电涌的来源、危害及保护措施|数|模电子 - 逆天PCB论坛

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提示：会员销售的附件,下载积分 = 版块积分 + 销售积分只看楼主倒序阅读使用道具 0楼发表于: 2018-01-10

根据统计，在美国：由于电涌给各行业造成的停产、时间的损失、设备维修、过早地更换设备等直接损失每年高达260亿美金，在中国，据有关统计，在保修期内出现问题的电气产品中，有63%是由于电涌产生的。因此电气产品少不了PCB设计，因此在设计中了解电涌并有效的规避电涌的发生显得尤为重要。

　　什么是电涌？
　　电涌被称为瞬态过电，是电路中出现的一种短暂的电流、电压波动，在电路中通常持续约百万分之一秒。220 伏电路系统中持续瞬间（百万分之一秒）的 5,000或10,000伏的电压波动，即为电涌或瞬态过电。
　　电涌的来源？
　　电涌可来自电气装置外部，也可来自电气装置内部，即来自电气装置内的电器设备。
　　来自外部的电涌这种电涌由雷电或公用电网开关的投切引起，这两类有害的电源扰动都可扰乱计算机和微机信息处理系统的工作，引起停工或永久性设备损坏。
　　1.来自外部的电涌：
　　外部的电涌最主要的来源是雷电。当云层中有电荷集蓄，云层下的地表集蓄了极性相反的等量电荷时，便发生了雷电放电，云层和地面间的电荷电位高达若干百万伏，发生雷击时，以若干千安计的电流通过雷击放电，经过所有的设备和大地返回云层，从而完成了电的通路。不幸的是，通路常常是取道重要或贵重的设备。如果雷电击中了附近的电力线，部分电流将沿线进入建筑物，这股巨大的电流就会直接扰乱或破坏计算机和其它敏感的电气设备，其速度之快，全程只需百万分之一秒。
　　外部电涌的另一个来源是电力公司的公用电网开关在电力线上产生的过电压。
　　2.来自内部的电涌：来自内部的电涌是经常发生的，88％的电涌产生于建筑物内部的设备，如：空调、电梯、电焊机、空气压缩机、水泵、开关电源、复印机和其它感应性负荷。
　　电涌对计算机和其它敏感电气设备具有一定的危害。计算机技术发展至今，多层、超规模的集层芯片，电路密集，趋向是集成度更高、元器件间隙更小、导线更细。几年前，一平方厘米的计算机芯片有 2,000个晶体管而现在的奔腾机则超过10,000,000个。从而增加了计算机受电涌损坏的概率。
　　由于计算机的设计和结构决定了它应在特定的电压范围内工作。当电涌超出计算机能承受的水平时，计算机将出现数据乱码，芯片被损坏，部件提前老化，这些症状包括：出乎预料的数据错误，接收/输送数据的失败，丢失文档，工作失常，经常需要维修，原因不明的故障和硬件问题等等。
　　雷电电涌远远超出了计算机和其它电气设备所能承受的水平，绝大多数情况下，造成计算机和其它电器设备的当即毁坏，或数据的永远丢失。即使是一个20马力的小型感应式发动机的启动或关闭也会产生3,000——5,000伏的电涌，使和它共用同一配电箱的计算机在每一次电涌中都会受到损坏或干扰，这种电涌的次数非常频繁。
　　电涌现象有哪几种？
　　电涌从现象上看有以下五种：
　　1、飞弧：在被损的部件上留下明显的电弧痕迹；
　　2、电晕：在绝缘体表面上，有明显的电蚀痕迹，被蚀部位绝缘下降；
　　3、控制电路的IC等元件损坏；
　　4、一般电子设备、家用电器的整流元件、稳压元件损坏；
　　5、接地故障造成设备带电（单相接地）：造成设备相间短路（电机相间短路）。
　　电涌的危害有哪些？
　　主要分成两种：灾难性的危害和积累性的危害。
　　灾难性危害：一个电涌电压超过设备的承受能力，则这个设备完全被破坏或寿命大大降低。
　　电机通常的绝缘电压为正常工作电压的 2 倍加 1000V 左右，故 220V 电机的绝缘电压一般为 1500V。电涌不断地冲击电机的绝缘层，导致绝缘层被击穿。
　　积累性危害：多个小电涌累积效应造成半导体器件性能的衰退、设备发故障和寿命的缩短，最后导致停产或是生产力的下降。
　　电涌会损坏含有微处理器的电气设备极易受到电涌的损坏，包括计算机和计算机的辅助设备、程序控制器、PLC、传真机、电话、留言机等；程控交换机、广播电视发送机、微波中继设备；家电行业的产品包括电视、音响、微波炉、录像机、洗衣机、烘干机和电冰箱等。
　　怎么做到电涌保护？
　　电涌保护要分级实施，最终达到对配电系统和电子设备完善保护的目的。分级实施电涌防护的第一步是对电涌环境进行分类。
　　电涌环境的分类是依据电涌的强度和频度。国际上一般将电涌环境分为三类
　　（1）C类：指户外以及进线的总开关处，这些部位容易出现较强的雷电电涌，具体位置包括：电表与配电盘之间的连线，建筑物之间的架空线，连接到井下的地下电缆;
　　（2）B类：指与C类环境之间连线较短的位置，以及大型建筑物中的照明系统，这些位置的电涌既可以由雷电产生，也可以由内部电气开关产生，由雷电产生的电涌经过配电线衰减，已经比C类环境中的电涌衰减了一些;
　　（3）A类：指房间内的电源插座和较长配电线的终端;较长的含义是离开B级规定的位置10米以上的电源插座，或者离开C级规定的位置20米以上的电源插座，这些位置的电涌主要是内部电气开关产生的电涌电压。