浪涌保護器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

邱銀瑞

（1.秦皇島玻璃工業(yè)研究設(shè)計院有限公司 秦皇島 066001；2.河北省玻璃節(jié)能減排技術(shù)創(chuàng)新中心 秦皇島 066001；3.河北省企業(yè)技術(shù)中心 秦皇島 066001）

0 引言

電力系統(tǒng)作為現(xiàn)代社會的神經(jīng)系統(tǒng)，為各行業(yè)的正常運行提供了不可或缺的能源支持。然而，隨著電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用和電力系統(tǒng)的不斷升級，電力系統(tǒng)面臨著日益嚴(yán)重的浪涌問題。作為一種突發(fā)性的電壓或電流波動，浪涌可能由雷電、電源切換等多種因素引起，對電子設(shè)備造成嚴(yán)重危害。

浪涌對電子設(shè)備的威脅不僅表現(xiàn)為設(shè)備的直接損壞，更包括潛在的長期影響，如降低設(shè)備的可靠性和縮短設(shè)備的使用壽命。為了保護電子設(shè)備免受浪涌的侵害，浪涌保護器成為電力系統(tǒng)中至關(guān)重要的組成部分。浪涌保護器通過其獨特的工作原理，能夠在瞬間響應(yīng)電壓或電流的異常變化，將過大的電能迅速引流至地，達到保護電子設(shè)備安全運行的目的。

1 浪涌產(chǎn)生的原因與危害

1.1 產(chǎn)生原因

浪涌是電力系統(tǒng)中一種瞬時的電壓或電流波動，常常由于外部環(huán)境變化或電力系統(tǒng)內(nèi)部運行狀態(tài)發(fā)生變化而引起，具體影響因素有雷電、電源切換、電感電容器開關(guān)操作、電力設(shè)備故障、電力系統(tǒng)負荷變化等，這種瞬間的能量釋放可能對電子設(shè)備造成嚴(yán)重的危害。

1.2 危害

（1）設(shè)備損壞：浪涌對電子設(shè)備的最直接危害是可能導(dǎo)致設(shè)備損壞。電子元件往往無法承受突如其來的高電壓或電流，因此在浪涌的作用下，設(shè)備的關(guān)鍵部件可能受損，甚至徹底失效。

（2）降低設(shè)備可靠性：即使浪涌沒有直接導(dǎo)致設(shè)備損壞，它也可能導(dǎo)致設(shè)備的性能下降，從而降低設(shè)備的可靠性。這可能表現(xiàn)為設(shè)備的頻繁故障，縮短設(shè)備的壽命。

（3）數(shù)據(jù)丟失：對于涉及數(shù)據(jù)存儲和處理的設(shè)備，浪涌可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，從而影響生產(chǎn)的正常運轉(zhuǎn)。

（4）維修成本增加：設(shè)備受到浪涌影響后，維修成本可能顯著增加。修復(fù)或更換受損的部件可能需要耗費大量時間和資源。

（5）系統(tǒng)穩(wěn)定性降低：大規(guī)模浪涌的發(fā)生可能影響整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，甚至引發(fā)系統(tǒng)級故障。

2 浪涌保護器的工作原理與種類

為了有效應(yīng)對電力系統(tǒng)中的浪涌問題，人們研發(fā)了多種浪涌保護器，其種類和工作原理各具特色，旨在迅速響應(yīng)電壓或電流的異常波動，保護電子設(shè)備免受浪涌的危害。

2.1 工作原理

浪涌保護器通過使用元件如金屬氧化物壓敏電阻（MOV）或氣體放電管（GDT）等，來檢測并響應(yīng)電路中的過電壓。這些元件在正常電壓下是絕緣的，但當(dāng)電路中有過高電壓時，它們會變?yōu)閷?dǎo)體，將過電壓引導(dǎo)到地或其他路徑上，從而將過電壓分散或短路，防止它傳遞到受保護的設(shè)備。浪涌保護器通常還包括一種用于短時間內(nèi)削減過電壓的耗能元件，如瞬時電流限制器。這種元件可以吸收并分散過電壓的能量，防止其直接傳遞到受保護設(shè)備，從而降低潛在的損壞。因為其工作原理不是一次性的，浪涌保護器設(shè)計成可以多次響應(yīng)浪涌事件。當(dāng)浪涌保護器發(fā)生響應(yīng)后，如果電壓或電流回到正常水平，它將重新恢復(fù)到工作狀態(tài)。這種多次響應(yīng)的能力使得浪涌保護器能夠在一定程度上持續(xù)保護設(shè)備免受潛在的電氣浪涌損害。綜合這些工作原理，浪涌保護器通過監(jiān)測、引導(dǎo)和分散電路中的過電壓，以及通過吸收和削減浪涌能量，為電氣和電子設(shè)備提供了有效的保護機制，確保其在電力系統(tǒng)中能夠正常工作而不受到過電壓的威脅。

2.2 種類

浪涌保護器的種類多樣，常見的包括避雷器、瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）、電磁感應(yīng)型浪涌抑制器等。

（1）避雷器是一種主要用于防止雷電引起的過電壓的浪涌保護器。避雷器通過在電路中引入電阻變化較大的元件，如氣體放電管或壓敏電阻，以迅速導(dǎo)通過電壓，將過電壓分流到大地，保護設(shè)備免受雷電沖擊。避雷器主要應(yīng)用于電力系統(tǒng)的高壓側(cè)、低壓側(cè)以及各類電信、計算機和儀器儀表系統(tǒng)。

（2）瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）是一種能夠迅速響應(yīng)瞬態(tài)過電壓的浪涌保護器。它采用硅二極管、二極管陣列、金屬氧化物層壓敏電阻等元件，能夠在納秒級別迅速導(dǎo)通，將過電壓引導(dǎo)到地，有效保護敏感電子器件。TVS常被廣泛用于電子電路、通信系統(tǒng)、計算機設(shè)備等領(lǐng)域，防護范圍涵蓋了多種電子元器件。

（3）電磁感應(yīng)型浪涌抑制器采用電感元件，通過感應(yīng)作用來吸收電路中的浪涌能量。這類浪涌保護器常使用線圈或變壓器等電感元件，通過感應(yīng)和儲存電能，阻礙過電壓的傳播。電磁感應(yīng)型浪涌抑制器通常用于電力系統(tǒng)中，特別是在電源電路和電機驅(qū)動系統(tǒng)等方面，以提供更穩(wěn)定的電力供應(yīng)和延長設(shè)備壽命。這些浪涌保護器種類的選擇取決于具體應(yīng)用場景、電氣系統(tǒng)的特點以及所需的保護水平。

3 浪涌保護器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 在電力輸配電過程中的應(yīng)用

在電力輸配電過程中，電力系統(tǒng)常面臨雷電等外部因素的影響，可能引發(fā)浪涌。為了應(yīng)對這種情況，避雷器作為一種常見的浪涌保護器被廣泛應(yīng)用于輸電線路和配電設(shè)備上。避雷器能夠迅速引導(dǎo)雷電的電流流入地，阻止其通過電力系統(tǒng)傳導(dǎo)，從而有效防止雷擊引起的浪涌對設(shè)備造成的損害。

3.2 在電子設(shè)備的電源輸入端的應(yīng)用

在各類電子設(shè)備的電源輸入端，通常配置有過壓保護器和浪涌抑制器。過壓保護器能夠迅速響應(yīng)電壓的異常增加，將過電壓引流至地，防止設(shè)備受到電壓過高的威脅。同時，浪涌抑制器通過吸收浪涌能量，限制電流或電壓的上升速率，保護設(shè)備的穩(wěn)定運行。

3.3 在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

在通信系統(tǒng)中，穩(wěn)定的電力供應(yīng)對設(shè)備的正常運行至關(guān)重要。由于通信設(shè)備對電力質(zhì)量要求較高，浪涌保護器在這些系統(tǒng)中起到了關(guān)鍵的作用。通信線路上通常安裝有浪涌抑制器，以防止由于雷電、電源切換等原因引起的浪涌干擾，確保通信信號的可靠傳輸。

3.4 在高要求電力質(zhì)量領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用

在一些對電力質(zhì)量要求極高的領(lǐng)域，如醫(yī)療設(shè)備、科研實驗室等，浪涌保護器的應(yīng)用尤為重要。這些領(lǐng)域的設(shè)備對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和純凈性要求極高，因此需要采用多種浪涌保護器，以確保電力系統(tǒng)的可靠性和設(shè)備的正常運行。

4 浪涌保護器在玻璃工廠中的應(yīng)用

浪涌保護器在玻璃工廠中被廣泛應(yīng)用，主要是為了使電氣和電子設(shè)備免受電力系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的浪涌電壓的損害。玻璃工廠的生產(chǎn)過程通常涉及大量的電氣設(shè)備，包括玻璃熔化爐、成形機械、自動化控制系統(tǒng)等。這些設(shè)備對電力系統(tǒng)中的浪涌電壓非常敏感，因此在電力系統(tǒng)中引入浪涌保護器可以有效防止由于雷電、電力波動等原因引起的浪涌電壓損害。玻璃工廠也需要大量的電力來維持生產(chǎn)線的運行，浪涌保護器可以有效地抑制電源浪涌，保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性和可靠性。

浪涌保護器對玻璃工廠電子控制系統(tǒng)、傳感器和通訊設(shè)備之間的信號傳輸?shù)汝P(guān)鍵設(shè)備的保護也是至關(guān)重要，這些設(shè)備對于電力系統(tǒng)中的突發(fā)浪涌更為脆弱。浪涌可能引起磁場的變化，從而產(chǎn)生電磁輻射，干擾周圍的信號傳輸。在高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)让舾袘?yīng)用中，這種干擾可能導(dǎo)致錯誤的數(shù)據(jù)傳輸或者數(shù)據(jù)丟失。浪涌的瞬態(tài)電壓和電流也可能會導(dǎo)致關(guān)鍵組件的失效，影響整個控制系統(tǒng)的性能。因此浪涌保護器的引入可以通過限制浪涌的幅值，保障信號的穩(wěn)定性和可靠性，防止控制系統(tǒng)崩潰或者停機。

玻璃廠通常也會受到雷電的影響，特別是多雨的南方地區(qū)。浪涌保護器可以有效地吸收雷電產(chǎn)生的浪涌，保護玻璃廠內(nèi)的電器設(shè)備和人員安全。

浪涌保護器在玻璃工廠中的應(yīng)用有助于保護關(guān)鍵電氣和電子設(shè)備免受突發(fā)浪涌電壓的危害，確保生產(chǎn)設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。通過有效地防止浪涌電壓對設(shè)備造成損害，使玻璃工廠提高生產(chǎn)效率、減少維護成本，并延長設(shè)備的使用壽命。

5 結(jié)語

通過對浪涌的產(chǎn)生原因、對電子設(shè)備的危害以及浪涌保護器的種類與工作原理的全面分析，強調(diào)了浪涌保護器在電力系統(tǒng)中的不可或缺性。通過合理配置和使用浪涌保護器，可以有效降低電子設(shè)備受到浪涌影響的風(fēng)險，保障電力系統(tǒng)的安全運行，延長設(shè)備的壽命，為生活生產(chǎn)提供可靠的電力支持。未來，隨著科技的不斷發(fā)展，浪涌保護技術(shù)的進步將為電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性帶來新的可能性，使其更加適應(yīng)復(fù)雜多變的電力環(huán)境。