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电涌保护器浪涌保护器应该如何选择

返回列表 来源: 发布日期: 2021.02.26
以配电系统为参照物,则浪涌可以分成系统外的和系统内的两种。根据统计,系统外的浪涌主要来自于雷电和其它系统的冲击,大约占 20%;系统内的浪涌主要来自于系统内部用电负荷的冲击,大约占 80%。
浪涌的类型及采取的有效措施

系统外的浪涌是一种脉冲性的浪涌,这种类型的浪涌主要来自于系统外,它的特点是瞬间峰值很高,在几微秒内可以从几百伏上升到 2 万伏。根据这种现象,我们采用了门限抑制网络技术,把在正弦波峰值电压上固定值以外的浪涌抑制掉,是有效的保护电气设备的广泛方案,对系统外部产生的高能量脉冲型浪涌特别有效。


电涌保护器浪涌保护器

系统内部的浪涌是一种振荡性的浪涌,形状如下图所示,这种浪涌的特点是浪涌在几微妙至几毫秒内从几百伏上升到 6000伏。根据这种特点,我们采用了主动跟踪网络技术,电涌抑制包络随着正弦波的变化而变化,对内部产生的振荡型电涌最为有效,可以快速探测电涌并将它限定在正弦波包络的范围内。
浪涌保护器系统的主要作用是保护电子设备免受“浪涌”的损害。因此,如果您想知道浪涌保护器的作用,就需要弄清楚两个问题:什么是浪涌?电子设备为什么需要它们的保护?
电涌或瞬变电压是指电压在电能流动的过程中大幅超过其额定水平。在美国,一般家庭和办公环境配线的标准电压是120伏。如果电压超过了120伏,就会产生问题,而浪涌保护器有助于防止该问题损坏计算机。
为了澄清这一问题,了解一些有关电压的知识会很有帮助。电压是一种表示电势能差额的度量单位。电流能够从一点流到另一点,是因为电线一端的电势能比另一端的电势能大。这与水在压力下流出水管的原理相似——水管一端的高压推动着水流向压力较低的区域。因此,您可以将电压看作是电压力的度量单位。
我们稍后将了解到,有各种因素可以引起电压的短暂上升。
当电压增加持续三毫微秒(十亿分之一秒)或更长时间时,被称为浪涌。
当电压增加仅持续一毫微秒或两毫微秒时,被称为尖峰。
如果浪涌或尖峰电压足够高,它就可能对计算机造成某种严重损坏。这种效果与向水管施加过大水压十分相似。如果水压过大,水管将会爆裂。如果电线中的电压过大,也会发生类似的事情——电线“爆裂”。实际上,它会像电灯泡灯丝一样发热并烧断,但原理相同。增加的电压即使不会立即损坏计算机,也会使元件过度损耗,长期下来会降低它们的使用寿命。在下一部分中,我们将了解浪涌保护器如何防止此情况的发生。
浪涌保护过程
标准浪涌保护器会将来自电源插座的电流输送给电源板上插接的多个电气和电子设备。如果产生浪涌或尖峰,使电压超过了可接受的级别,浪涌保护器会将多出来的电流转移到电源插座的地线。
在最常见的浪涌保护器中,都有一个称为金属氧化物变阻器(Metal Oxide Varistor,MOV)的元件,用来转移多余的电压。如下图所示,MOV将火线和地线连接在一起。
MOV由三部分组成:中间是一根金属氧化物材料,由两个半导体连接着电源和地线。
这些半导体具有随着电压变化而改变的可变电阻。当电压低于某个特定值时,半导体中的电子运动将产生极高的电阻。反之,当电压超过该特定值时,电子运动会发生变化,半导体电阻会大幅降低。如果电压正常,MOV会闲在一旁。而当电压过高时,MOV可以传导大量电流,消除多余的电压。
浪涌保护器工作原理_什么时候需要安装浪涌保护器_如何挑选浪涌保护器
一个由线路调节部分和保险丝组成的简单MOV浪涌保护器
随着多余的电流经MOV转移到地线,火线电压会恢复正常,从而导致MOV的电阻再次迅速增大。按照这种方式,MOV仅转移电涌电流,同时允许标准电流继续为与浪涌保护器连接的设备供电。打个比方说,MOV的作用就类似一个压敏阀门,只有在压力过高时才会打开。
浪涌保护器作用原理及接线图
浪涌保护器也叫做(电涌保护器)(简称SPD),适用于交流50/60HZ,额定电压220V至380V的供电系统(或通信系统)中,对间接雷电和直接雷电影响或其他瞬时过压的电涌进行保护,适用于家庭住宅、第三产业以及工业领域电涌保护的要求,具有相对相,相对地,相对中线,中线对地及其组合等保护模式。
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浪涌也叫突波,就是超出正常工作电压的瞬间过电压。本质上讲,浪涌是发生在仅仅几百万分之一秒时间内的一种剧烈脉冲,可能引起浪涌的原因有:重型设备、短路、电源切换或大型发动机。而含有浪涌阻绝装置的产品可以有效地吸收突发的巨大能量,以保护连接设备免于受损。浪涌保护器,也叫防雷器,是一种为各种电子设备、仪器仪表、通讯线路提供安全防护的电子装置。当电气回路或者通信线路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时,浪涌保护器能在极短的时间内导通分流,从而避免浪涌对回路中其他设备的损害。
浪涌保护器,也是随着社会的进步,尤其在新楼房中随处可见它的身影。
什么是浪涌保护器的扼流线圈
扼流线圈是一个以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件,它由两个尺寸相同,匝数相同的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上,形成一个四端器件,要对于共模信号呈现出大电感具有抑制作用,而对于差模信号呈现出很小的漏电感几乎不起作用。扼流线圈使用在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号(如雷电干扰),而对线路正常传输的差模信号无影响。

这种扼流线圈在制作时应满足以下要求:
1)绕制在线圈磁芯上的导线要相互绝缘,以保证在瞬时过电压作用下线圈的匝间不发生击穿短路。
2)当线圈流过瞬时大电流时,磁芯不要出现饱和。
3)线圈中的磁芯应与线圈绝缘,以防止在瞬时过电压作用下两者之间发生击穿。
4)线圈应尽可能绕制单层,这样做可减小线圈的寄生电容,增强线圈对瞬时过电压的而授能力。
其他浪涌保护装置
另一种常见的浪涌保护装置是气体放电管。这些气体放电管的作用与MOV相同 ——它们将多余的电流从火线转移到地线,通过在两根电线之间使用惰性气体作为导体实现此功能。
当电压处于某一特定范围时,该气体的组成决定了它是不良导体。如果电压出现浪涌并超过这一范围,电流的强度将足以使气体电离,从而使气体放电管成为非常良好的导体。它会将电流传导至地线,直到电压恢复正常水平,随后它又会变成不良导体。
这两种方法都是采用并联电路设计——多余的电压从标准电路流入另一个电路。有几种浪涌保护器产品使用串联电路设计抑制电涌——它们不是将多余的电流分流到另一条线路,而是通过降低流过火线的电量。基本上说,这些抑制器在检测到高电压时会储存电能,随后再逐渐释放它们。制造这种保护器的公司解释说该方法可以提供更好的保护,因为它反应速度更快,并且不会向地线分流,但另一方面,这种分流可能会干扰建筑物的电力系统。
作为辅助元件,有些浪涌保护器还配有内置保险丝。保险丝是一种电阻器,当电流低于某个标准时,它的导电性能非常好。反之,当电流超过了可接受的标准,电阻产生的热量会烧断保险丝,从而切断电路。如果MOV不能抑制电涌,过高的电流将烧断保险丝,保护连接的设备。该保险丝只能使用一次,一旦烧断就需要更换。
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具有线路调节扼流圈的浪涌保护器的内部结构
有些浪涌保护器具有线路调节系统,用于滤除“线路噪声”,减小电流波动。这种基本浪涌保护器的系统结构非常简单。火线通过环形扼流线圈接到电源板插座上。扼流线圈只是一个用磁性材料做成的环,外面缠绕着导线——基本的电磁铁。火线中所流经电流的上下波动会给电磁铁充电,使其发出电磁能量,从而消除电流的微小波动。这种“经过调节”的电流更加稳定,可使计算机(或其他电子设备)的供电电流更加平缓。
浪涌源
当某种装置在电源线中的某点使电荷激增时,就会产生电涌。这会导致电势能的增加,从而增大流出壁式电源插座的电流。有很多因素可导致发生电涌。
最常见的来源大概是闪电,尽管它实际上很少带来麻烦。当闪电划过电源线附近时,无论电源线是埋在地下、置于建筑物中还是沿着电线杆延伸,闪电电能都可以增加几百万伏的电压。其带来的强大电涌将超过几乎任何浪涌保护器的承受范围。在雷电交加的暴风雨中,您永远不可能依赖浪涌保护器来保护计算机,最好的保护方法就是切断计算机电源。
更常见的电涌源是大功率电气设备,例如电梯、空调和电冰箱。这些大功率设备在启动和关闭压缩机和电动机等部件时需要大量的电能。这种切换操作会产生突然且短暂的电力需求,从而扰乱电力系统的电压稳定。虽然这些浪涌远不如闪电带来的浪涌强,但是它们的强度也足以立即或逐渐损坏设备元件,并且它们会在大多数建筑物电力系统中经常发生。
其他电涌源包括错误配线、供电公司的设备问题和电源线老化等等。将电流从发电机传输到家庭或办公环境的变压器和线路系统非常复杂,其中可能会有很多故障点和错误会导致电流不稳。在今天的配电系统中,电涌的发生不可避免。在下一部分中,我们将了解这对您来说意味着什么。
是否需要安装浪涌保护器
在上一部分中,我们了解到电涌是一种常见现象,在我们目前的家庭和办公供电系统中是不可避免的。这就产生了一个有趣的问题:如果电涌是电力系统固有的现象,为什么在50年前我们的家庭中就不需要浪涌保护器呢?
回答是,现代电子设备(例如,计算机、微波炉、DVD播放器)非常复杂,其中的很多元器件要比以前机器中的元器件更小和更精密,因此它们对电流的增加更敏感。微处理器是所有计算机和许多家用设备中不可缺少的部件,它们对电涌特别敏感。只有在电压正常、电流稳定的条件下,才能正常工作。
因此,是否应该安装浪涌保护器取决于连接到电源的设备种类。
没有理由为电灯泡安装浪涌保护器,因为电涌可能造成的最坏结果只是烧断灯丝。
而计算机上肯定应该使用浪涌保护器。计算机中的电压敏感元件很容易被电涌损坏。至少,这种损害将会缩短计算机的使用寿命,而且会很容易删除存储的所有数据或损坏系统。计算机是非常昂贵的物品,存储在里面的数据经常无法替代,因此最经济的做法就是购买高品质的浪涌保护器。
最好也为其他高端电子设备(例如,娱乐中心使用的设备)安装浪涌保护器。一般而言,浪涌保护器可以延长这些设备的使用寿命。但是,总是有可能出现强大电涌导致设备严重损坏的情况。
浪涌保护器的一个问题是,一次较强的电涌就可能将MOV烧毁。因此,最好购买带指示灯的保护器,以便判断它是否工作正常。
即使您为所有的电源插座都连接了浪涌保护器,您的设备还是有可能受到来自其他电涌源的破坏。电话和电缆线路也可能传导高电压——为了获得充分保护,您也应该防范来自电话或电缆线路的电涌。由于闪电或许多其他因素,任何向家中传入信号的线路也都有可能带来电涌。如果计算机是通过调制解调器连接到电话线的,那么应该安装一个带电话线输入插孔的浪涌保护器。如果同轴电缆线上连接了昂贵的设备,那么也应该考虑使用电缆浪涌保护器,因为这些线路上产生的电涌与电源线上产生的电涌具有同样的危害。
浪涌保护级别
大多数系统都会存在一些局限。在挑选适合的保护器系统时,需要全面权衡系统的成本与数据丢失或电子设备损坏的成本。这就像购买保险一样,您应该找到适合自己的保险范围。
若要保护设备免受浪涌的损害,需要为每个电源插座安装一个浪涌保护器。这些电源板的质量和容量多种多样(详见下一部分)。电源板浪涌保护器有三个基本等级:
基本电源板——这是一些具有五、六个电源插座的基本延长线缆部件。通常,这些型号仅能提供基本的保护。
较好的电源板——在美国,售价在15至25美元之间的电源板浪涌保护器,具有更好的评级和更多功能。
浪涌保护站——这些大型浪涌保护器可以安装在计算机下面或地板上。它们可以提供出色的电压保护和高级线路调节。大部分型号还配有电话线输入端,用来保护调制解调器免受电涌的损害,并且还可能配备了内置电路断路器。在美国,只需花30美元就能买到一台这样的装置,而较为高级的型号则可能高达100美元。
不间断电源(UPS)——某些装置集持续UPS和浪涌保护功能于一身。持续UPS的基本设计是将交流电转换为直流电,并将其存储在电池中。随后,UPS再将电池的直流电转换回交流电,并将其传输到交流电插座为电子设备供电。如果出现了停电,计算机将依靠存储在电池中的电源继续运行。这样您可以有几分钟的时间来保存工作,然后关闭计算机。该转换过程还可以消除来自交流电插座的大部分线路噪声。在美国,此类装置的售价一般不低于150美元。
虽然普通UPS能提供高水平的保护,但您仍然应该使用浪涌保护器。UPS可以使计算机远离大部分浪涌,但是它本身可能会遭受严重的损害。因为我们可以将基本浪涌保护器仅用于保护UPS,这的确是一个好主意。
一旦确定了需要的浪涌保护级别,您就可以去购买一个合适的浪涌保护装置。在下一部分中,我们将了解考虑不同型号的保护器时应该注意哪些问题。
挑选适当的浪涌保护器购买浪涌保护器时需要非常小心,因为市场上充斥着大量几乎不起任何作用的产品。研究特定的型号是确保买到合适产品的最佳方法,不过仔细留心几个质量标志,也能很好地了解产品的性能级别。
首先,查看价格。从常理来讲,不要对那些售价低于10美元的浪涌保护器抱有太多期望。这些装置通常采用简单、低廉的MOV,容量相当有限,在出现较大浪涌或尖峰时将不能保护您的系统。
当然,价格高并不能保证质量好。在美国,您若要了解设备的容量,需要查看其美国安全检测实验室 (UL)标称值。UL是一个独立的非赢利公司,它专门为电气和电子产品提供安全检测。如果保护器没有UL标志,它可能就是一个垃圾产品,甚至根本没有任何保护元件。如果它使用的是MOV,这些MOV的质量可能会非常低劣。廉价的MOV很容易过热,进而导致整个浪涌保护器起火。实际上,这种事经常发生!
当然,许多具有UL标志的产品也是质量低劣的产品,但最起码您可以确保它们具有一定的保护能力,可以勉强符合安全标准。您要确保产品标示为瞬变电压浪涌抑制器。这表示它符合UL 1449标准,即浪涌抑制器的UL最低性能标准。许多带有UL标志的电源板其实根本就没有浪涌保护元件,UL的标志只表示它们可以用作延长线缆。

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