瞬态过电压的产生及电压保护_9

2019-09-11 15:12

概述

  近三十年来,随着经济快速发展,信息化设备得以广泛地应用。然而,随着技术的进步,信息设备集成度不断提高,其耐冲击能力却显著降低。导致因雷电产生的雷击电磁脉冲对电子设备的损害成逐年上升趋势。同时电气系统的开关操作和静电放电所产生的瞬态电涌也对电子设备造成了极大的危害。

  电气设备的开关操作或者由于雷击放电而产生的过电压会对电子装置造成损坏。电气保险公司的统计数据表明,近3到4年之内,此类设备由于过电压而造成的故障总数已经翻了一番。虽然在大多数情况下,电子设备使用者在硬件方面的损失,可以从其保险公司处得到补偿,然而软件方面的损失,以及设备停机所造成的巨大损失常常没有任何赔偿。

瞬态过电压的产生及作用

  瞬态过电压分别产生于开关过程、静电放电和雷电放电。可以通过电流、电感或电容等耦合途径由电源、测量设备或数据传输系统进入电气设备或电子设备内部。

  房屋内部的导线回路由电源线路和数据线路共同构成,如图1所示。同样,也可以仅由数据传输线路的两根导线,或者一个电源线路的两根导线构成导线回路。

  感应电压随着感应回路边长的增大而升高。

  当最初的大型计算机计算中心投入使用的时候,人们还很少,甚至根本没有考虑到计算机与环境的电磁兼容性问题,而且也没有必要。因为第一代计算机建造得十分坚固(对可能的干扰作用而言)。以今天的眼光来看,功率相当低的计算机占用了非常大的体积。

  由于体积大,计算机内部可以为两条导电线路或导轨线路留出足够的绝缘或足够的间距,因而不会出现不同电位的两点之间的火花放电。

  由于电位差大而造成的火花放电在设备正常工作的情况下不会出现,而是当过电压是由外来干扰源产生才会出现。

  而如今,计算机技术已经有了很大的发展。同样的存储容量和计算速度,几年前还需要一台整个房间那么大的计算机才能达到,如今只需要一台个人电脑以及同样微型化的外围设备就可实现。所以不难理解,在这种个人电脑中一块印刷电路板上的两个导线轨道之间再也没有那么大的间距存在了。而可能由外来干扰源引入的过电压却仍然具有同样高的电压值。

  由于不同电位的两个点之间的耐压强度随着间距的缩小而变得越来越低,新型计算机不再能够在不采取适当保护措施,如防干扰和过电压保护措施的情况下,继续无故障和无损失地持续工作。

  目前,计算机中心或其他高灵敏度电子设备的使用者中,相信依靠一个外部防雷设备就可以提供足够保护的人已经寥寥无几了。

  防雷设备必须与DIN VDE 0185第100部分或IEC 61024规定的内部防雷设备配套才能有效地工作。除此以外,外部防雷设备会给房屋内部的电气设备带有EMC问题。在通过防雷设备接收和泄放雷电冲击电流的情况下,会出现电磁影响,从而导致过电压进入电气设备印刷电路板上的导线回路和数据导线。如果雷电在电子设备的附件或通过自然雷电电流通道击中地下(图2),也会以同样的方式进入导线回路。

  所有与雷击通路并行和斜向的导线均会以此种方式受到影响。高达几千伏的干扰电压进入计算机电源线路或数据线路的情况并不罕见。然后,过电压并非仅仅产生于雷电放电。每当电流变化过快的时候,根据感应定律所连接的线路内就会产生过电压。比如在强电设备短路和开关操作时,或者在静电放电过程中,就会发生这种情况。在这种情况,产生的过电压往往很高,可毁坏电子设备。

  在放电过程中,可能出现高达好几千安培的放电电流。同时,在多数情况下,均要求保护组件即便在放电电流很高的情况下,仍然将输出电压限制在尽可能低的值上。为了防止瞬态浪涌摧毁电气系统,所有处于危险的接口,如信号输入和电源,必须安装防雷及电涌保护器。

  菲尼克斯电气瞬态电涌保护器产品可以用一个理念加以概括,即TRABTECH(瞬态吸收技术)。用户可以联系各自的实际应用情况,以及对瞬态过电压保护效果的要求,从丰富的TRABTECH保护器产品中选出适当的保护元件。

  瞬态过电压保护装置是整个电磁兼容(EMC)技术领域中的一个部分。

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