浪涌電壓危害之淺談

浪涌電壓是電網(wǎng)上突發(fā)的瞬間電壓變化，時(shí)間很短，一般在幾十微秒，幅度可以達到數千伏。浪涌電壓是現代電網(wǎng)上最常見(jiàn)的電能質(zhì)量問(wèn)題之一，對現代化的自動(dòng)控制設備和信息設備造成了嚴重的威脅。IBM公司研究了各種危害信息設備的因素，結果如圖1所示。

根據IBM公司的調查，數據系統的故障原因中，45.3%是由于電能質(zhì)量導致的，而其中浪涌電壓占到90%。因此，對于電子信息系統合自動(dòng)控制系統，解決了浪涌電壓防護的問(wèn)題，數據系統的可靠性就會(huì )大大提高。

浪涌電壓的產(chǎn)生原因有兩個(gè)，一個(gè)是雷電，另一個(gè)是電網(wǎng)上的大型負荷接通或斷開(kāi)(包括補償電容的投切)時(shí)產(chǎn)生的。其中，后者占到浪涌現象的80%以上，圖2是在某個(gè)工廠(chǎng)監測到的電壓波形，可見(jiàn)浪涌電壓出現的頻度很高。

過(guò)去，人們對浪涌電壓的危害局限在雷電導致絕緣損壞的范圍內，對于浪涌導致的系統誤動(dòng)作幾乎沒(méi)有概念。因為這種短暫的變化對傳統的電力負荷幾乎沒(méi)有任何影響。唯一的不良影響是，可能對負荷的電氣絕緣造成損傷。

現在，人們越來(lái)越關(guān)注浪涌電壓對制造系統、信息系統造成的影響。這主要是因為，現代工業(yè)的核心是自動(dòng)化，自動(dòng)化依靠計算機(常用就是PLC，這是一種通用的工業(yè)計算機)來(lái)控制。計算機對于浪涌電壓十分敏感。浪涌電壓是導致計算機誤動(dòng)作、數據丟失的主要原因。

浪涌電壓也會(huì )導致計算機軟損傷，軟損傷就是計算機受到浪涌電壓作用后，可靠性降低，壽命縮短。浪涌電壓導致現代化制造系統出現的故障主要包括：

middot;存儲器內數據丟失

middot;I/O接口電路復位，導致控制過(guò)程中斷

middot;線(xiàn)路板上的器件損壞

middot;預置的校準值漂移

middot;程序跑飛、系統死鎖

middot;變頻器、直流電機驅動(dòng)器等的輸入整流模塊故障

middot;控制器發(fā)出錯誤指令，導致系統誤動(dòng)作

浪涌電壓之所以會(huì )造成控制設備、信息設備的誤動(dòng)作甚至損壞，主要因為浪涌電壓會(huì )導致直流母線(xiàn)電壓升高。以變頻器為例，圖3(a)所示的是母線(xiàn)上的無(wú)功補償電容投切時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓，圖3(b)所示的是變頻器直流母線(xiàn)上出現的浪涌電壓，變頻器母線(xiàn)上的電壓變化，電壓超過(guò)了過(guò)壓報警線(xiàn)，變頻器會(huì )進(jìn)入過(guò)壓保護狀態(tài)。

類(lèi)似于電容投切浪涌這種內部電網(wǎng)上產(chǎn)生的浪涌電壓雖然十分頻繁，但是幅度較小，最大的危害是導致設備誤動(dòng)作，很少導致設備損壞。但是雷電導致的浪涌電壓，如圖3(c)所示，其幅度很高，可能會(huì )導致電子設備的硬件損壞。

浪涌防護是現代制造系統、信息系統中必須考慮的問(wèn)題。

需要注意的是，浪涌保護的標準也發(fā)生了巨大的變化。傳統的浪涌保護措施，只要保護電氣設備的絕緣不被浪涌電壓損壞即可。而現代浪涌保護措施，要確?？刂葡到y、信息系統在浪涌電壓的條件下，不會(huì )出現誤動(dòng)作。最近，發(fā)生在高鐵上的重大事故，據說(shuō)是因為天氣惡劣，導致信號系統出現誤動(dòng)作。這有可能是雷電導致的浪涌電壓使信號系統出現誤動(dòng)作。因此，在進(jìn)行現代化的自動(dòng)系統集成時(shí)，必須充分考慮浪涌電壓的防護。

能夠對自動(dòng)控制系統和信息系統提供可靠浪涌保護的設備叫做“正弦波跟蹤浪涌保護器”。使用這種設備，不僅能夠保護電氣設備的絕緣不被損壞，還能夠保證控制設備、信息設備的可靠工作。事實(shí)證明，在浪涌保護方面的投資會(huì )通過(guò)減少設備損壞、降低維護成本、延長(cháng)系統正常工作時(shí)間等途徑很快收回。從維護系統的安全可靠運行的角度，安裝浪涌保護器是十分必要的。