电子信息系统电源的电涌防护.docx

电子信息系统电源的电涌防护 随着中国现代化建设进程的不断深入， 电子系统应用领域日益广泛， 对电子设备的保护显得 尤为重要。 雷击对敏感电子设备的危害众所周知， 但雷电和其它外部因素造成的电涌在一个典型供电系 统中出现的 “尖刺 ”在所有电涌中只占 20%。用户的各种电力、 电子设备， 非线性负荷和冲击 性负荷不断增加， 使得电网电能质量日益恶化， 不但影响了电力系统的正常运行， 而且对用 户的用电设备产生极大的危害，特别是对敏感电子设备的冲击更为突出。 安装电涌保护器就可以解决上述问题。 通常在主开关柜的人口处和需考虑的各分开关柜配置 电涌保护器。在某些场合，甚至在用户端也需安装电涌保护器。 电涌的成因和特性 电涌，是指在微秒级时间内产生的高频尖峰冲击电压。 雷击和电子网的暂态过程是造成电涌 的二大主要原因。 一般建筑物上的直击雷防护系统只能保护其本身不受雷电直击， 而对雷电击中采用共地系统 的防雷装置、 雷电流经导线引入和雷电感应引起的破坏无能为力。 因此， 我国建筑物防雷设 计规范（ GB50057-94 ）提出 “在电源引入的总配电柜处宜装设过电压保护器。” 在电力系统中，开关的分、合闸操作，负荷的投、切， 如荧光灯、大型电感式马达和电子 功率控制器和系统短路、 接地故障等产生的暂态过电压、 过电流， 这些暂态过程有害的高次 谐波在输电线路上通过电容耦合和电磁耦合方式侵入通信、数据网络、信号控制等线路中， 并以流动波的形式损害相关设备。 在商用环境中， 电子照明控制柜、 电梯马达和办公设备中 的开关电源是产生电涌的主要因素。 在工业环境中，电涌由加工工厂、 某些点焊设备、 电炉 和变速电动机和便携式电动工具等造成。 电子设备（如计算机通信网络接口和数字逻辑控制 设备）对电源线的干扰和波动十分敏感。计算机内部电路的芯片工作电压一般不大于 5V ， 如果有大于 5V 的电磁干扰脉冲进入计算机，很可能导致误动作或设备损坏。美国等信息产业发达的国家对电源线的干扰特别重视。我国的信息产业虽然起步较晚，但发展非常迅速， 业内有识之士已认识到这个问题的严重性， 并出台了一些相关标准出台， 如 GB/T 50314-2000 《智能建筑设计标准》 ，要求电气设计师考虑电子设备的电源干扰问题。 电涌产生的后果 雷电和操作过电压引起的电涌是信息化时代的一大公害，在全球信息化产业最发达的美国， 每年因此造成的损失高达 50-60 亿美元。电涌造成的破坏性后果体现在对用电设备（负载） 和供电设备（配电变压器）两方面。 对用电设备的损坏： 电涌产生的脉冲信号侵入数据网络线路或数据库时， 传输或储存的信息 会丢失，电子设备产生误动作或暂时瘫痪；电子元器件性能衰减， 寿命下降；电子线路板烧 毁；甚至整个系统停顿， 导致银行电脑服务停顿、 移动通信中断等间接损失，大大超过设备 更换的直接损失。 对配电变压器的损坏： 雷电击中低压线路或低压线路遭雷电感应， 损坏低压侧绝缘， 经电磁 耦合， 损坏高压侧； 雷电击中高压线路或高压线路遭雷电感应，则高压避雷器动作，因反变 过程影响，也会使中性点附近的绝缘击穿。 基于微处理器的控制器和 PLC （可编程序控制器）对电涌危害尤为敏感。在安装 SPD 设备 前，美国一家主要的汽车生产商不得不每天几次更换汽车装配机器人上的印刷电路板。 另外 的一些敏感设备包括电子销售设备（ EPOS）、计算机和通讯设备。例如：在汽车加油站，抽 油机马达产生的电涌会损坏电子控制和通信设备。 不仅单个大电涌会使设备损坏， 无数个小 电涌的累积结果也会烧毁电路板和电子设备、损坏马达的绝缘层和一些矿物绝缘电缆。 预防电涌危害的措施 一个典型的 SPD 系统方案包括主配电柜保护、分配电柜保护、终端配电柜保护和用户端保 护几部分。主配电柜保护设备能将高达 20kV 的外部电涌减至 1.1kV 的限制电压，这一电压 送至分配电柜保护设备进行进一步处理， 中央空调、 电梯马达等产生的电涌也由分配电柜保 护设备处理。 这一级的限制电压和其它下级产生的电涌一起被终端配电柜保护设备处理至可 忽略不计的电压值。在需要特别保护的通讯和数据设备处，还可安装用户端保护设备。 选择和安装 金属氧化可变电阻（ Metal Oxide Varistor）是组成大多数 SPD 的基本器件。早期的 SPD 产 品主要采用单一器件， 目前国际上最先进的设计是使用包括箝制电路、 滤波器和串联阻抗的 混合网络，如美国创新科技公司的 Protector 系列电涌保护器。 在需要重点保护的场合，主动跟踪网络（ Active Tracking Network-ATN ）会跟踪电源波形， 对发生在任何相位和极性上的瞬态电涌作出响应， 有效地抑制高频高次谐波，