Узнайте больше о защите от перенапряжения и грозовых разрядов

Скачок напряжения, также известный как переходное напряжение или всплеск, относится к явлению, когда напряжение превышает нормальное рабочее напряжение на короткий момент. По сути, скачок напряжения — это быстрый импульс напряжения, который происходит в течение микросекунд. Распространенными причинами скачков напряжения являются запуск или выключение тяжелого оборудования, короткие замыкания, переключение питания и работа больших двигателей.

Скачки напряжения могут потенциально нанести серьезный ущерб электрооборудованию. Поэтому изделия, оснащенные устройствами подавления скачков напряжения, могут эффективно поглощать внезапные всплески огромной энергии, защищая подключенное оборудование от повреждений. Использование этих защитных устройств значительно повышает безопасность и надежность электрооборудования.

Характеристики скачков напряжения:

Всплески имеют чрезвычайно короткую продолжительность, обычно от наносекунд до микросекунд. Когда происходят скачки напряжения, амплитуда напряжения и тока превышает нормальные значения более чем вдвое. Из-за быстрой зарядки конденсаторов входного фильтра пиковый ток скачков напряжения намного больше установившегося входного тока. Для решения проблемы скачков напряжения конструкции источников питания должны учитывать ограничение уровней скачков напряжения, которые могут выдержать переключатели переменного тока, выпрямительные мосты, предохранители и устройства фильтрации электромагнитных помех.

Во время повторяющихся процессов переключения входное напряжение переменного тока не должно повредить источник питания или вызвать перегорание предохранителя. Это явление обычно длится всего несколько наносекунд или миллисекунд, но его значения напряжения и тока значительно превышают нормальные рабочие уровни. Скачки напряжения широко распространены в распределительных системах и могут считаться повсеместными.

К основным проявлениям скачков напряжения в распределительных системах относятся:

• Колебания напряжения: машины и оборудование автоматически останавливаются или запускаются в нормальных условиях эксплуатации.
• Помехи в работе электрических устройств: например, кондиционеров, компрессоров, лифтов, насосов или двигателей.
• Отклонения в работе систем управления компьютером: частые необъяснимые сбросы.
• Частая замена или перемотка двигателей.
• Сокращение срока службы электрооборудования: сокращение срока службы из-за неисправностей, сбросов или проблем с напряжением.

Скачки напряжения могут оказывать влияние на чувствительные электронные устройства несколькими способами, в том числе:

Повреждение:

• Напряжение пробоя полупроводниковых приборов.
• Разрушение металлизированных слоев на деталях.
• Повреждение дорожек печатной платы или точек контакта.
• Повреждение двунаправленных тиристоров/симисторов и т. д.

Помехи:

• Блокировка оборудования, потеря управления тиристором или двунаправленным тиристором.
• Частичное повреждение файлов данных.
• Ошибки в программах обработки данных.
• Ошибки и сбои при приеме и передаче данных.
• Необъяснимые неисправности и многое другое.

Преждевременное старение:

• Компоненты стареют преждевременно, что значительно сокращает срок службы электроники.
• Снижение качества выходного звука и изображения.
Источники всплесков:
Источником скачков напряжения могут быть как внешние, так и внутренние источники. Примерно 20% скачков напряжения происходят из внешних источников, в основном из-за молний и других системных воздействий. Около 80% скачков напряжения происходят из внутренних источников, в основном из-за воздействия внутренних электрических нагрузок.

Генератор импульсов_SG61000-5

Внешние перенапряжения в основном возникают из-за молний и включают в себя:

Прямые удары молнии: прямые попадания в громоотводы, громоотводы, здания или башни нефтеперерабатывающих заводов.
Электромагнитное излучение от молнии: от места удара молнии исходят сильные магнитные поля, повреждающие микроэлектронику, даже если удар молнии не попадает напрямую в здание.
Токи, вызванные молниями в линиях электропередач и сигнализации.
Индукция молнии: Вокруг разряда молнии образуются сильные переменные магнитные поля, которые индуцируют напряжение на близлежащих металлических проводниках.
Высокие локальные потенциалы, вызванные молнией.
Проникновение молнии: Прямые удары молнии в линии электропередач или вертикальные токоотводы могут вызвать грозовые перенапряжения на линиях электропередач и сильные электромагнитные импульсы вокруг силовых кабелей. Эти индуцированные перенапряжения могут распространяться на входные порты оборудования, вызывая сбои в работе оборудования или его повреждение.

Внутренние скачки напряжения в основном возникают в результате переключения электрооборудования в электросети и других факторов, в том числе:

Включение и выключение высоких электрических нагрузок, таких как кондиционеры, компрессоры, насосы или двигатели.
Включение и выключение индуктивных нагрузок.
Включение и выключение конденсаторов коррекции коэффициента мощности.
Короткое замыкание.
Механические контакты: механические переключатели, включая релейные переключающие контакты, кнопочные переключатели, ключевые переключатели, потенциометры с переключателями и т. д.

Согласно определениям IEEE, скачки напряжения можно разделить на несколько категорий:

• Импульсные скачки напряжения: напряжение колеблется от нескольких сотен вольт до 20,000 XNUMX вольт в течение микросекунд.
• Колебательные скачки: напряжение колеблется от нескольких сотен вольт до 6000 вольт в течение микросекунд или миллисекунд.
• Импульсные скачки напряжения: пиковое напряжение или ток повторяющихся циклов.

Для защиты электронного оборудования от грозовых перенапряжений были установлены соответствующие стандарты испытаний на устойчивость. Национальным стандартом испытаний на устойчивость электронного оборудования к грозовым перенапряжениям является GB/T17626.5 (эквивалент международного стандарта IEC61000-4-5). Этот стандарт в основном моделирует различные ситуации, вызванные непрямыми ударами молнии, в том числе:

• Удары молнии во внешние линии, вызывающие большие токи, протекающие во внешние линии или заземляющие резисторы, что приводит к появлению помех.
• Наведенное напряжение и ток от непрямых ударов молнии (например, межоблачные или внутриоблачные молнии) на внешних линиях.
• Вокруг объектов, находящихся рядом с местами ударов молнии, образуются сильные электромагнитные поля, вызывающие напряжение на внешних линиях.
• Удары молнии вблизи земли, где токи заземления создают помехи через общую систему заземления. Кроме того, стандарт имитирует помехи, вызванные коммутационными действиями на подстанциях (переходные напряжения во время работы коммутационного оборудования), такие как:

• Помехи, возникающие при переключении основных систем электропитания (например, переключение конденсаторных батарей).
• Помехи от незначительных переключений переключателей в пределах одной электросети.
• Помехи от тиристорного оборудования с резонансными контурами.
• Также моделируются различные систематические неисправности, такие как короткие замыкания и дуговые замыкания между сетями заземления оборудования или системами заземления.

Стандарт описывает два типа генераторов сигналов:

• Формы волн, индуцируемых на линиях электропередач: узкие импульсные формы волн (50 мкс) с крутыми фронтами (1.2 мкс).
• Формы волн, индуцируемых на линиях связи: широкие импульсные волны с пологими фронтами.

Имитация грозовых импульсов, вызванных ударами молнии в линиях электропередач, или импульсов перенапряжения, вызванных разрядом молнии через общее сопротивление заземления. Типичные параметры включают выходное напряжение холостого хода (от 0.5 до 6 кВ), выходной ток короткого замыкания (от 0.25 до 2 кА) для различных уровней испытаний, внутреннее сопротивление (2 Ом) и дополнительные сопротивления (10, 12, 40, 42 Ом) для различных уровней испытаний. Полярность выходного импульса может быть положительной/отрицательной, а выходной импульс может быть синхронизирован с источником питания со сдвигом фаз от 0 до 360 градусов. Частота повторения должна быть не реже одного раза в минуту.

Уровни серьезности испытаний на устойчивость к грозовым перенапряжениям:

• Уровень 1: Хорошая защитная среда.
• Уровень 2: Среда с некоторой защитой.
• Уровень 3: Обычная среда электромагнитных помех, без особых требований к установке оборудования, например, промышленные рабочие места.
• Уровень 4: Среда с серьезными помехами, например, гражданские воздушные линии электропередач или незащищенные высоковольтные подстанции.
• Уровень X: определяется по соглашению между пользователем и производителем.