浪涌抑制与电磁兼容

浪涌是低压电源线中最频繁发生的过电压和电流波动现象。研究电源线中的浪涌时不仅要分析它的电压幅值高低,还要分析它的电流和能量。电源线中浪涌抑制需要从过电压保护和电磁兼容两方面考虑。作者通过计算标准测试浪涌的波形和频谱,指出浪涌危害的主要原因和保护低压电源线与其上电子设备电磁兼容性的措施。最后计算了在交流电源中用氧化锌压敏电阻对浪涌进行限幅和泻流

第28卷 第5期 2004年3月电 网 技 术Power System TechnologyVol. 28 No. 5

Mar. 2004

文章编号：1000-3673（2004）05-0069-04 中图分类号：TP802.6；TM863；TM864 文献标识码：A

浪涌抑制与电磁兼容

莫付江，阮江军，陈允平

（武汉大学电气工程学院，湖北省 武汉市 430072）

SURGE SUPPRESSION AND ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY

MO Fu-jiang，RUAN Jiang-jun，CHEN Yun-ping

（School of Electrical Engineering，Wuhan University，Wuhan 430072，Hubei Province, China）

ABSTRACT: Surges are the over-voltage and over-currentphenomena that occur commonly in low-voltage AC power line.To research the surges in AC power line, the voltage amplitudeof surge should be analyzed and the current and energy shouldbe also analyzed. In the suppression of surges in low voltagepower lines the over-voltage protection measures and theelectromagnetic capability (EMC) of the electronic devicesshould be considered. Through the calculation of thewaveforms and the baud chart of standard test surges, the mainreason of the damage in low voltage power line caused bysurges is pointed out, the measure for both secure operation ofthe low voltage power line and the EMC of the electronicdevices connected to the power lines are given. Finally, apractical calculation example of clamping the voltage of lowvoltage power line under the surge and effusion surge currentby metal oxide varistor is given.

KEY WORDS: Surge suppression；Over-voltage；Electromagneticcompatibility（EMC）

摘要：浪涌是低压电源线中最频繁发生的过电压和电流波动现象。研究电源线中的浪涌时不仅要分析它的电压幅值高低，还要分析它的电流和能量。电源线中浪涌抑制需要从过电压保护和电磁兼容两方面考虑。作者通过计算标准测试浪涌的波形和频谱，指出浪涌危害的主要原因和保护低压电源线与其上电子设备电磁兼容性的措施。最后计算了在交流电源中用氧化锌压敏电阻对浪涌进行限幅和泻流的一个实例。

关键词：浪涌抑制；过电压；电磁兼容

定运行提供了坚实的理论基础，但是所有这些研究都是基于满足防雷要求和绝缘配合的目的，有针对性地研究电力系统中的电磁暂态对接入其中的电气设备的干扰和影响及其防护技术也是电力系统电磁兼容研究的重要内容，而不仅仅是电气设备或电子设备生产厂家要解决的问题。现在控制设备微电子化、多功能、小型化的趋势使得这一问题更为突出，因此研究如何设计和实施低压电源线电涌防护成为电子设备防雷的关键环节。而进行此方面研究的前提是对电涌特性有深入系统的了解，并从电磁兼容角度找出对其进行防护的有效措施[1-3]。

本文首先根据国际和国内标准对标准电涌波形进行理论分析和描述，并在傅立叶变换的基础上，建立了各种电涌波形的频谱图。通过分析电涌波形的能量频谱分布，使得电磁干扰的防护更具有针对性。

2 浪涌

2.1 概述

浪涌也被称为瞬态过电压，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10 6s。220V电路系统中持续瞬间（10 6s数量级）的5000~10000V的电压波动，即为浪涌或瞬态过电压。持续时间极短而幅值极大的电流波动，为瞬态电流冲击。开关操作和雷击浪涌会在配电线路中引起瞬态过电压（流）。为了便于叙述，同时为了与电力系统过电压相区别，将低压电源线中的这些瞬态过电压和电流波动统称浪涌，相应的保护器件称为浪涌抑制器。2.2 浪涌的来源

对于低压系统来说浪涌来自两个方面，即外

1 引言

国内外电力科研工作者已对雷击、开关操作、短路故障等产生的电磁暂态现象进行了长期和系统的研究，对这些电磁暂态干扰向低压及二次系统的传输耦合机理也有深入细致的分析，并且已形成较为系统的理论，为电力系统的可靠稳

浪涌是低压电源线中最频繁发生的过电压和电流波动现象。研究电源线中的浪涌时不仅要分析它的电压幅值高低,还要分析它的电流和能量。电源线中浪涌抑制需要从过电压保护和电磁兼容两方面考虑。作者通过计算标准测试浪涌的波形和频谱,指出浪涌危害的主要原因和保护低压电源线与其上电子设备电磁兼容性的措施。最后计算了在交流电源中用氧化锌压敏电阻对浪涌进行限幅和泻流

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部浪涌和内部浪涌。

外部的浪涌最主要的来源是雷电，它可以是通过电源线传导的，也可能是在电源线上感应而产生的；外部浪涌的另一个来源是公用电网开关操作在电力线上产生的过电压。应该注意，这一部分在电力系统过电压保护中属于内部过电压，但是对于低压系统尤其是入户电源线以下的用电设备来讲，这部分是沿电源线从外部传入的，因此称为外部浪涌。

内部浪涌是指入户配电盘以下的用电设备产生的浪涌。电能质量工作者以及电磁兼容研究者发现，低压电源线上88％的浪涌产生于建筑物内部的设备，诸如来自空调机、空气压缩机、电弧焊机、电泵、电梯、开关电源和其它一些感性负荷的浪涌[2-5]。2.3 浪涌的描述

为了测试设备和系统对于雷击及其它浪涌的敏感性，科研工作者在对雷击及其它浪涌进行观察分析的基础上，制定了一系列的标准。在标准中对各种浪涌的波形、幅值等指标做了明确规定（如图1所示）。用于仿真雷击、静电放电和快速瞬态的测试波形，都描述为双指数函数[6]。

根据IEC标准，对于8/20µs 的雷电电压、电流联合波形，其函数表示为

I(t)=kI3pte

t

τ1

(1)

式中 I(t)表示电流；Ip为电流峰值；t为时间。

对于1.2/50µs 波形，其函数描述为

V(t)=kVp(1 e

t

τ1

)e

t

τ2

(2)

式中 V(t)为雷电电压；Vp是电压峰值。

操作浪涌呈现得是衰减的振荡波，如对于IEC标准规定0.5µs，100kHz振荡波和5kHz振荡波，它们一般用下式代表

t

V(t)=kVp(1 e

1

)e

t

2

cosωt (3)

式(1)~(3)中描述的不同形状的标准浪涌的补偿系数k、波前系数τ1和波长系数τ2在表1中给出。

表1 几种标准浪涌的波形系数

Tab. 1 Waveform coefficient of standard test surges

浪涌类型补偿系数k波前系数τ1波长系数τ21.2/50µs1.0370.4047µs68.22µs8/20µs0.012433.911µs—10/1000µs1.0193.827µs1404µs5/50ns1.2703.5ns55.6ns0.5µs, 100kHz

1.5900.538µs9.788µs5kHz

1.027

0.7356µs

280.4µs

I/kA108642

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