電磁兼容問題百問百答：什么是浪涌?

概念

一般來說，浪涌是電路中電流、電壓或功率的瞬態波。特別是在電力系統中——這可能是我們與浪涌相關的最常見的背景——浪涌或瞬態，是持續時間小于正常電壓波形半個周期的子周期過電壓。浪涌可以是正極性或負極性，可以是正常電壓波形的加法或減法，并且通常會隨著時間的推移而振蕩和衰減。

浪涌或瞬變是電源波形上的短暫過壓尖峰或干擾，可損壞、降級或毀壞任何家庭、商業建筑、工業或制造設施內的電子設備。瞬變可以達到數萬伏特的幅度。浪涌通常以微秒為單位進行測量。

每件電氣設備都設計為在指定的標稱電壓下運行，例如110 Vac、220Vac、24Vac 等。大多數設備旨在處理其標準標稱工作電壓的微小變化，然而，浪涌可能會對幾乎所有設備造成極大破壞。

浪涌/瞬變源

建筑物內產生浪涌的常見來源是開關電源的設備。這可以是任何東西，從操作加熱元件的簡單恒溫器開關到許多設備上的開關模式電源。源自設施外部的浪涌包括由閃電和公用電網切換引起的浪涌。

瞬變可以源自設施內部(內部來源)或外部(外部來源)：

60-80%的浪涌是在設施內產生的

內部來源：

電氣負載的切換

某些電氣負載的開關(開和關)和操作——無論是由于有意還是無意操作——都可能成為電氣系統浪涌的來源。開關浪涌并不總是立即被識別或破壞為更大的外部產生的浪涌，但它們發生的頻率要高得多。隨著時間的推移，這些開關浪涌可能會破壞和損壞設備。它們作為日常操作的一部分出現。

開關和振蕩浪涌的來源包括：

1.接觸器、繼電器和斷路器操作

2.電容器組和負載的切換(例如功率因數校正)

3.感應設備(電機、變壓器等)的放電

4.負載的啟動和停止

5.故障或起弧

6.電弧(接地)故障

7.故障清除或中斷

8.電力系統恢復(停電)

9.連接松動

磁感應耦合

每當電流流動時，就會產生磁場。如果該磁場延伸到第二根導線，它將在該導線中感應出電壓。這是變壓器工作的基本原理。初級中的磁場會在次級中感應出電壓。在相鄰或附近的建筑物布線的情況下，這種電壓是不受歡迎的，并且本質上可能是瞬態的。

可能導致電感耦合的設備示例包括：電梯、暖通空調系統(帶有變頻驅動器的HVAC)、熒光燈鎮流器、復印機和計算機。

靜電

靜電放電(ESD)現象或靜電可以在很寬的頻率范圍內產生電磁場，直到低千兆赫范圍。ESD事件一詞不僅包括放電電流，還包括放電之前和放電期間的電磁場和電暈效應。ESD導致電荷在不同靜電電位的物體之間突然轉移。電氣分布上感應的ESD 包含大量高頻噪聲。

靜電放電事件會導致設備故障和物理損壞。設備故障可能包括數據損壞和設備鎖定。物理損壞可能包括設備損壞甚至生命損失。為了實現有意義的ESD 抗擾度，

必須考慮整個系統的設計，包括直接放電和場。

一個人意識到他或她參與靜電放電所需的最低電壓約為3000V。然而，低于人類感知閾值的靜電放電可能包含足夠的能量，導致電子設備故障或損壞。事實上，在這些低電壓水平下由ESD事件產生的電流波形的更快初始斜率可能使這種放電比在更高電壓下產生的ESD 事件更具破壞性。

人體或移動物體上的電壓可能因環境不同而有很大差異。在僅涉及抗靜電或靜電耗散材料的受控濕度情況下，它可以保持遠低于5kV。在使用合成材料的低濕度環境中，它的范圍可以從5 kV 到15 kV。設備受害者非常接近ESD事件，可能會被入侵者和接收器之間的放電產生的電磁場擾亂或損壞。

[來源IEEE StdC62.47-1992，IEEE靜電放電(ESD)指南：ESD環境特征]

外部來源：

設施外產生的最常見的浪涌源是閃電。雖然閃電在某些地區可能很少發生，但它對設施造成的損害可能是災難性的。其他地區更頻繁地遭受雷暴和閃電。

由閃電引起的電涌可能來自閃電與設施電氣系統的直接接觸，或者更常見的是間接或附近的閃電，將電涌感應到電力或通信系統上。這兩種情況都會立即損壞電氣系統和/或連接的負載。

其他外部浪涌源包括公用事業啟動的電網和電容器組切換。在電網運行期間，公用事業可能需要將電力供應切換到另一個來源或暫時中斷向其客戶的電力流動，以幫助清除系統中的故障。這種情況通常發生在倒下的樹枝或小動物導致線路故障的情況下。當電源斷開然后重新連接到客戶負載時，這些電源中斷會導致浪涌。

電能質量擾動可以在電力系統正常運行期間傳遞。電力公用事業公司從多個發電設施發電，并將電力分配給特定的用戶電網。由于用于發電的設備以恒定速度運行最有效，因此公用事業公司會調整電力分配，而不是不斷調整電力設施的發電設備。當公用事業公司將電力供應從一個電網切換到另一個電網時，就會發生電力干擾，包括瞬變或尖峰，以及欠壓和過壓情況。這些活動將導致瞬變被引入系統，并可能傳播到最終用戶設備中，并可能導致損壞或操作混亂。

有關這些和其他對于電涌保護設備很重要的主題的更多信息，請參閱IEEEStd. C62.41.1-2002 和IEEE標準。C62.72-2007顯示在本網站的法規和標準頁面上。