雷击引起的电涌可分为:
(1)感应雷击电涌过电压:雷击闪电产生的高速变化的电磁场
,闪电辐射的电场作用于导体,感应很高的过电压,这类过电压具有很陡的前沿并快速衰减。
(2)直接雷击电涌过电压:直接落雷在电网上,由于瞬间能量巨大,破坏力极强,目前还没有一种设备能对直接落雷进行保护。
(3)雷击传导电涌过电压:由远处的架空线传导而来,由于接于电力网的设备对过电压有不同的抑制能力,因此传导过电压能量随线路的延长而减弱。
(4)振荡电涌过电压:动力线等效一个电感,并于大地及临近金属物体间存在分布电容,构成并联谐振回路,在TT、TN供电系统,当出现单相接地故障的瞬间,由于高频率的成分出现谐振,在线路上产生很高过电压,主要损坏二次仪表。
2、操作电涌过电压
在电力系统内部,由于断路器的操作、负荷的投入和切除或系统故障等
系统内部的状态变化,而使系统参数发生变化,从而引起的电力内部电磁能量转换或传输过渡过程,将在系统内部出现过电压。系统内的电涌主要来自于系统内部用电负荷的冲击,大约占80%。在电力系统引起的内部过电压的原因大致可分为:
(1)电力大负荷的投入和切除;
(2)感性负荷的投入和切除;
(4)短路故障
内部产生的电涌特点主要是震荡型,在供电系统中的变压器、感性负载和电容器之间震荡且高次谐波成分含量高。IEEE中指出,内部电涌的电压值在几微秒至几纳秒从几百伏升高至6000V。在繁忙的工厂或城市商业用电环境中,每小时的瞬间电涌可达到180000~432000次。
载流和重燃电涌过电压:由接通和分断控制设备时产生,特别是电动机或变压器负载,在起动阶段或故障时分断,出现载流和重燃过电压,常使电动机绕组或变压器击穿损坏(如国内一钢铁企业发电厂,在一个月内因接通和分断过电压造成两台3000KW电动机相间南穿穿短路损坏)。
3、静电放电
干燥的绝缘体(如毛制品),在干燥的环境通过摩控产生静电,能量较小,主要损坏集成电路。
2电涌的破坏原理与现象
造成电涌(瞬变脉冲)的原因包括闪电、接地不良、感性负载切换、市电故障排除以及静电放电(ESD),其结果可能会造成数据丢失(或损坏)甚至设备的损毁。而其中以闪电破坏性**强。闪电击中以及触点开关产生的瞬间放电或电弧放电引起的电涌,从现象上看有:
电晕:在绝缘体表面上,有明显的电蚀痕迹,被蚀部位绝缘下降;
控制电路的IC等元件损坏;一般电子设备、家用电器的整流元件、稳压元件损坏;
接地故障成设备带电(单相接地):造成设备相间短路(电机相间短路)。
电涌的危害主要分成两种:灾难性的危害和积累性的危害。
灾难性危害:一个电涌电压超过设备的承受能力,则这个设备完全被破坏或寿命大大降低。如下图所示:
电机通常的绝缘电压为正常工作电压的2倍加1000V左右,故220V电机的绝缘电压一般为1500V。电涌不断地冲击电机的绝缘层,导致绝缘层被击穿。
积累性危害:多个小电涌累积效应造成半导体器件性能的衰退、设备发故障和寿命的缩短,**后导致停产或是生产力的下降。
上图是一个实际的例子,这是从美国空军计算机
上取下的芯片,圆圈处的凹陷造成IC芯片的**损坏导致停机和器件更换,上下部的裂痕造成停机、出错和复位。需要指出的是,该芯片在安装了昂贵的UPS系统中工作。
电涌普遍的存在于配电系统中,也就是说电涌无处不在。
电涌在配电系统主要表现有:
电压波动;
在正常工作情况下,机器设备会自动停止或启动;
用电设备中有空调、压缩机、电梯、泵或电机,电脑控制系统经常出现无理由复位;
电机经常要更换或重绕;
电气设备由于故障、复位或电压问题而缩短使用寿命。
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电涌对敏感电子电器设备的影响有以下类型:
破坏
电压击穿半导体器件;
破坏元器件金属化表层;
破坏印刷电路板印刷线路或接触点;
破坏三端双可控硅元件/晶闸管。
干扰
锁死、晶闸管或三端双向可控硅元件失控;
数据文件部分破坏;
数据处理程序出错;
接收、传输数据的错误和失败;
原因不明的故障。
过早老化
零部件提前老化、电器寿命大大缩短;
输出音质、画面质量下降。