流、放電電流

這兩個參數(shù)反映浪涌保護(hù)器泄放浪涌電流的能力，同樣在各行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中根據(jù)不同的雷電防護(hù)等級和雷電防護(hù)分區(qū)也有各自的規(guī)定。I類SPD主要看Iimp（10/350μs波形）值；II類及III類SPD一般用In和Imax（8/20μs波形）表示，Imax大于In。值越大，SPD泄放電流的能力越強，選型時不低于要求的值就可以。

●電壓保護(hù)水平Up

電壓保護(hù)水平Up反映浪涌保護(hù)器限制浪涌電壓的能力，指的是浪涌保護(hù)器在規(guī)定的沖擊電流或者電壓下，端口出現(xiàn)的最大電壓。這個值一定不能高于被保護(hù)設(shè)備的耐沖擊電壓值，值越小對保護(hù)對象的保護(hù)效果越好，當(dāng)然不能犧牲Uc值。對于敏感設(shè)備，應(yīng)選擇Up值較小的浪涌保護(hù)器。

●浪涌保護(hù)器選型示例

舉個栗子

Q：安裝在入戶總配電箱，需要I類SPD，供電系統(tǒng)是TN-S，標(biāo)稱電壓220/380V，Uc值（L-N）需要≥275V，保護(hù)L1\L2\L3+N，Iimp=25kA，電壓保護(hù)水平Up（L-N）≤2.2kV，應(yīng)該選擇哪款浪涌保護(hù)器呢？

A：可以選擇菲尼克斯電氣如下產(chǎn)品——FLT-SEC-P-T1-3S-350/25-FM - 1+2類組合式電涌保護(hù)器。

（點擊圖片查看詳細(xì)參數(shù)）

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