中心議題：
- 瞬變電壓的抑止和保護(hù)
解決方案：
- 浪涌保護(hù)設(shè)備
- 接地
- 瞬變電壓的分層保護(hù)方法
瞬變電壓浪涌是指所需的電壓或信號(hào)發(fā)生暫時(shí)但通常幅度很大的變化。瞬變電壓的變化幅度越大，用電設(shè)備受到干擾或破壞的可能性就越大。瞬變電壓可以在任何導(dǎo)電材料中產(chǎn)生，因此它們不僅會(huì)影響與市電線路連接的設(shè)備，還會(huì)影響與電話線、以太網(wǎng)線、同軸電纜、串行通信電纜等連接的設(shè)備。本文全面介紹瞬變電壓的抑止和保護(hù)問題。
浪涌保護(hù)設(shè)備
浪涌保護(hù)設(shè)備 (SPD) 可以削弱這些浪涌的幅度以保護(hù)設(shè)備免遭破壞。但是，SPD 沒有必要將浪涌降低到零振幅。SPD 只是將瞬變電壓降低到一個(gè)可以安全地傳遞到連接的電氣負(fù)載的水平。這是因?yàn)樵谠O(shè)備中電源的閾值可能發(fā)生變化，并且為保證所連接的設(shè)備能夠連續(xù)運(yùn)行而將電壓削弱到零是不切實(shí)際的。因此，SPD 會(huì)將瞬變電壓削弱到一個(gè)合理的水平，以符合保護(hù)設(shè)備的要求。一些更高端 SPD 還提供噪聲過濾功能，以減少電源波形中由 EMI 引起的干擾，阻止其傳遞到所連接的設(shè)備。
簡(jiǎn)而言之，SPD 會(huì)阻止具有破壞性的瞬變電壓浪涌電平到達(dá)所保護(hù)的設(shè)備。SPD 通過吸收過剩的電壓、將其分流或者組合使用這兩種手段，達(dá)到削弱浪涌電壓的目的。圖 1顯示了飛向靶子的箭。靶子代表 SPD，而箭代表瞬變電壓尖峰脈沖。當(dāng)箭擊中靶子時(shí)，它會(huì)被吸收并滯留在靶子中。然而，靶子的厚度將決定箭是否可以在沒有穿到另一側(cè)時(shí)停止。同樣，在這種模式下，箭將不停地?fù)p壞靶子，將來靶子可能無法很好地阻止箭。現(xiàn)在，假設(shè)在靶子前面有一個(gè)金屬盾牌。箭發(fā)出后，它會(huì)擊中盾牌，無任何損害地彈飛到靶子的旁邊。這就是大多數(shù) SPD 的基本工作原理。SPD 吸收能量（并且根據(jù)它們的質(zhì)地好壞，可以防止浪涌，但仍然會(huì)受到損壞），或者將電壓分流到設(shè)備接地線中。在大多數(shù)情況下，SPD 會(huì)將吸收和分流瞬變電壓浪涌的設(shè)備組合使用。
圖1-吸收和反射瞬變電壓
鉗位是 SPD 用于限制瞬變電壓的一項(xiàng)功能。鉗位這一過程是由 SPD 內(nèi)部組件將瞬變電壓降低到所保護(hù)的相連用電設(shè)備可接受的較低電壓電平。在經(jīng)過 SPD 的瞬變電壓浪涌削弱電路后，傳遞到相連用電設(shè)備的能量被稱為“通過電壓”。同樣，對(duì)于大多數(shù) SPD 來說，此過程都不會(huì)將瞬變電壓降低到零伏，或者降低到連接的負(fù)載正常工作所需要的電平以下。過分地將瞬變電壓削弱到所需電平以下會(huì)導(dǎo)致 SPD 本身承擔(dān)不必要的負(fù)擔(dān)。
金屬氧化物變阻器（MOV — 壓敏電阻）是 SPD 中最常使用的一個(gè)組件。MOV 是具有特殊半導(dǎo)體屬性的非 線性電阻。在瞬變電壓浪涌進(jìn)入線路之前，MOV 將保持在非導(dǎo)電狀態(tài)，允許電源正常通過。瞬變電壓浪涌進(jìn)入線路之后，MOV 開始導(dǎo)電，將過剩電壓傳到地。隨著安培數(shù)的增加，鉗位電壓的值也會(huì)增加，這樣保證傳到設(shè)備的“通過電壓”處于可接受的水平，直到瞬變電壓浪涌平息為止。
MOV 通常與熱敏保險(xiǎn)絲結(jié)合使用，熱敏保險(xiǎn)絲位于電源線路和所保護(hù)的設(shè)備之間，在出現(xiàn)災(zāi)難性的瞬變電壓浪涌時(shí)可以切斷所連接設(shè)備的電源。如果瞬變電壓非常大，持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)，它可能會(huì)達(dá)到 MOV 的峰值工作電 壓，此時(shí) MOV 會(huì)處于完全導(dǎo)通狀態(tài)。如果出現(xiàn)此故障，熱量可能會(huì)導(dǎo)致熱敏保險(xiǎn)絲（通常靠近或連接到 MOV）斷開電流，從而阻止向所保護(hù)的設(shè)備進(jìn)一步供電。MOV 性能十分穩(wěn)定，這也是在 SPD 中采用該部件 的原因。MOV 將始終允許通過相同的電壓，在達(dá)到同一過剩電壓水平時(shí)開始導(dǎo)通，這一特性將一直持續(xù)到自身的故障點(diǎn)。
SPD 不能解決所有的電源質(zhì)量問題。它們無法解決由電力設(shè)備提供的AC 電源中的欠壓（低電壓）和過壓（長(zhǎng)期過電壓）問題。它們同樣無法降低由非線性負(fù)載（如計(jì)算機(jī)和熒光照明設(shè)施系統(tǒng)中的一些發(fā)動(dòng)機(jī)和開關(guān) 式電源）產(chǎn)生的諧波問題。如果市電線路電壓過低，可以使用 UPS 設(shè)備，臨時(shí)使用電池供電，直到市電恢復(fù)為止。
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接地
接地是最大的電力環(huán)境問題之一，對(duì)于 SPD 尤為如此。 地是所有電源、信號(hào)或數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的必要元素。所有電壓和信號(hào)電平都要以地為參考。大多數(shù) SPD 還使用設(shè)備中的接地線，以分流瞬變電壓產(chǎn)生的過剩電壓。如果沒有正確接地，這些 SPD 可能無法正常工作。
工廠設(shè)施中的接地連接只能連接到電力線路配電板上的單一連接點(diǎn)。這種與地面單點(diǎn)連接的方式可以避免由于疏忽而造成多個(gè)接地點(diǎn)。多個(gè)接地點(diǎn)會(huì)造成市電電壓的差異，導(dǎo)致不希望的電流流向低壓數(shù)據(jù)線。并對(duì)數(shù)據(jù)傳輸造成噪音干擾，雖然不會(huì)引起太大的損害，但也可能會(huì)形成瞬變電壓浪涌，嚴(yán)重?fù)p壞設(shè)備傳輸線。圖 2 顯示了一個(gè)接地回路示例。每個(gè)設(shè)備獨(dú)立接地（每個(gè)電源插座都參照不同的接地點(diǎn)）。如果設(shè)備通過某種形式的接地（也導(dǎo)電）數(shù)據(jù)線連接在一起，就會(huì)出現(xiàn)問題。在圖2 中，計(jì)算機(jī)使用并行通信電纜連接到打印機(jī)。如果所使用設(shè)備接地點(diǎn)之間存在電勢(shì)差（有電荷差異），那么電流可能會(huì)通過并行電纜從一個(gè)設(shè)備流到另一設(shè)備，以便中和電荷。這就是“接地回路”，會(huì)對(duì)設(shè)備造成嚴(yán)重?fù)p壞，因?yàn)樵O(shè)備在正常條件下只需很小的電力就 可以工作。雖然這個(gè)示例只顯示了一處設(shè)施，但接地回路也可以在不同設(shè)施之間形成。
圖2-接地回路
瞬變電壓分層保護(hù)方法
使用 SPD 網(wǎng)絡(luò)對(duì)瞬變電壓進(jìn)行分層防御是明智之舉。第一層用于控制進(jìn)入系統(tǒng)設(shè)施的高輸入浪涌，如電線中 的瞬變電壓。這可能是由于閃電引起的。然后，使用其他層控制內(nèi)部電線和數(shù)據(jù)線中的瞬變電壓。因?yàn)榇蠖鄶?shù)瞬變電壓浪涌都在建筑物內(nèi)產(chǎn)生，所以了解和應(yīng)用 SPD 對(duì)于改進(jìn)任何工廠設(shè)施中的電源質(zhì)量都是非常必要的。
這種分層保護(hù)方法是防止大多數(shù)瞬變電壓?jiǎn)栴}的最有效手段。這種方式對(duì)于防止電線的瞬變電壓?jiǎn)栴}非常重要，對(duì)于數(shù)據(jù)線也同樣重要。對(duì)于輸入數(shù)據(jù)線中的高瞬變電壓，大多數(shù)大型設(shè)施都具有特定形式的首層防御措施。例如，很多家庭和工廠設(shè)施都使用陶瓷氣體放電管或玻璃放電管 SPD（通常由電信公司提供）來幫助將 高容量浪涌降低到基本電話設(shè)備（如不需要輔助電源就可以工作的獨(dú)立電話）的適宜水平。但是，這些第一層 SPD 允許通過的電壓通常不能將電壓削弱到安全級(jí)別，以避免損壞靈敏的用電設(shè)備，如計(jì)算機(jī)的 DSL 或撥號(hào) 調(diào)制解調(diào)器（或甚至是連接到這些調(diào)制解調(diào)器的計(jì)算機(jī)）等。對(duì)于連接到同軸電纜的其他靈敏用電設(shè)備，如音 頻/視頻設(shè)備或?qū)拵щ娎|調(diào)制解調(diào)器設(shè)備等，效果也是一樣。出于這個(gè)原因，應(yīng)使用額外的 SPD 進(jìn)一步削弱從第一層 SPD 傳來的允許通過電壓，保護(hù)單個(gè)設(shè)備。
通常只有在討論電線干擾時(shí)才會(huì)提及瞬變電壓浪涌。然而，由于有很大一部分瞬變電壓是在系統(tǒng)設(shè)施內(nèi)部的數(shù) 據(jù)線網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的，因此有必要重視抑止數(shù)據(jù)線浪涌的需求。任何導(dǎo)線都是瞬變電壓的潛在載體，在任何系統(tǒng)設(shè)施內(nèi)都會(huì)存在許多可以產(chǎn)生感應(yīng)耦合的因素。當(dāng)今計(jì)算機(jī)運(yùn)行所需的電力閾限越來越低，這意味著即使是非 常小的電力干擾，也要加以重視，以避免數(shù)據(jù)損失和損壞。通過首先降低外部和其他來源的高浪涌，然后在傳到靈敏的用電設(shè)備之前進(jìn)一步在內(nèi)部削弱電力，分層保護(hù)方法可以理想地抑止浪涌。數(shù)據(jù)線浪涌抑制對(duì)于保護(hù) 靈敏設(shè)備免遭數(shù)據(jù)損壞非常必要，可以避免對(duì)低電壓數(shù)據(jù)線造成破壞，還可以防止任何開放電路引入瞬變電壓浪涌。
