電子信息系統(tǒng)電源的電涌防護(hù)

1、電子信息系統(tǒng)電源的電涌防護(hù)電子信息系統(tǒng)電源的電涌防護(hù)隨著中國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程的不斷深入，電子系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛，對(duì)電子設(shè)備的保護(hù)顯得尤為重要。雷擊對(duì)敏感電子設(shè)備的危害眾所周知，但雷電和其它外部因素造成的電涌在一個(gè)典型供電系統(tǒng)中出現(xiàn)的“尖刺”在所有電涌中只占20%。用戶的各種電力、電子設(shè)備，非線性負(fù)荷和沖擊性負(fù)荷不斷增加，使得電網(wǎng)電能質(zhì)量日益惡化，不但影響了電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，而且對(duì)用戶的用電設(shè)備產(chǎn)生極大的危害，特別是對(duì)敏感電子設(shè)備的沖擊

2、更為突出。安裝電涌保護(hù)器就可以解決上述問(wèn)題。通常在主開關(guān)柜的人口處和需考慮的各分開關(guān)柜配置電涌保護(hù)器。在某些場(chǎng)合，甚至在用戶端也需安裝電涌保護(hù)器。電涌的成因和特性電涌，是指在微秒級(jí)時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的高頻尖峰沖擊電壓。雷擊和電子網(wǎng)的暫態(tài)過(guò)程是造成電涌的二大主要原因。一般建筑物上的直擊雷防護(hù)系統(tǒng)只能保護(hù)其本身不受雷電直擊，而對(duì)雷電擊中采用共地系統(tǒng)的防雷裝置、雷電流經(jīng)導(dǎo)線引入和雷電感應(yīng)引起的破壞無(wú)能為力。因此，我國(guó)建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50057

3、94）提出“在電源引入的總配電柜處宜裝設(shè)過(guò)電壓保護(hù)器?！痹陔娏ο到y(tǒng)中，開關(guān)的分、合閘操作，負(fù)荷的投、切，如熒光燈、大型電感式馬達(dá)和電子功率控制器和系統(tǒng)短路、接地故障等產(chǎn)生的暫態(tài)過(guò)電壓、過(guò)電流，這些暫態(tài)過(guò)程有害的高次諧波在輸電線路上通過(guò)電容耦合和電磁耦合方式侵入通信、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、信號(hào)控制等線路中，并以流動(dòng)波的形式損害相關(guān)設(shè)備。在商用環(huán)境中，電子照明控制柜、電梯馬達(dá)和辦公設(shè)備中的開關(guān)電源是產(chǎn)生電涌的主要因素。在工業(yè)環(huán)境中，電涌由加工工廠、某些

4、點(diǎn)焊設(shè)備、電爐和變速電動(dòng)機(jī)和便攜式電動(dòng)工具等造成。電子設(shè)備（如計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)接口和數(shù)字邏輯控制設(shè)備）對(duì)電源線的干擾和波動(dòng)十分敏感。計(jì)算機(jī)內(nèi)部電路的芯片工作電壓一般不大于5V，如果有大于5V的電磁干擾脈沖進(jìn)入計(jì)算機(jī)，很可能導(dǎo)致誤動(dòng)作或設(shè)備損壞。美國(guó)等信息產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家對(duì)電源線的干擾特別重視。我國(guó)的信息產(chǎn)業(yè)雖然起步較晚，但發(fā)展非常迅速，業(yè)內(nèi)有識(shí)之士已認(rèn)識(shí)到這個(gè)問(wèn)題的嚴(yán)重性，并出臺(tái)了一些相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)，如GBT503142000《智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)

5、準(zhǔn)》，要求電氣設(shè)計(jì)師考慮電子設(shè)備的電源干擾問(wèn)題。電涌產(chǎn)生的后果雷電和操作過(guò)電壓引起的電涌是信息化時(shí)代的一大公害，在全球信息化產(chǎn)業(yè)最發(fā)達(dá)的美國(guó)，每年因此造成的損失高達(dá)5060億美元。電涌造成的破壞性后果體現(xiàn)在對(duì)用電設(shè)備（負(fù)載）和供電設(shè)備（配電變壓器）兩方面。對(duì)用電設(shè)備的損壞：電涌產(chǎn)生的脈沖信號(hào)侵入數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)線路或數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，傳輸或儲(chǔ)存的信息會(huì)丟失，電子設(shè)備產(chǎn)生誤動(dòng)作或暫時(shí)癱瘓；電子元器件性能衰減，壽命下降；電子線路板燒毀；甚至整個(gè)系統(tǒng)停頓，導(dǎo)

6、致銀行電腦服務(wù)停頓、移動(dòng)通信中斷等間接損失，大大超過(guò)設(shè)備更換的直接損失。對(duì)配電變壓器的損壞：雷電擊中低壓線路或低壓線路遭雷電感應(yīng)，損壞低壓側(cè)絕緣，經(jīng)電磁耦合，損壞高壓側(cè)；雷電擊中高壓線路或高壓線路遭雷電感應(yīng)，則高壓避雷器動(dòng)作，因反變過(guò)程影響，也會(huì)使中性點(diǎn)附近的絕緣擊穿?；谖⑻幚砥鞯目刂破骱蚉LC（可編程序控制器）對(duì)電涌危害尤為敏感。在安裝SPD設(shè)備前，美國(guó)一家主要的汽車生產(chǎn)商不得不每天幾次更換汽車裝配機(jī)器人上的印刷電路板。另外的一些敏

7、感設(shè)備包括電子銷售設(shè)備（EPOS）、計(jì)算機(jī)和通訊設(shè)備。例如：在汽車加油站，抽油機(jī)馬達(dá)產(chǎn)生的電涌會(huì)損壞電子控制和通信設(shè)備。不僅單個(gè)大電涌會(huì)使設(shè)備損壞，無(wú)數(shù)個(gè)小電涌的累積結(jié)果也會(huì)燒毀電路板和電子設(shè)備、損壞馬達(dá)的絕緣層和一些礦物絕緣電纜。預(yù)防電涌危害的措施一個(gè)典型的SPD系統(tǒng)方案包括主配電柜保護(hù)、分配電柜保護(hù)、終端配電柜保護(hù)和用戶端保護(hù)幾部分。主配電柜保護(hù)設(shè)備能將高達(dá)20kV的外部電涌減至1.1kV的限制電壓，這一電壓送至分配電柜保護(hù)設(shè)備進(jìn)行

8、進(jìn)一步處理，中央空調(diào)、電梯馬達(dá)等產(chǎn)生的電涌也由分配電柜保護(hù)設(shè)備處理。這一級(jí)的限制電壓和其它下級(jí)產(chǎn)生的電涌一起被終端配電柜保護(hù)設(shè)備處理至可忽略不計(jì)的電壓值。在需要特別保護(hù)的通訊和數(shù)據(jù)設(shè)備處，還可安裝用戶端保護(hù)設(shè)備。選擇和安裝金屬氧化可變電阻（MetalOxideVarist）是組成大多數(shù)SPD的基本器件。早期的SPD產(chǎn)品主要采用單一器件，目前國(guó)際上最先進(jìn)的設(shè)計(jì)是使用包括箝制電路、濾波器和串聯(lián)阻抗的混合網(wǎng)絡(luò)，如美國(guó)創(chuàng)新科技公司的Protec

9、t系列電涌保護(hù)器。在需要重點(diǎn)保護(hù)的場(chǎng)合，主動(dòng)跟蹤網(wǎng)絡(luò)（ActiveTrackingwkATN）會(huì)跟蹤電源波形，對(duì)發(fā)生在任何相位和極性上的瞬態(tài)電涌作出響應(yīng)，有效地抑制高頻高次諧波，降低系統(tǒng)的總諧波畸變率。在選擇SPD設(shè)備時(shí)，有幾個(gè)參數(shù)需要考慮，如最大持續(xù)工作電流、輸入頻率、峰值電涌電流、可測(cè)限制電壓（measuredlimitingvoltage），也稱殘壓、響應(yīng)時(shí)間、重量和外型尺寸等?？蓽y(cè)限制電壓（Vpk）是最重要的一個(gè)指標(biāo)。它表示將加

10、到負(fù)載的最大殘壓。它在評(píng)價(jià)制造商在哪種條件下引用該值時(shí)尤為重要。一些制造商只引用器件的Vpk，另外一些制造商，如美國(guó)創(chuàng)新科技，考慮整體指標(biāo)，即提供的是在模擬實(shí)際使用環(huán)境下測(cè)得的指標(biāo)。市場(chǎng)上的許多SPD的峰值電涌電流只有20kA，但40kA和80kA的SPD更好。在大多數(shù)重負(fù)荷場(chǎng)所，應(yīng)考慮使用160kA，320kA或640kA的SPD。響應(yīng)時(shí)間也是一個(gè)值得重視的參數(shù)，目前市場(chǎng)充斥的大量幾十納秒級(jí)的產(chǎn)品，對(duì)含高達(dá)幾百兆的微處理器芯片的設(shè)備，

11、是起不到保護(hù)作用的。Protect系列的響應(yīng)時(shí)間已達(dá)到1納秒。電涌保護(hù)設(shè)備需要在各種模式下工作。在三相星形系統(tǒng)中有十種模式，或稱電涌傳播路徑，即三種相相、三種相中線、三種相地和一種中線地。產(chǎn)品的使用壽命也是個(gè)重要因素。大多數(shù)設(shè)備中，器件的性能隨著電涌能量耗散而逐漸下降。當(dāng)器件失效時(shí)，必須進(jìn)行更換。Protect系列產(chǎn)品封裝在一種特殊的化合物中，這種化合物能驅(qū)散電涌產(chǎn)生的熱量并大大減慢器件失效的速度。Protect系列擁有長(zhǎng)達(dá)20年免費(fèi)包

12、換的承諾。許多SPD產(chǎn)品產(chǎn)自美國(guó)，因此它們都有UnderwritersLabaty（UL）證書，也有歐盟的CE標(biāo)志。目前我國(guó)還沒(méi)有相應(yīng)的國(guó)標(biāo)，相近的有公安部頒布的計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)防雷保安器標(biāo)準(zhǔn)GA1731998，信息產(chǎn)業(yè)部也有相關(guān)的部標(biāo)。SPD產(chǎn)品通常是并行連接的，最好通過(guò)一個(gè)隔離開關(guān)。這種連接距離越短越好，不超過(guò)150毫米（6英尺），隨著距離的增加，電涌抑制效果會(huì)下降。結(jié)論在主開關(guān)柜人口處配置的電涌保護(hù)器的作用不應(yīng)僅局限于預(yù)防雷擊，在現(xiàn)