浪涌保護器在電力系統中的應用

邱銀瑞

（1.秦皇島玻璃工業研究設計院有限公司 秦皇島 066001；2.河北省玻璃節能減排技術創新中心 秦皇島 066001；3.河北省企業技術中心 秦皇島 066001）

0 引言

電力系統作為現代社會的神經系統，為各行業的正常運行提供了不可或缺的能源支持。然而，隨著電子設備的廣泛應用和電力系統的不斷升級，電力系統面臨著日益嚴重的浪涌問題。作為一種突發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，對電子設備造成嚴重危害。

浪涌對電子設備的威脅不僅表現為設備的直接損壞，更包括潛在的長期影響，如降低設備的可靠性和縮短設備的使用壽命。為了保護電子設備免受浪涌的侵害，浪涌保護器成為電力系統中至關重要的組成部分。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，達到保護電子設備安全運行的目的。

1 浪涌產生的原因與危害

1.1 產生原因

浪涌是電力系統中一種瞬時的電壓或電流波動，常常由于外部環境變化或電力系統內部運行狀態發生變化而引起，具體影響因素有雷電、電源切換、電感電容器開關操作、電力設備故障、電力系統負荷變化等，這種瞬間的能量釋放可能對電子設備造成嚴重的危害。

1.2 危害

（1）設備損壞：浪涌對電子設備的最直接危害是可能導致設備損壞。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，設備的關鍵部件可能受損，甚至徹底失效。

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

（3）數據丟失：對于涉及數據存儲和處理的設備，浪涌可能導致數據丟失，從而影響生產的正常運轉。

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

（5）系統穩定性降低：大規模浪涌的發生可能影響整個電力系統的穩定性，甚至引發系統級故障。

2 浪涌保護器的工作原理與種類

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

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，來檢測并響應電路中的過電壓。這些元件在正常電壓下是絕緣的，但當電路中有過高電壓時，它們會變為導體，將過電壓引導到地或其他路徑上，從而將過電壓分散或短路，防止它傳遞到受保護的設備。浪涌保護器通常還包括一種用于短時間內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，浪涌保護器設計成可以多次響應浪涌事件。當浪涌保護器發生響應后，如果電壓或電流回到正常水平，它將重新恢復到工作狀態。這種多次響應的能力使得浪涌保護器能夠在一定程度上持續保護設備免受潛在的電氣浪涌損害。綜合這些工作原理，浪涌保護器通過監測、引導和分散電路中的過電壓，以及通過吸收和削減浪涌能量，為電氣和電子設備提供了有效的保護機制，確保其在電力系統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、瞬態電壓抑制器（TVS）、電磁感應型浪涌抑制器等。

（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，以迅速導通過電壓，將過電壓分流到大地，保護設備免受雷電沖擊。避雷器主要應用于電力系統的高壓側、低壓側以及各類電信、計算機和儀器儀表系統。

（2）瞬態電壓抑制器（TVS）是一種能夠迅速響應瞬態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通，將過電壓引導到地，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、計算機設備等領域，防護范圍涵蓋了多種電子元器件。

（3）電磁感應型浪涌抑制器采用電感元件，通過感應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，通過感應和儲存電能，阻礙過電壓的傳播。電磁感應型浪涌抑制器通常用于電力系統中，特別是在電源電路和電機驅動系統等方面，以提供更穩定的電力供應和延長設備壽命。這些浪涌保護器種類的選擇取決于具體應用場景、電氣系統的特點以及所需的保護水平。

3 浪涌保護器在電力系統中的應用

3.1 在電力輸配電過程中的應用

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

3.2 在電子設備的電源輸入端的應用

在各類電子設備的電源輸入端，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電壓的異常增加，將過電壓引流至地，防止設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，保護設備的穩定運行。

3.3 在通信系統中的應用

在通信系統中，穩定的電力供應對設備的正常運行至關重要。由于通信設備對電力質量要求較高，浪涌保護器在這些系統中起到了關鍵的作用。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 在高要求電力質量領域的廣泛應用

在一些對電力質量要求極高的領域，如醫療設備、科研實驗室等，浪涌保護器的應用尤為重要。這些領域的設備對電力系統的穩定性和純凈性要求極高，因此需要采用多種浪涌保護器，以確保電力系統的可靠性和設備的正常運行。

4 浪涌保護器在玻璃工廠中的應用

浪涌保護器在玻璃工廠中被廣泛應用，主要是為了使電氣和電子設備免受電力系統中可能出現的浪涌電壓的損害。玻璃工廠的生產過程通常涉及大量的電氣設備，包括玻璃熔化爐、成形機械、自動化控制系統等。這些設備對電力系統中的浪涌電壓非常敏感，因此在電力系統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線的運行，浪涌保護器可以有效地抑制電源浪涌，保證生產的穩定性和可靠性。

浪涌保護器對玻璃工廠電子控制系統、傳感器和通訊設備之間的信號傳輸等關鍵設備的保護也是至關重要，這些設備對于電力系統中的突發浪涌更為脆弱。浪涌可能引起磁場的變化，從而產生電磁輻射，干擾周圍的信號傳輸。在高速數據傳輸等敏感應用中，這種干擾可能導致錯誤的數據傳輸或者數據丟失。浪涌的瞬態電壓和電流也可能會導致關鍵組件的失效，影響整個控制系統的性能。因此浪涌保護器的引入可以通過限制浪涌的幅值，保障信號的穩定性和可靠性，防止控制系統崩潰或者停機。

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

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

5 結語

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