顧名思義就是超出正常工作電壓的瞬間過電壓,被稱為瞬變脈沖電壓、瞬態過電、突波或電湧等,是電路中出現的壹種短暫的電流、電壓波動,在電路中通常持續約百萬分之壹秒的壹種劇烈脈沖。
220 v電路系統中持續瞬間(百萬分之壹秒)的5KV或10KV的電壓波動,即為電湧或瞬態過電。
電湧也指電網輸出電壓有效值大於額定值110%,其持續時間為壹個周波(20ms)至數個周波的電壓變化。
壹、電湧的產生
有兩類:外部電湧和內部電湧。
外部電湧:最主要來源於雷電;
1、雷電電湧過電壓
雷擊引起的電湧危害最大,在雷擊放電時,以雷擊為中心1.5~2KM範圍內,都可能產生危險的過電壓。雷擊引起(外部)電湧的特點是單相脈沖型,能量巨大。外部電湧的電壓在幾微秒內可從幾百伏快速升高至20KV,可以傳輸相當長的距離。按ANSI/IEEE C62.41-1991說明,瞬間電湧可高達20KV,瞬間電流可達10KA。根據統計,系統外的電湧主要來自於雷電和其它系統的沖擊,大約占 20%。
(1)感應雷擊電湧過電壓:雷擊閃電產生的高速變化的電磁場,閃電輻射的電場作用於導體,感應很高的過電壓,這類過電壓具有很陡的前沿並快速衰減。
(2)直接雷擊電湧過電壓:直接落雷在電網上,由於瞬間能量巨大,破壞力極強,還沒有壹種設備能對直接落雷進行保護。
(3)雷擊傳導電湧過電壓:由遠處的架空線傳導而來,由於接於電力網的設備對過電壓有不同的抑制能力,因此傳導過電壓能量隨線路的延長而減弱。
(4)振蕩電湧過電壓:動力線等效壹個電感,並於大地及臨近金屬物體間存在分布電容,構成並聯諧振回路,在TT、TN供電系統,當出現單相接地故障的瞬間,由於高頻率的成分出現諧振,在線路上產生很高過電壓,主要損壞二次儀表。
直接雷擊是最嚴重的事件,尤其是如果雷擊擊中靠近用戶進線口架空輸電線。在發生這些事件 時,架空輸電線電壓將上升到幾十萬伏特,通常引起絕緣閃絡(閃絡是指固體絕緣子周圍的氣體或液體電介質被擊穿時,沿固體絕緣子表面放電的現象)。雷電電流在電力線上傳輸的距離為壹公裏或更遠,在雷擊點附近的峰值電流可達100kA或以上。在用戶進線口處低壓線路的電流每相可達到5kA到10kA。在雷電活動頻繁的區域,電力設施每年可能有好幾次遭受雷電直擊事件引起嚴重雷電電流。而對於采 用地下電力電纜供電或在雷電活動不頻繁的地區,上述事件是很少發生的。
電源防電湧的重點是對這部分浪湧能量的吸收和抑制。
內部電湧:來源是電網中開關操作、感性負載的起停、供電網絡運行的故障等在電力線路上產生的過電壓。
操作電湧過電壓
在電力系統內部,由於斷路器的操作、負荷的投入和切除或系統故障等系統內部的狀態變化,而使系統參數發生變化,從而引起的電力內部電磁能量轉換或傳輸過渡過程,將在系統內部出現過電壓。系統內的電湧主要來自於系統內部用電負荷的沖擊,大約占 80%。在電力系統引起的內部過電壓的原因大致可分為:
(1)電力大負荷的投入和切除;
(2)感性負荷的投入和切除;
(3)功率因素補償電容器的投入和切除
(4)短路故障
供電系統內部由於大功率設備的啟停、線路故障、投切動作和變頻設備的運行等原因,都會帶來內部浪湧,給用電設備帶來不利影響。特別是計算機、通訊等微電子設備帶來致命的沖擊。即便是沒有造成永久的設備損壞,比如核電站、醫療系統、大型工廠自動化系統、證券交易系統、電信局用交換機、網絡樞紐等系統運行的異常和停頓都會帶來很嚴重的後果。
經研究發現,低壓電源線上88%的電湧產生於建築物內部設備,如:空調、電梯、電焊機、空氣壓縮機和其它感應性負荷。
二、電湧現象
從現象上看有:
1、飛弧:在被損的部件上留下明顯的電弧痕跡;
2、電暈:在絕緣體表面上,有明顯的電蝕痕跡,被蝕部位絕緣下降;
3、控制電路的IC等元件損壞;
4、壹般電子設備、家用電器的整流元件、穩壓元件損壞;
5、接地故障造成設備帶電(單相接地):造成設備相間短路(電機相間短路)。
三、電湧的危害
主要分成兩種:災難性的危害和積累性的危害。
災難性危害:壹個電湧電壓超過設備的承受能力,則這個設備完全被破壞或壽命大大降低。
電機通常的絕緣電壓為正常工作電壓的 2 倍加 1000V 左右,故 220V 電機的絕緣電壓壹般為 1500V。電湧不斷地沖擊電機的絕緣層, 導致絕緣層被擊穿。
積累性危害:多個小電湧累積效應造成半導體器件性能的衰退、設備發故障和壽命的縮短,最後導致停產或是生產力的下降。
根據統計
在中國:在保修期內出現問題的電氣產品中,有63%是由於電湧產生的。
在美國:電湧給各行業造成的停產、時間的損失、設備維修、過早地更換設備等直接損失每年高達260億美金。
四、電湧保護
電湧保護要分級實施,最終達到對配電系統和電子設備完善保護的目的。分級實施電湧防護的第壹步是對電湧環境進行分類。
電湧環境的分類是依據電湧的強度和頻度。國際上壹般將電湧環境分為三類
(1)C類:指戶外以及進線的總開關處,這些部位容易出現較強的雷電電湧,具體位置包括:電表與配電盤之間的連線,建築物之間的架空線,連接到井下的地下電纜;
(2)B類:指與C類環境之間連線較短的位置,以及大型建築物中的照明系統,這些位置的電湧既可以由雷電產生,也可以由內部電氣開關產生,由雷電產生的電湧經過配電線衰減,已經比C類環境中的電湧衰減了壹些;
(3)A類:指房間內的電源插座和較長配電線的終端;較長的含義是離開B級規定的位置10米以上的電源插座,或者離開C級規定的位置20米以上的電源插座,這些位置的電湧主要是內部電氣開關產生的電湧電壓。
按照電氣電子工程師協會(IEEE)的推薦,浪湧保護應該分級實施,分級的方法與浪湧環境分類相對應:
第壹級:在入戶配電櫃處,消除戶外雷電產生的浪湧,防止巨大的浪湧能量進入戶內;
第二級:在配電系統的配電盤處,其作用有兩個,壹個是進壹步消弱第壹級殘留的浪湧能量,另壹個是消除內部電氣開關產生的浪湧;
第三級:安裝在敏感電子設備的電源入線處,為電子設備提供完善的保護。
分級防護的目的有兩個,壹個是逐級衰減雷電浪湧,另壹個是消除內部負荷接通和斷開時產生的浪湧。
參考:
1、浪湧
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2、電湧
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