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                電涌保護器選擇,應用和理論(第三篇篇)
                2018-11-10
                瞬態過電壓通常由閃電和/或電切換事件引起。短暫的過電壓可以通過閃電或通過電氣開關事件(如電阻,電感或電容耦合)產生。大約35%的瞬態來自設施外部閃電,公用電網開關,在公用事業線上切換大電容器組,電氣事故或重型電動機或附近工業的負荷。剩下的65%是在里面產生的我們的家庭和設施來自微波爐,激光打印機等未經預料的來源打開或關閉復印機,電動機,電器,榻榻米升降臺,甚至燈。
                3.1閃電
                閃電活動可能導致主電源和數據的瞬態過電壓通訊,信號或電話線。據稱雷電放電的電流高達50萬安培(A)在目前的防雷標準中,200 kA是可接受的上限。是閃電在沒有結構防雷方案的情況下擊中建筑物,這條電流將尋求通往穿過建筑物及其織物的地球 - 以不穩定和不可預測的方式。這座建筑是可能會被損壞,甚至可能著火。雖然會發生瞬態過電壓,但這可能會發生只是建筑物及其內容受到嚴重破壞的一個方面。然而,如果閃電照射到具有結構防雷保護的建筑物上,則閃電將移動到地球以預定的方式。
                閃電可能導致瞬態過電壓
                ?直接打擊傳入的電力服務
                ?“間接”罷工,通過電阻,電感和電阻耦合到電氣服務中電容效應。
                3.1.1。直接打擊
                直接攻擊高壓(HV)電力電纜。對高壓架空電力線的攻擊是相當普遍。人們通常認為高壓到低壓變壓器的作用消除了由此產生的瞬態過電壓。事實并非如此。雖然變壓器可防止瞬態線與地之間的過電壓,線間瞬態通過無衰減。當高壓線被雷擊時,它們會閃回地面。一條線路將閃現之前其他人,將線路瞬態轉換為線路和線路之間的線路 - 這些很容易通過通過變壓器。此外,變壓器繞組之間的電容在任何組合之間提供瞬變通過變壓器的高頻路徑的導體。這可能會產生影響增加現有線到線瞬態的大小,以及提供通過線路的路徑線對地瞬變變壓器。

                直接打擊低壓(LV)電源線或電話線。當閃電擊中LV時架空電力電纜或電話線,大部分電流由于線路傳播到地球閃過地面。發射相對較?。ǖ茐男裕┑睦纂娏鞑糠盅刂娎|或線路到電子設備。

                3.1.2間接打擊
                3.1.2.1電阻耦合
                電阻耦合是瞬態過電壓的最常見原因,它會影響兩者地下和架空線。當雷擊升高時,會發生電阻耦合瞬變一組電氣互連建筑物中的一個或多個的電勢(或結構)。電互連的常見例子是
                ?從變電站到建筑物的供電
                ?建設電力供應
                ?從建筑物到外部閃電,閉路電視或安全設備的電源
                ?從交易所到大樓的電話線
                ?建設電話線之間
                ?建立LAN或數據通信線路之間
                ?從建筑物到外部或基于現場的傳感器的信號線或電源線
                圖12顯示了兩座建筑物。每個都包含連接到地球的電子設備通過其主電源供電。數據通信線連接兩個設備因而是兩個不同的地球。

                附近的雷擊將向地面注入大量電流。電流從中流走攻擊點 - 優先通過阻力最小的路徑。接地電極,電氣電纜和電子設備的電路(一旦損壞),都是比導線更好的導體泥。隨著當前試圖流動,整個過程中出現了破壞性的瞬態過電壓設備的敏感部件。
                當分開的接地結構僅相隔數米時,可能發生電阻耦合瞬變。電阻耦合將影響地下和架空電纜。注意:數據通信信號和電話線(“閃電障礙”)的SPD安裝在線路中(即系列)。這在線路中引入了一個小阻抗,在線路上引入了一個電容。用于雙絞線信令低于1 MHz,這通常不會造成任何問題。但是,在較高頻率下這個阻抗和電容會引起問題。這些系統的保護器需要專門設計,以降低線路電容和電流阻抗。對于阻抗匹配系統(例如同軸有線計算機網絡,例如以太網),它是必不可少的保護器阻抗匹配,以避免反射。

                3.1.2.2電感耦合
                電感耦合是雷電和電纜之間的磁場變壓器效應。雷電放電是一種巨大的電流,每當電流流過時,就會產生電磁字段圍繞它創建。 如果電源或數據電纜通過該磁場,則為電壓將被撿起或誘導到它上面。

                3.1.2.3電容耦合
                如果長線與地球隔離良好(例如通過變壓器或光隔離器),它們就可以通過它們之間的電容和充電的雷電云拉高電壓。如果電壓在線上升超過每端器件的擊穿強度(例如光隔離器)他們會被損壞。
                3.2通過電氣切換事件
                由電氣開關事件引起的瞬態過電壓是非常常見的并且可以是源相當大的干擾。流過導體的電流產生磁場能量儲存。當電流中斷或關閉時,磁場中的能量突然被釋放了。為了消散自身,它變成高壓瞬態。更多儲存的能量,產生的瞬態越大。更高的電流和更長的導體,兩者都有助于儲存更多能量并隨后釋放。這就是電感負載的原因電動機,變壓器和電氣驅動器都是開關瞬態的常見原因
                3.3通過瞬態過電壓
                幾乎所有的電子元件和電路都以同樣的方式遭受瞬態過電壓損壞。工作中有兩種主要的物理機制,即過熱和絕緣失效 - 兩者都是有效的隨后的動力跟進會更糟糕。讓我們考慮一個由電阻線圈制成的簡單電阻器。在瞬態活動期間流過電線的電流會導致降解。多一點熱量和電線會蒸發 - 破壞組件。像這樣的熱失效在印刷的保險絲中很常見電路板軌道,正向偏置半導體結等。除了加熱之外,電流還會在電線上產生電壓。如果電壓差變得足夠高,以刺穿電線絕緣并破壞氣隙,發生閃絡。這種形式的故障在反向偏置半導體結中很常見,電容器,變壓器,電動機繞組等。
                例如,考慮變壓器繞組和接地層壓。如果瞬態電壓很小在繞組和地之間存在,沒有電流流動且不發生加熱。但是,如果一個存在較大的瞬態電壓,發生閃絡或絕緣擊穿,以及瞬態電流流經變壓器,引起加熱,燃燒和電弧放電。在一個小的情況下變壓器在活動結束后能夠繼續運作。下一個瞬態會發現它更容易閃過現在降級的絕緣層。然后這個過程可能會繼續,直到發生災難性的短暫發生電路故障。在嚴重的情況下,第一個瞬態將是終端!當跨電源連接的組件發生故障時,大部分物理損壞(炭化,燃燒或爆炸)是后續電流的結果。這發生在電源時電流沿著瞬態過電壓產生的損壞路徑向下流動。應注意,集成電路是組件和互連的集合。它們的互連行為類似于PCB軌道,其組件包括正向偏置或反向偏置結,電阻器和電容器。第三種形式的故障不是由于物理機制,而是系統的錯誤操作由瞬變引起的。在電源和電源轉換設備中,有兩個半導體設備通常串聯連接在電源上以形成電橋臂。這兩個設備絕不能同時進行。然而,瞬態過電壓可能導致它們觸發錯誤的時間,供應短路,帶來毀滅性后果。
                3.4瞬態過電壓引起的問題
                無論是由閃電還是電氣開關引起的瞬態過電壓都具有類似的效果:破壞,退化,損壞和停機。
                3.4.1中斷
                雖然沒有造成物理損壞,但系統的邏輯或模擬電平會受到干擾
                ?數據丟失
                ?數據和軟件損壞
                ?無法解釋的計算機崩潰
                ?鎖定
                ?剩余電流設備(RCD)不必要的跳閘
                系統可以復位(通常只需關閉和打開),然后就可以正常工作。許多
                這種滋擾可能沒有報道。
                3.4.2降解
                這有點嚴重。長期暴露于較低水平的瞬態過電壓將會,用戶不知道,降低電子元件和電路,減少設備預期壽命和增加失敗的可能性。

                3.4.3損壞
                大的瞬態過電壓可能會損壞組件,電路板和I / O卡。嚴重瞬態過電壓可以通過燒壞的電路板在物理上表現出來,但是,通常損害不那么引人注目(見圖15)。二氧化硅可能發生類似的降解集成電路(或微芯片)中的絕緣。只有在最嚴重的情況下,我們才能看到破裂的病例,炭化和火。實際上,這種更為壯觀的損害大部分是由于動力跟進造成的而不是短暫的。當瞬態過電壓導致短路故障時,這可以為電源創建路徑供應??紤]在主電源上連接到線路和中性線的組件,在下面失效瞬態導致的短路情況。此時沒有任何外在的損壞跡象。電流流入短路并持續直到保護裝置運行或者組件失敗,有時非常驚人。這也解釋了為什么通常很難說多大瞬態過電壓是通過觀察它造成的損害來實現的。
                3.4.4停機時間
                不必要的中斷,組件退化和損壞都會導致設備和系統停機時間,這意味著
                ?工作人員無法工作
                ?員工加班
                ?高級管理人員和技術專家不必要地解決問題
                ?可能導致的數據丟失
                ?生產力下降
                ?延遲客戶
                ?業務損失
                示例1 - 切換瞬態
                一家工程公司在網絡計算機輔助設計(CAD)系統上投入了大量資金。然而,系統的許多優點都被它常常出現的問題所掩蓋遭遇。系統會意外崩潰,有時數小時或工作丟失或損壞電路故障似乎幾乎是每月一次。起初,這些被認為是公正的'出牙問題'。但隨著時間的推移,設計工作進一步落后于進度,關系隨著系統的供應商變得越來越困難。只有當其中一個工程團隊閱讀時專業期刊中的一篇文章,他們是否意識到問題可能不是系統,而是問題環境。他們很快發現系統的失敗與大型操作同時發生繪圖復印機。該設備的操作導致出現瞬態切換CAD系統的主電源。
                例2 - 對研究中心的雷擊
                對研究園區的雷擊產生了廣泛的影響。 PBX電話交換機是幾乎完全無法操作,80%的外部電話線被取出傭金。損壞的模式清楚地表明在進入時引起的瞬態過電壓電話線。在其他地方,管理區域的計算機設備遭到嚴重破壞,最接近擊球點的。該設備與鄰近的設備聯網收發器,中繼器和一些終端受損的建筑物 - 表示電阻性耦合瞬態過電壓。
                例3 - 對辦公大樓的雷擊
                當閃電擊中辦公大樓時,其防雷保護器保證了閃電電流安全地運到地面 - 不會損壞建筑物或其居住者。然而,在建筑物內的主電源上感應出相當大的瞬態過電壓。大樓管理系統,UPS,門禁系統等都遭受了嚴重損壞電話交換機,以及大量的電腦終端。在隨后的幾個月里,那里在最初的事件中,顯然未損壞的設備出現了多次故障 - 表明組件已發生降解。

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