浪湧電壓保（bǎo）護注意事項（xiàng）

不受管（guǎn）理（lǐ）的（de）浪湧電壓（yā）可能（néng）會導致係統中斷或損壞，甚至對用戶和操作員造成危（wēi）險。浪湧保護裝置 (SPD)，也稱（chēng）為瞬態電（diàn）壓抑製器 (TVS)，通（tōng）常用於通過限製（zhì）或阻斷（duàn）能量來防止電（diàn）壓浪湧和尖峰。SPD 可以在配電網絡、建築物布線（xiàn）和電子係統中找到。IEC 61000-4-5 定義了電氣和電子設備的（de）浪湧電壓（yā）要求（qiú）。

過電壓浪湧有多種原因，會導致不同的波形（圖 1）。浪湧的可能來源多種多樣（yàng），包括係統中的熱插拔模塊；電（diàn）力線路負荷變化大（dà）；長電纜或與其他係統並行運行的電纜可能會（huì）產生感應電湧，並且；特殊的環境考慮（lǜ）因素，例如連接到車（chē）輛電池的汽車或（huò）卡車中的設備（bèi）或可能被閃電擊中的具有挑（tiāo）戰性的室（shì）外位置的設備。

圖（tú） 1：浪（làng）湧波形示例（lì）和原因。

浪（làng）湧通常具有相似的上升時間和半長，無論其原因如何，從而簡化了浪湧建模過程。IEC 61000-4-5 定義了通過組合波發生器（qì） (CWG) 施加的標（biāo）準化浪湧（yǒng）。為（wéi）了模擬典型係統中的布線和互連電阻，CWG 定義為 2Ω 輸（shū）出阻抗。

電流和電壓（yā）波形由 IEC 61000-4-5 定義（圖 2）。電流波（bō）形定義（yì）為短（duǎn）路狀態，而電壓波（bō）形定義為開（kāi）路狀（zhuàng）態。電（diàn）壓波形比電流波形長。開路電（diàn）壓波形（xíng）定義為上升時間為 1.2μs，半長為 50μs。短路電流波形定義為較（jiào）長（zhǎng）的 8μs 上升時間和更短的 20μs 半長。要（yào）獲得 2Ω 的有效阻抗，電壓波形（xíng）幅度必（bì）須是電流波形幅度的兩倍。

圖 2：開路電壓（左）和短路電流（liú）（右）的 IEC 61000-4-5 波形。

浪（làng）湧保護裝置

常見的 SPD 包括金（jīn）屬氧（yǎng）化物變阻器 (MOV)、氣體放電（diàn）管 (GDT) 和矽雪崩二極管 (SAD) 或這些設備的組合。每種技術都提（tí）供一組不同的性能和權衡。

金屬氧化物變阻器(MOV) 是最常見的 SPD。MOV 是使用氧化鋅製（zhì）成（chéng）的（de），氧化（huà）鋅是一種具有可變電阻的（de）半導體材料。在正（zhèng）常操作下（xià），MOV 呈現高阻抗接地路徑，但當受到電壓浪湧衝擊時，MOV 的電阻急劇（jù）下降並提供低阻抗接地（dì）。MOV 的使用壽命有限，並且在暴露於（yú）許多小瞬變或一些較大瞬變時會退化。

氣體放電管(GDT) 使用惰性氣體（tǐ）代替氧化鋅。在正常（cháng）操作下，氣體是呈現高電阻的不良導體。但是當（dāng）電（diàn）壓（yā）上升到足以使氣體電離時，它會呈現出一條低電阻路徑並將電湧轉（zhuǎn）移到地麵。對於給定尺（chǐ）寸，GDT 可以傳導比其他 SPD 更大的電流。與 MOV 一樣，GDT 的預期壽命有限，可以承受（shòu）一些（xiē）非常大的瞬變或大量較小的瞬變。

矽雪崩二極管(SAD) 也可用於將浪湧（yǒng）能量轉移至地麵，但與 MOV 或 GDT 相比，它們的電流容量較低。

電阻（zǔ）器、電容器和/或電感器可與 MOV、GDT 或 SAD 一起使用，以（yǐ）提供增強級別的保護。

電湧保護器規格

鉗位電壓，也稱為允通電壓，是導致 SPD 鉗（qián）位或短路的電壓（yā）。雖然較低的鉗位電壓可能（néng）會提供更好的保護，但它（tā）通常會縮短 SPD 的預期壽命。UL 1449 為 SPD 定義了幾種鉗（qián）位電壓。用於 120 VAC 應用的標準鉗位電壓為 330 V。其他常（cháng）見的鉗位電（diàn）壓為 400 和 500 V。

響應時間衡量一旦達到鉗位電壓，SPD 啟動短路所（suǒ）需的時間。與（yǔ） MOV 相比，GDT 的響應速度（dù）較慢。然而，標（biāo）準測（cè）試下的響應時（shí）間不一定是比較各種 MOV 的（de）有用衡量（liàng）標準。所有 MOV 的響應時間都在納秒範圍內，而標準測試波形浪湧持續數十微秒。GDT 速度較慢，但與 MOV 相比通常可以處理更大的浪湧。因（yīn）此，這兩種類型（xíng）的設備經（jīng）常一起使用。混（hún）合 SPD 可將 GDT 和 MOV 技術組合到一個組件中。

MOV 還具有焦耳 (J) 額定值，用於（yú）定義 MOV 在單個事件中可以吸收多少能量而不會發生故障。MOV 的額定值可以超過 1,000 J 和 40,000 A。但是，由於（yú）尖峰的實際持續時間僅為幾十微秒，因此實際耗（hào）散功率很低。

通過並聯多個 MOV 可以獲得（dé）更高的 J 額定值（zhí），但這種方法充滿挑戰。單個 MOV 是不完（）美的器件，其電壓閾值和非線性響應略有（yǒu）不同（tóng）。組件中的某些 MOV 預計會（huì）比其他 MOV 更敏感，從而導致稱為電（diàn）流暴漲的（de）現象，其中更敏感的 MOV 傳導（dǎo）更（gèng）多電流並更快開啟。因此，當出現浪湧時，MOV 從最敏感的設備到最不敏感的設備（bèi）依次（cì）打開（kāi）。這種行為（wéi）有兩個後果：最敏感的 MOV 會承受更大的壓（yā）力並且使用壽命（mìng）更（gèng）短。組件的實（shí）際 J 額定值低於單個 MOV J 額定值的總和。有效 J 額（é）定值取決於 MOV 匹配，通常需要降額 20% 或更多。這些組（zǔ）件采用精心匹配（pèi）的 MOV 組。匹配是根據製造商的規格進行的，但還不夠完（）美（měi）。

最後，假設 MOV 承受連續過壓（yā）條件而不是（shì）短時電壓浪湧。在這種情（qíng）況下，它可能會進入熱失控狀態，導致過熱、冒煙甚至起火（huǒ）。UL 1449 要求（qiú）保護 MOV 免受熱（rè）失控。在（zài）大多數係（xì）統中，熱熔斷器或熱切斷 (TCO) 設備可保護 MOV 免受熱失控。

為（wéi）了獲得最佳保護，多個帶有串聯 TCO 器件的（de） MOV 並（bìng）聯放（fàng）置在三個導電對（LL、LG 和 NG）中的每一個上（圖 3）。此外，線路中放置了一個標準保險絲，以保護係統免受過流情況的影響。保險絲的額定電流通常高於 UL 1449 測試（shì）期間流經電路的電（diàn）流。混合器件（jiàn）可在單個封裝中組合 MOV 和熱熔斷器，從而減少組件數量並縮小解決方案尺（chǐ）寸。

圖 3：顯（xiǎn）示保險絲和 TCO 位（wèi）置的典型 MOV 應用（yòng）。

浪湧測試

輸入浪湧（yǒng）電（diàn）壓測（cè）試測（cè）試方法在 IEC 61000-4-5 中有詳細說明，終端（duān）係統要求定義了限製。該測試使係統承受指（）定輸入電壓之上的電壓尖峰。尖峰模擬可能由從（cóng）閃電（diàn）到（dào）大型電機驅動等各種來源引（yǐn）起的幹擾。

係（xì）統的安裝等級決（jué）定了（le）測試級別（圖 4）。大多（duō）數商（shāng）用 AC/DC 電源都是 3 級安裝設備，並針對線路/中性線和地之間的 2kV 共模浪湧以及線路和中性線之間的 1kV 差模浪湧進行（háng）了（le）測試。

圖 4：IEC EN 61000-4-5 浪湧測試等級。

此外，該測試基於從 A 到 C 的三級等級，指（）定了係統對浪湧電壓所需的響應。性能標準 A 要求係統運行不會因測試而發生變（biàn）化。為滿足（zú）標準 B，係統在浪（làng）湧事件期間會（huì）經曆一些操作或功能變化，但隨後會自動恢複（fù）。如果在浪湧事（shì）件後需要用戶幹預來恢複係統運行，則係統滿足標準 C。如果（guǒ）浪湧（yǒng）損壞係統，則無法通過測試（shì）。

IEC61000-4-5 中詳細說明了（le）電壓尖峰如何發生、發生位置、需要的電壓電平和波（bō）形、尖峰頻率（lǜ）以及尖峰之間的持續（xù）時間。但該標準並未詳細說明如何確定（dìng）性（xìng）能標準（zhǔn）級別是 A、B 還是 C。該決定取決（jué）於設備（bèi）製造商。

概括

如果不受交（jiāo）流線（xiàn）路浪湧和電壓尖峰的保護，係統可能會遭受損壞（huài）。各種 SPD 技術使設計人員能夠針對（duì）特定應用要求優化電湧保護（hù）網絡。在某些情況下，多種 SPD 技術（例如 MOV、GDT 和 SAD）組合（hé）用於混合解（jiě）決方案。按照 UL 1449 的規定（dìng），MOV 通常與 TCO 器件結合使用以保（bǎo）護熱失控。IEC 61000-4-5 規定了通用輸入浪湧電（diàn）壓測試方法，包括多次浪湧（yǒng）測試和係統分類性能級別。