廣東省揭陽(yáng)市氣象局 林 娜 鄭卓驊

電涌也稱(chēng)為突波，與正常的工作電壓相比，實(shí)際上它就是瞬態(tài)過(guò)電壓，其本質(zhì)上是一種劇烈的脈沖，只在幾百萬(wàn)分之一秒內(nèi)出現(xiàn)。電涌產(chǎn)生的原因十分復(fù)雜，包括各種大型設(shè)備電源開(kāi)關(guān)或大型發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的操作過(guò)電壓及雷擊產(chǎn)生等。

電涌保護(hù)器可以有效地吸收線(xiàn)路上突然產(chǎn)生的過(guò)電壓、過(guò)電流，保護(hù)連接設(shè)備免受損壞，是一種為各種電子設(shè)備、儀器儀表和通信線(xiàn)路提供安全保護(hù)的裝置。當(dāng)線(xiàn)路上由于突然的外部干擾而產(chǎn)生過(guò)電壓及過(guò)電流時(shí)，電涌保護(hù)器可以在極短的時(shí)間內(nèi)將線(xiàn)路上的過(guò)電壓、過(guò)電流傳導(dǎo)入地，從而保護(hù)了系統(tǒng)中的各種電子設(shè)備免遭損壞。本文通過(guò)對(duì)電涌保護(hù)器的機(jī)理分析，探討電涌保護(hù)器在電子信息系統(tǒng)的雷電防護(hù)中起到的作用。

1.電涌保護(hù)器（SPD）的分類(lèi)

按工作原理分：

（1）開(kāi)關(guān)型：其工作原理是，當(dāng)線(xiàn)路上沒(méi)有瞬時(shí)過(guò)電壓（過(guò)電流）的時(shí)候，裝置呈現(xiàn)為高阻抗特性，對(duì)地絕緣。而一旦線(xiàn)路上流過(guò)瞬時(shí)過(guò)電壓（過(guò)電流）時(shí)，該裝置的阻抗就在納秒級(jí)別內(nèi)突然變化為低值，對(duì)地導(dǎo)通，將過(guò)電壓（過(guò)電流）釋放入大地。開(kāi)關(guān)型電涌保護(hù)器常采用的元器件有放電間隙、氣體放電管、閘流晶體管等等。

（2）限壓型：其工作原理是當(dāng)線(xiàn)路上沒(méi)有瞬時(shí)過(guò)電壓（過(guò)電流）的時(shí)候，裝置呈現(xiàn)為高阻抗特性，但如果線(xiàn)路上的過(guò)電壓（過(guò)電流）持續(xù)增加，則其阻抗將會(huì)不斷減小，將會(huì)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的非線(xiàn)性的電流電壓特性。限壓型電涌保護(hù)器常采用的元器件有雪崩二極管、氧化鋅、抑制二極管、壓敏電阻等。

（3）分流型或扼流型

分流型：該種類(lèi)型的電涌保護(hù)器一般與被保護(hù)的設(shè)備并聯(lián)連接，遇到雷擊電磁脈沖的時(shí)候呈現(xiàn)出低阻抗特性，而對(duì)線(xiàn)路上設(shè)備產(chǎn)生的正常工作頻率則表現(xiàn)為高阻抗特性。

扼流型：該種類(lèi)型的電泳保護(hù)器一般與被保護(hù)的設(shè)備串聯(lián)連接，當(dāng)線(xiàn)路上通過(guò)雷擊電磁脈沖時(shí)，其呈現(xiàn)為高阻抗特性，而在通常狀況下，其對(duì)線(xiàn)路上正常的工作頻率表現(xiàn)為低阻抗特性。扼流型電涌保護(hù)器常采用的元器件有1/4波長(zhǎng)短路器、高通濾波器、低通濾波器及扼流線(xiàn)圈等。

按用途分：

（1） 電源線(xiàn)路電涌保護(hù)器，其中又分為交流電源、直流電源、開(kāi)關(guān)電源電涌保護(hù)器等。

（2）信號(hào)線(xiàn)路電涌保護(hù)器，其中又分為天饋線(xiàn)路、低頻信號(hào)線(xiàn)路、高頻信號(hào)線(xiàn)路電涌保護(hù)器等。

2.雷擊電磁脈沖的分級(jí)保護(hù)

電子信息系統(tǒng)內(nèi)具有各種各樣電子設(shè)備，這些電子設(shè)備的工作電壓一般只有5～10伏，它們的電磁兼容能力非常之差，當(dāng)雷擊電磁脈沖入侵電子信息系統(tǒng)時(shí)，電子設(shè)備極易受到過(guò)電壓過(guò)電流的襲擊，導(dǎo)致設(shè)備損壞。我們知道，電子信息系統(tǒng)非常復(fù)雜，一般是由信號(hào)采集、傳輸、存儲(chǔ)、檢索等多環(huán)節(jié)組成，受雷擊的概率比較高。由于整個(gè)電子信息系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)及接口較多、各種線(xiàn)路也比較長(zhǎng)等原因，雷擊電磁脈沖的入侵提供了便利條件。特別是電子信息系統(tǒng)的電源輸入端接口，信號(hào)裝置的輸入、輸出接口處，更是過(guò)電壓（過(guò)電流）侵入的主要途徑。

從上述原因可知，要想電子信息系統(tǒng)免受雷擊損壞，關(guān)鍵是要做好雷電電磁脈沖的防護(hù)措施。科學(xué)的防護(hù)方法和措施應(yīng)該是將整個(gè)電子信息系統(tǒng)的雷電防護(hù)作為一個(gè)系統(tǒng)工程來(lái)綜合考慮。只有這樣，才能將電子信息系統(tǒng)的雷擊損害降低到最低限度。GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》中闡述了雷電電磁脈沖分級(jí)保護(hù)的概念。其原理是通過(guò)電涌保護(hù)器的作用，將線(xiàn)路上瞬態(tài)浪涌電流的幅度逐級(jí)降低。在瞬態(tài)浪涌電流通過(guò)最后一級(jí)電涌保護(hù)器之后，其電壓限制在末端設(shè)備能夠承受的安全范圍以?xún)?nèi)。

對(duì)于一般電子元器件來(lái)說(shuō)，其能夠承受2倍于額定電壓的瞬時(shí)過(guò)電壓和大約700 V的峰值過(guò)電壓。該數(shù)值是經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的，在世界各國(guó)的信息系統(tǒng)雷電防護(hù)中被廣泛采用。當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用中，流經(jīng)末端設(shè)備的過(guò)電壓（過(guò)電流）越低，后端的電子設(shè)備就越安全。為了最大限度地保護(hù)電子設(shè)備免遭雷擊損壞，第一級(jí)I級(jí)實(shí)驗(yàn)的SPD應(yīng)該安裝在建筑物低壓電源線(xiàn)路引入的總配電箱處，隨后的兩級(jí)電涌保護(hù)器，應(yīng)該安裝在被保護(hù)設(shè)備的就近線(xiàn)路處。當(dāng)浪涌電壓經(jīng)過(guò)第一級(jí)電涌保護(hù)器時(shí)，剩余的過(guò)電壓應(yīng)該能限制在1.5～ 1.8 kv以?xún)?nèi)，這樣，當(dāng)該過(guò)電壓經(jīng)過(guò)第級(jí)的電涌保護(hù)器時(shí)，剩余過(guò)電壓將會(huì)被限制在0.9～1.2 kv以?xún)?nèi)，流經(jīng)第三級(jí)電涌保護(hù)器后，剩余電壓大概只有0.4～0.tkv.線(xiàn)路上的過(guò)電壓，通過(guò)電涌保護(hù)器的多級(jí)限壓以及對(duì)浪涌電流的對(duì)地泄放，最后加載到末端電子設(shè)備上的過(guò)電壓一般來(lái)說(shuō)就不會(huì)損壞系統(tǒng)及設(shè)備了。

3.電涌保護(hù)器元器件的選擇

電子信息系統(tǒng)的雷擊電磁脈沖防護(hù)，除了良好的等電位連接、可靠的接地裝置之外，質(zhì)量?jī)?yōu)良的電涌保護(hù)器，也是必不可少的。

電涌保護(hù)器大部分是通過(guò)氧化鋅壓敏電阻和氣體放電管來(lái)對(duì)雷電流能量進(jìn)行吸收與泄放的。其中的氧化鋅壓敏電阻是一種最常見(jiàn)的元器件，屬于限壓型保護(hù)器件。氧化鋅壓敏電阻在沒(méi)有脈沖電壓通過(guò)時(shí)呈現(xiàn)為高阻狀態(tài)，一旦其上通過(guò)脈沖電壓，它會(huì)立即將脈沖電壓限制到一定的幅值，突然呈現(xiàn)為低阻抗?fàn)顟B(tài)。氧化鋅壓敏電阻與氣體放電管相比較，其最大的優(yōu)點(diǎn)就是，當(dāng)它吸收脈沖電壓時(shí)，殘壓會(huì)比工作電壓高，這種優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為不會(huì)造成電源線(xiàn)路突然短路，從而也就不會(huì)有續(xù)流的問(wèn)題產(chǎn)生。對(duì)于另一種元器件氣體放電管來(lái)說(shuō)，它的擊穿電壓對(duì)脈沖電壓的上升速率十分敏感，當(dāng)脈沖電壓的上升速率越快，氣體放電管的點(diǎn)火電壓就會(huì)越高，其響應(yīng)時(shí)間就會(huì)越快。

如果在制作電涌保護(hù)器的時(shí)候，能正確地選擇質(zhì)量?jī)?yōu)良的壓敏電阻或者氣體放電管，并針對(duì)它們各自的特點(diǎn)生產(chǎn)不同組合的電涌保護(hù)器，其整體的雷電防護(hù)能力將會(huì)更好。即使是同一種規(guī)格的壓敏電阻，不同的廠家，由于生產(chǎn)工藝、原材料、制造方法的不同，也會(huì)表現(xiàn)出極大的差異性，這樣生產(chǎn)出來(lái)的電涌保護(hù)器，質(zhì)量方面也會(huì)有很大的差別。

對(duì)于氣體放電管來(lái)說(shuō)，雖然其具有很強(qiáng)的耐壓耐沖擊能力，但它在放電時(shí)殘壓極低，導(dǎo)致其處于近乎短路的狀態(tài)，因此，電涌保護(hù)器中的氣體放電管一般是不能單獨(dú)使用的。評(píng)價(jià)氣體放電管的耐流能力是否優(yōu)良，主要考慮的因素是管徑，其管徑越大，耐流能力就越好。同時(shí)，氣體放電管也存在一個(gè)不容忽視的的質(zhì)量問(wèn)題，主要表現(xiàn)為慢性漏氣，另一方面，氣體放電管的光敏效應(yīng)和離散性也較大因此，制作電涌護(hù)器時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇名牌氣體放電管的產(chǎn)品，且氣體放電管的管徑最好選擇≥Ф8mm以上。

4.結(jié)論

電涌保護(hù)器在電子信息系統(tǒng)的雷擊電磁脈沖防護(hù)中起到的作用是極其重要的，同時(shí)，其元器件的選擇，又關(guān)系到電涌保護(hù)器的是否能夠真正對(duì)電子設(shè)備起到雷擊防護(hù)作用。所以，必須慎重選擇電子信息系統(tǒng)中的電涌保護(hù)器，這樣才能起到可靠的雷擊電磁脈沖防護(hù)作用。