浪涌保护器在电力系统中的应用

邱银瑞

（1.秦皇岛玻璃工业研究设计院有限公司 秦皇岛 066001；2.河北省玻璃节能减排技术创新中心 秦皇岛 066001；3.河北省企业技术中心 秦皇岛 066001）

0 引言

电力系统作为现代社会的神经系统，为各行业的正常运行提供了不可或缺的能源支持。然而，随着电子设备的广泛应用和电力系统的不断升级，电力系统面临着日益严重的浪涌问题。作为一种突发性的电压或电流波动，浪涌可能由雷电、电源切换等多种因素引起，对电子设备造成严重危害。

浪涌对电子设备的威胁不仅表现为设备的直接损坏，更包括潜在的长期影响，如降低设备的可靠性和缩短设备的使用寿命。为了保护电子设备免受浪涌的侵害，浪涌保护器成为电力系统中至关重要的组成部分。浪涌保护器通过其独特的工作原理，能够在瞬间响应电压或电流的异常变化，将过大的电能迅速引流至地，达到保护电子设备安全运行的目的。

1 浪涌产生的原因与危害

1.1 产生原因

浪涌是电力系统中一种瞬时的电压或电流波动，常常由于外部环境变化或电力系统内部运行状态发生变化而引起，具体影响因素有雷电、电源切换、电感电容器开关操作、电力设备故障、电力系统负荷变化等，这种瞬间的能量释放可能对电子设备造成严重的危害。

1.2 危害

（1）设备损坏：浪涌对电子设备的最直接危害是可能导致设备损坏。电子元件往往无法承受突如其来的高电压或电流，因此在浪涌的作用下，设备的关键部件可能受损，甚至彻底失效。

（2）降低设备可靠性：即使浪涌没有直接导致设备损坏，它也可能导致设备的性能下降，从而降低设备的可靠性。这可能表现为设备的频繁故障，缩短设备的寿命。

（3）数据丢失：对于涉及数据存储和处理的设备，浪涌可能导致数据丢失，从而影响生产的正常运转。

（4）维修成本增加：设备受到浪涌影响后，维修成本可能显著增加。修复或更换受损的部件可能需要耗费大量时间和资源。

（5）系统稳定性降低：大规模浪涌的发生可能影响整个电力系统的稳定性，甚至引发系统级故障。

2 浪涌保护器的工作原理与种类

为了有效应对电力系统中的浪涌问题，人们研发了多种浪涌保护器，其种类和工作原理各具特色，旨在迅速响应电压或电流的异常波动，保护电子设备免受浪涌的危害。

2.1 工作原理

浪涌保护器通过使用元件如金属氧化物压敏电阻（MOV）或气体放电管（GDT）等，来检测并响应电路中的过电压。这些元件在正常电压下是绝缘的，但当电路中有过高电压时，它们会变为导体，将过电压引导到地或其他路径上，从而将过电压分散或短路，防止它传递到受保护的设备。浪涌保护器通常还包括一种用于短时间内削减过电压的耗能元件，如瞬时电流限制器。这种元件可以吸收并分散过电压的能量，防止其直接传递到受保护设备，从而降低潜在的损坏。因为其工作原理不是一次性的，浪涌保护器设计成可以多次响应浪涌事件。当浪涌保护器发生响应后，如果电压或电流回到正常水平，它将重新恢复到工作状态。这种多次响应的能力使得浪涌保护器能够在一定程度上持续保护设备免受潜在的电气浪涌损害。综合这些工作原理，浪涌保护器通过监测、引导和分散电路中的过电压，以及通过吸收和削减浪涌能量，为电气和电子设备提供了有效的保护机制，确保其在电力系统中能够正常工作而不受到过电压的威胁。

2.2 种类

浪涌保护器的种类多样，常见的包括避雷器、瞬态电压抑制器（TVS）、电磁感应型浪涌抑制器等。

（1）避雷器是一种主要用于防止雷电引起的过电压的浪涌保护器。避雷器通过在电路中引入电阻变化较大的元件，如气体放电管或压敏电阻，以迅速导通过电压，将过电压分流到大地，保护设备免受雷电冲击。避雷器主要应用于电力系统的高压侧、低压侧以及各类电信、计算机和仪器仪表系统。

（2）瞬态电压抑制器（TVS）是一种能够迅速响应瞬态过电压的浪涌保护器。它采用硅二极管、二极管阵列、金属氧化物层压敏电阻等元件，能够在纳秒级别迅速导通，将过电压引导到地，有效保护敏感电子器件。TVS常被广泛用于电子电路、通信系统、计算机设备等领域，防护范围涵盖了多种电子元器件。

（3）电磁感应型浪涌抑制器采用电感元件，通过感应作用来吸收电路中的浪涌能量。这类浪涌保护器常使用线圈或变压器等电感元件，通过感应和储存电能，阻碍过电压的传播。电磁感应型浪涌抑制器通常用于电力系统中，特别是在电源电路和电机驱动系统等方面，以提供更稳定的电力供应和延长设备寿命。这些浪涌保护器种类的选择取决于具体应用场景、电气系统的特点以及所需的保护水平。

3 浪涌保护器在电力系统中的应用

3.1 在电力输配电过程中的应用

在电力输配电过程中，电力系统常面临雷电等外部因素的影响，可能引发浪涌。为了应对这种情况，避雷器作为一种常见的浪涌保护器被广泛应用于输电线路和配电设备上。避雷器能够迅速引导雷电的电流流入地，阻止其通过电力系统传导，从而有效防止雷击引起的浪涌对设备造成的损害。

3.2 在电子设备的电源输入端的应用

在各类电子设备的电源输入端，通常配置有过压保护器和浪涌抑制器。过压保护器能够迅速响应电压的异常增加，将过电压引流至地，防止设备受到电压过高的威胁。同时，浪涌抑制器通过吸收浪涌能量，限制电流或电压的上升速率，保护设备的稳定运行。

3.3 在通信系统中的应用

在通信系统中，稳定的电力供应对设备的正常运行至关重要。由于通信设备对电力质量要求较高，浪涌保护器在这些系统中起到了关键的作用。通信线路上通常安装有浪涌抑制器，以防止由于雷电、电源切换等原因引起的浪涌干扰，确保通信信号的可靠传输。

3.4 在高要求电力质量领域的广泛应用

在一些对电力质量要求极高的领域，如医疗设备、科研实验室等，浪涌保护器的应用尤为重要。这些领域的设备对电力系统的稳定性和纯净性要求极高，因此需要采用多种浪涌保护器，以确保电力系统的可靠性和设备的正常运行。

4 浪涌保护器在玻璃工厂中的应用

浪涌保护器在玻璃工厂中被广泛应用，主要是为了使电气和电子设备免受电力系统中可能出现的浪涌电压的损害。玻璃工厂的生产过程通常涉及大量的电气设备，包括玻璃熔化炉、成形机械、自动化控制系统等。这些设备对电力系统中的浪涌电压非常敏感，因此在电力系统中引入浪涌保护器可以有效防止由于雷电、电力波动等原因引起的浪涌电压损害。玻璃工厂也需要大量的电力来维持生产线的运行，浪涌保护器可以有效地抑制电源浪涌，保证生产的稳定性和可靠性。

浪涌保护器对玻璃工厂电子控制系统、传感器和通讯设备之间的信号传输等关键设备的保护也是至关重要，这些设备对于电力系统中的突发浪涌更为脆弱。浪涌可能引起磁场的变化，从而产生电磁辐射，干扰周围的信号传输。在高速数据传输等敏感应用中，这种干扰可能导致错误的数据传输或者数据丢失。浪涌的瞬态电压和电流也可能会导致关键组件的失效，影响整个控制系统的性能。因此浪涌保护器的引入可以通过限制浪涌的幅值，保障信号的稳定性和可靠性，防止控制系统崩溃或者停机。

玻璃厂通常也会受到雷电的影响，特别是多雨的南方地区。浪涌保护器可以有效地吸收雷电产生的浪涌，保护玻璃厂内的电器设备和人员安全。

浪涌保护器在玻璃工厂中的应用有助于保护关键电气和电子设备免受突发浪涌电压的危害，确保生产设备的可靠性和稳定性。通过有效地防止浪涌电压对设备造成损害，使玻璃工厂提高生产效率、减少维护成本，并延长设备的使用寿命。

5 结语

通过对浪涌的产生原因、对电子设备的危害以及浪涌保护器的种类与工作原理的全面分析，强调了浪涌保护器在电力系统中的不可或缺性。通过合理配置和使用浪涌保护器，可以有效降低电子设备受到浪涌影响的风险，保障电力系统的安全运行，延长设备的寿命，为生活生产提供可靠的电力支持。未来，随着科技的不断发展，浪涌保护技术的进步将为电力系统的安全性和稳定性带来新的可能性，使其更加适应复杂多变的电力环境。