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(dá)到數(shù)千伏。浪涌電壓是現(xiàn)代電網(wǎng)上最常見的電能質(zhì)量問題之一，對(duì)現(xiàn)代化的自動(dòng)控制設(shè)備和信息設(shè)備造成了嚴(yán)重的威脅。IBM公司研究了各種危害信息設(shè)備的因素，結(jié)果如圖1所示。

根據(jù)IBM公司的調(diào)查，數(shù)據(jù)系統(tǒng)的故障原因中，45.3%是由于電能質(zhì)量導(dǎo)致的，而其中浪涌電壓占到90%。因此，對(duì)于電子信息系統(tǒng)合自動(dòng)控制系統(tǒng)，解決了浪涌電壓防護(hù)的問題，數(shù)據(jù)系統(tǒng)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(fù)荷接通或斷開(包括補(bǔ)償電容的投切)時(shí)產(chǎn)生的。其中，后者占到浪涌現(xiàn)象的80%以上，圖2是在某個(gè)工廠監(jiān)測(cè)到的電壓波形，可見浪涌電壓出現(xiàn)的頻度很高。

過去，人們對(duì)浪涌電壓的危害局限在雷電導(dǎo)致絕緣損壞的范圍內(nèi)，對(duì)于浪涌導(dǎo)致的系統(tǒng)誤動(dòng)作幾乎沒有概念。因?yàn)檫@種短暫的變化對(duì)傳統(tǒng)的電力負(fù)荷幾乎沒有任何影響。唯一的不良影響是，可能對(duì)負(fù)荷的電氣絕緣造成損傷。

現(xiàn)在，人們?cè)絹碓疥P(guān)注浪涌電壓對(duì)制造系統(tǒng)、信息系統(tǒng)造成的影響。這主要是因?yàn)椋F(xiàn)代工業(yè)的核心是自動(dòng)化，自動(dòng)化依靠計(jì)算機(jī)(常用就是PLC，這是一種通用的工業(yè)計(jì)算機(jī))來控制。計(jì)算機(jī)對(duì)于浪涌電壓十分敏感。浪涌電壓是導(dǎo)致計(jì)算機(jī)誤動(dòng)作、數(shù)據(jù)丟失的主要原因。

浪涌電壓也會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)軟損傷，軟損傷就是計(jì)算機(jī)受到浪涌電壓作用后，可靠性降低，壽命縮短。浪涌電壓導(dǎo)致現(xiàn)代化制造系統(tǒng)出現(xiàn)的故障主要包括：

middot;存儲(chǔ)器內(nèi)數(shù)據(jù)丟失

middot;I/O接口電路復(fù)位，導(dǎo)致控制過程中斷

middot;線路板上的器件損壞

middot;預(yù)置的校準(zhǔn)值漂移

middot;程序跑飛、系統(tǒng)死鎖

middot;變頻器、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等的輸入整流模塊故障

middot;控制器發(fā)出錯(cuò)誤指令，導(dǎo)致系統(tǒng)誤動(dòng)作

浪涌電壓之所以會(huì)造成控制設(shè)備、信息設(shè)備的誤動(dòng)作甚至損壞，主要因?yàn)槔擞侩妷簳?huì)導(dǎo)致直流母線電壓升高。以變頻器為例，圖3(a)所示的是母線上的無功補(bǔ)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上出現(xiàn)的浪涌電壓，變頻器母線上的電壓變化，電壓超過了過壓報(bào)警線，變頻器會(huì)進(jìn)入過壓保護(hù)狀態(tài)。

類似于電容投切浪涌這種內(nèi)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(dǎo)致設(shè)備誤動(dòng)作，很少導(dǎo)致設(shè)備損壞。但是雷電導(dǎo)致的浪涌電壓，如圖3(c)所示，其幅度很高，可能會(huì)導(dǎo)致電子設(shè)備的硬件損壞。

浪涌防護(hù)是現(xiàn)代制造系統(tǒng)、信息系統(tǒng)中必須考慮的問題。

需要注意的是，浪涌保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)也發(fā)生了巨大的變化。傳統(tǒng)的浪涌保護(hù)措施，只要保護(hù)電氣設(shè)備的絕緣不被浪涌電壓損壞即可。而現(xiàn)代浪涌保護(hù)措施，要確?？刂葡到y(tǒng)、信息系統(tǒng)在浪涌電壓的條件下，不會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作。最近，發(fā)生在高鐵上的重大事故，據(jù)說是因?yàn)樘鞖鈵毫樱瑢?dǎo)致信號(hào)系統(tǒng)出現(xiàn)誤動(dòng)作。這有可能是雷電導(dǎo)致的浪涌電壓使信號(hào)系統(tǒng)出現(xiàn)誤動(dòng)作。因此，在進(jìn)行現(xiàn)代化的自動(dòng)系統(tǒng)集成時(shí)，必須充分考慮浪涌電壓的防護(hù)。

能夠?qū)ψ詣?dòng)控制系統(tǒng)和信息系統(tǒng)提供可靠浪涌保護(hù)的設(shè)備叫做“正弦波跟蹤浪涌保護(hù)器”。使用這種設(shè)備，不僅能夠保護(hù)電氣設(shè)備的絕緣不被損壞，還能夠保證控制設(shè)備、信息設(shè)備的可靠工作。事實(shí)證明，在浪涌保護(hù)方面的投資會(huì)通過減少設(shè)備損壞、降低維護(hù)成本、延長(zhǎng)系統(tǒng)正常工作時(shí)間等途徑很快收回。從維護(hù)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行的角度，安裝浪涌保護(hù)器是十分必要的。