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电磁兼容问题百问百答:什么是浪涌?

发布时间:2021-11-16 来源:Leiditech 责任编辑:wenwei

【导读】一般来说,浪涌是电路中电流、电压或功率的瞬态波。特别是在电力系统中——这可能是我们与浪涌相关的最常见的背景——浪涌或瞬态,是持续时间小于正常电压波形半个周期的子周期过电压。浪涌可以是正极性或负极性,可以是正常电压波形的加法或减法,并且通常会随着时间的推移而振荡和衰减。


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浪涌或瞬变是电源波形上的短暂过压尖峰或干扰,可损坏、降级或毁坏任何家庭、商业建筑、工业或制造设施内的电子设备。瞬变可以达到数万伏特的幅度。浪涌通常以微秒为单位进行测量。


每件电气设备都设计为在指定的标称电压下运行,例如110 Vac、220Vac、24Vac 等。大多数设备旨在处理其标准标称工作电压的微小变化,然而,浪涌可能会对几乎所有设备造成极大破坏。


浪涌/瞬变源


建筑物内产生浪涌的常见来源是开关电源的设备。这可以是任何东西,从操作加热元件的简单恒温器开关到许多设备上的开关模式电源。源自设施外部的浪涌包括由闪电和公用电网切换引起的浪涌。


瞬变可以源自设施内部(内部来源)或外部(外部来源):


60-80%的浪涌是在设施内产生的


内部来源:


电气负载的切换


某些电气负载的开关(开和关)和操作——无论是由于有意还是无意操作——都可能成为电气系统浪涌的来源。开关浪涌并不总是立即被识别或破坏为更大的外部产生的浪涌,但它们发生的频率要高得多。随着时间的推移,这些开关浪涌可能会破坏和损坏设备。它们作为日常操作的一部分出现。


开关和振荡浪涌的来源包括:


1.接触器、继电器和断路器操作

2.电容器组和负载的切换(例如功率因数校正)

3.感应设备(电机、变压器等)的放电

4.负载的启动和停止

5.故障或起弧

6.电弧(接地)故障

7.故障清除或中断

8.电力系统恢复(停电)

9.连接松动


磁感应耦合


每当电流流动时,就会产生磁场。如果该磁场延伸到第二根导线,它将在该导线中感应出电压。这是变压器工作的基本原理。初级中的磁场会在次级中感应出电压。在相邻或附近的建筑物布线的情况下,这种电压是不受欢迎的,并且本质上可能是瞬态的。


可能导致电感耦合的设备示例包括:电梯、暖通空调系统(带有变频驱动器的HVAC)、荧光灯镇流器、复印机和计算机。


静电


静电放电(ESD)现象或静电可以在很宽的频率范围内产生电磁场,直到低千兆赫范围。ESD事件一词不仅包括放电电流,还包括放电之前和放电期间的电磁场和电晕效应。ESD导致电荷在不同静电电位的物体之间突然转移。电气分布上感应的ESD 包含大量高频噪声。


静电放电事件会导致设备故障和物理损坏。设备故障可能包括数据损坏和设备锁定。物理损坏可能包括设备损坏甚至生命损失。为了实现有意义的ESD 抗扰度,


必须考虑整个系统的设计,包括直接放电和场。


一个人意识到他或她参与静电放电所需的最低电压约为3000V。然而,低于人类感知阈值的静电放电可能包含足够的能量,导致电子设备故障或损坏。事实上,在这些低电压水平下由ESD事件产生的电流波形的更快初始斜率可能使这种放电比在更高电压下产生的ESD 事件更具破坏性。


人体或移动物体上的电压可能因环境不同而有很大差异。在仅涉及抗静电或静电耗散材料的受控湿度情况下,它可以保持远低于5kV。在使用合成材料的低湿度环境中,它的范围可以从5 kV 到15 kV。设备受害者非常接近ESD事件,可能会被入侵者和接收器之间的放电产生的电磁场扰乱或损坏。


[来源IEEE StdC62.47-1992,IEEE静电放电(ESD)指南:ESD环境特征]


外部来源:


设施外产生的最常见的浪涌源是闪电。虽然闪电在某些地区可能很少发生,但它对设施造成的损害可能是灾难性的。其他地区更频繁地遭受雷暴和闪电。


由闪电引起的电涌可能来自闪电与设施电气系统的直接接触,或者更常见的是间接或附近的闪电,将电涌感应到电力或通信系统上。这两种情况都会立即损坏电气系统和/或连接的负载。


其他外部浪涌源包括公用事业启动的电网和电容器组切换。在电网运行期间,公用事业可能需要将电力供应切换到另一个来源或暂时中断向其客户的电力流动,以帮助清除系统中的故障。这种情况通常发生在倒下的树枝或小动物导致线路故障的情况下。当电源断开然后重新连接到客户负载时,这些电源中断会导致浪涌。


电能质量扰动可以在电力系统正常运行期间传递。电力公用事业公司从多个发电设施发电,并将电力分配给特定的用户电网。由于用于发电的设备以恒定速度运行最有效,因此公用事业公司会调整电力分配,而不是不断调整电力设施的发电设备。当公用事业公司将电力供应从一个电网切换到另一个电网时,就会发生电力干扰,包括瞬变或尖峰,以及欠压和过压情况。这些活动将导致瞬变被引入系统,并可能传播到最终用户设备中,并可能导致损坏或操作混乱。


有关这些和其他对于电涌保护设备很重要的主题的更多信息,请参阅IEEEStd. C62.41.1-2002 和IEEE标准。C62.72-2007显示在本网站的法规和标准页面上。


来源:上海雷卯电子leiditech



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