瞬变电压的抑止和保护问题全面解析

中心议题：

• 瞬变电压的抑止和保护

解决方案：

• 浪涌保护设备
• 接地
• 瞬变电压的分层保护方法

瞬变电压浪涌是指所需的电压或信号发生暂时但通常幅度很大的变化。瞬变电压的变化幅度越大，用电设备受到干扰或破坏的可能性就越大。瞬变电压可以在任何导电材料中产生，因此它们不仅会影响与市电线路连接的设备，还会影响与电话线、以太网线、同轴电缆、串行通信电缆等连接的设备。本文全面介绍瞬变电压的抑止和保护问题。

浪涌保护设备

浪涌保护设备 (SPD) 可以削弱这些浪涌的幅度以保护设备免遭破坏。但是，SPD 没有必要将浪涌降低到零振幅。SPD 只是将瞬变电压降低到一个可以安全地传递到连接的电气负载的水平。这是因为在设备中电源的阈值可能发生变化，并且为保证所连接的设备能够连续运行而将电压削弱到零是不切实际的。因此，SPD 会将瞬变电压削弱到一个合理的水平，以符合保护设备的要求。一些更高端 SPD 还提供噪声过滤功能，以减少电源波形中由 EMI 引起的干扰，阻止其传递到所连接的设备。

简而言之，SPD 会阻止具有破坏性的瞬变电压浪涌电平到达所保护的设备。SPD 通过吸收过剩的电压、将其分流或者组合使用这两种手段，达到削弱浪涌电压的目的。图 1显示了飞向靶子的箭。靶子代表 SPD，而箭代表瞬变电压尖峰脉冲。当箭击中靶子时，它会被吸收并滞留在靶子中。然而，靶子的厚度将决定箭是否可以在没有穿到另一侧时停止。同样，在这种模式下，箭将不停地损坏靶子，将来靶子可能无法很好地阻止箭。现在，假设在靶子前面有一个金属盾牌。箭发出后，它会击中盾牌，无任何损害地弹飞到靶子的旁边。这就是大多数 SPD 的基本工作原理。SPD 吸收能量（并且根据它们的质地好坏，可以防止浪涌，但仍然会受到损坏），或者将电压分流到设备接地线中。在大多数情况下，SPD 会将吸收和分流瞬变电压浪涌的设备组合使用。

图1-吸收和反射瞬变电压

钳位是 SPD 用于限制瞬变电压的一项功能。钳位这一过程是由 SPD  内部组件将瞬变电压降低到所保护的相连用电设备可接受的较低电压电平。在经过 SPD  的瞬变电压浪涌削弱电路后，传递到相连用电设备的能量被称为“通过电压”。同样，对于大多数 SPD 来说，此过程都不会将瞬变电压降低到零伏，或者降低到连接的负载正常工作所需要的电平以下。过分地将瞬变电压削弱到所需电平以下会导致 SPD 本身承担不必要的负担。

金属氧化物变阻器（MOV — 压敏电阻）是 SPD 中最常使用的一个组件。MOV 是具有特殊半导体属性的非 线性电阻。在瞬变电压浪涌进入线路之前，MOV 将保持在非导电状态，允许电源正常通过。瞬变电压浪涌进入线路之后，MOV 开始导电，将过剩电压传到地。随着安培数的增加，钳位电压的值也会增加，这样保证传到设备的“通过电压”处于可接受的水平，直到瞬变电压浪涌平息为止。

MOV 通常与热敏保险丝结合使用，热敏保险丝位于电源线路和所保护的设备之间，在出现灾难性的瞬变电压浪涌时可以切断所连接设备的电源。如果瞬变电压非常大，持续时间很长，它可能会达到 MOV 的峰值工作电 压，此时 MOV 会处于完全导通状态。如果出现此故障，热量可能会导致热敏保险丝（通常靠近或连接到 MOV）断开电流，从而阻止向所保护的设备进一步供电。MOV 性能十分稳定，这也是在 SPD 中采用该部件 的原因。MOV 将始终允许通过相同的电压，在达到同一过剩电压水平时开始导通，这一特性将一直持续到自身的故障点。

SPD 不能解决所有的电源质量问题。它们无法解决由电力设备提供的AC 电源中的欠压（低电压）和过压（长期过电压）问题。它们同样无法降低由非线性负载（如计算机和荧光照明设施系统中的一些发动机和开关 式电源）产生的谐波问题。如果市电线路电压过低，可以使用 UPS 设备，临时使用电池供电，直到市电恢复为止。