壓敏電阻范文

導語：如何才能寫好一篇壓敏電阻，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關鍵詞：　壓敏電阻；電路設計；過壓防護器件

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1671－7597（2012）1110142－02

壓敏電阻器（VDR），簡稱壓敏電阻，是一種電壓敏感元件，其特點是在該元件上的外加電壓增加到某一臨界值（壓敏電壓值）時，其阻值將急劇減小。壓敏電阻器的電阻體材料是半導體，所以它是半導體電阻器的一個品種?，F在大量使用的“氧化鋅”（ZnO）壓敏電阻器，它的主體材料有二價元素（Zn）和六價元素氧（O）所構成。所以從材料的角度來看，氧化鋅壓敏電阻器是一種“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半導體”。

文字符號：“RV”或“R”

結構——根據半導體材料的非線性特性制成的。

1　壓敏電阻的特性及關鍵參數

1.1　壓敏電阻的特性

壓敏電阻器的電壓與電流不遵守歐姆定律，而成特殊的非線性關系。當兩端所加電壓低于標稱額定電壓值時，壓敏電阻器的電阻值接近無窮大，內部幾乎無電流流過；當兩端所加電壓略高于標稱額定電壓值時，壓敏電阻器將迅速擊穿導通，并由高阻狀態變為低阻狀態，工作電流也急劇增大；當兩端所加電壓低于標稱額定電壓值時，壓敏電阻器又恢復為高阻狀態；當兩端所加電壓超過最大限制電壓值時，壓敏電阻器將完全擊穿損壞，無法再自行恢復。

1.2　壓敏電阻的關鍵參數

1.2.1　壓敏電壓

壓敏電壓即擊穿電壓或閾值電壓。一般認為是在溫度為20度時，在壓敏電阻上有1mA電流流過的時候，相應加在該壓敏電阻器兩端的電壓值。壓敏電壓是壓敏電阻I－U曲線拐點上的非線性起始電壓，是決定壓敏電阻額定電壓的非線性電壓。為了保證電路在正常的工作范圍內，壓敏電阻正常工作，壓敏電壓值必須大于被保護電路的最大額定工作電壓。

1.2.2　最大限制電壓

最大限制電壓是指壓敏電阻器兩端所能承受的最高電壓值。通俗的解釋是：當浪涌電壓超過壓敏電壓時，在壓敏電阻兩端測得的最高峰值電壓，也叫最大鉗位電壓。為了良好的保證被保護電路不受損害，在選擇壓敏電阻時，壓敏電阻的最大限制電壓，一定要小于電路額定最大工作電壓（采用多級防護時，可另行考慮）。

1.2.3　通流容量

通流容量也稱通流量，是指在規定的條件（以規定的時間間隔和次數，施加標準的沖擊電流）下，允許通過壓敏電阻器上的最大脈沖（峰值）電流值。

通常產品給出的通流量是按產品標準給定的波形、沖擊次數和間隙時間進行脈沖試驗時產品所能承受的最大電流值。而產品所能承受的沖擊數是波形、幅值和間隙時間的函數，當電流波形幅值降低50％時沖擊次數可增加一倍，所以在實際應用中，壓敏電阻所吸收的浪涌電流應大于產品的最大通流量。

壓敏電阻所吸收的浪涌電流幅值應小于手冊中給出的產品最大通流量。然而從保護效果出發，要求所選用的通流量大一些好。在許多情況下，實際發生的通流量是很難精確計算的，則選用2－20kA的產品。如手頭產品的通流量不能滿足使用要求時，可將幾只單個的壓敏電阻并聯使用，并聯后的壓敏電壓不變，其通流量為各單只壓敏電阻數值之和。要求并聯的壓敏電阻伏安特性盡量相同，否則易引起分流不均勻而損壞壓敏電阻。

1.2.4　電壓比

電壓比是指壓敏電阻器的電流為1mA時產生的電壓值與壓敏電阻器的電流為0.1mA時產生的電壓值之比。

1.2.5　殘壓比

流過壓敏電阻器的電流為某一值時，在它兩端所產生的電壓稱為這一電流值為殘壓。殘壓比則的殘壓與標稱電壓之比。

1.2.6　漏電流

漏電流也稱等待電流，是指壓敏電阻器在規定的溫度和最大直流電壓下，流過壓敏電阻器的電流。漏電流越小越好。對于漏電流特別應強調的是必須穩定，不允許在工作中自動升高，一旦發現漏電流自動升高，就應立即淘汰，因為漏電流的不穩定是加速防雷器老化和防雷器爆炸的直接原因。因此在選擇漏電流這一參數時，不能一味地追求越小越好，只要是在電網允許值范圍內，選擇漏電流值相對稍大一些的防雷器，反而較穩定。

2　壓敏電阻在電路設計中的典型應用

壓敏電阻被廣泛應用于電壓保護、防雷、抑制浪涌電流、吸收尖峰脈沖、限幅、高壓滅弧、消噪、保護半導體元器件等。以下是壓敏電阻電路應用中的幾個典型實例。

2.1　電路輸入過壓保護

大氣過電壓由于雷擊引起，大多數屬于感應性過電壓，雷擊對輸電線路放電產生的過電壓，這種過電壓的電壓值很高，可達100～10000V，造成的危害極大。因此對于必須對電氣設備采取措施防止大氣過電壓?？梢圆捎脡好綦娮杵鳌Ｒ话悴捎门c設備并聯。如果電氣設備要求殘壓很低時，可以采用多級防護。

2.2　防止操作過電壓防護電路

操作過電壓是電路工作狀態突然變化時，電磁能量急劇轉化，快速釋放時產生的一種過電壓，防止這種過電壓可以用壓敏電阻器保護各種電源設備、電機等。圖2為壓敏電阻防止操作過電壓的一個例子。

2.3　半導體器件的過壓保護

為了防止半導體器件工作時由于某些原因產生過電壓時被燒毀，常用壓敏電阻加以保護，圖3所示電路中，在晶體管發射極和集電極之間，或者在變壓器的一次連接壓敏電阻，能有效地保護過電壓對晶體管的損傷。在正常狀態下，壓敏電阻呈高阻態，只有很想的漏電流，而當承受過電壓時，壓敏電阻迅速變成低阻狀態，過電壓能量以放電電流的形式被壓敏電阻吸收，浪涌電壓消失以后，當電路或元件承受正常電壓時，壓敏電阻又恢復到高阻狀體。對于二極管和晶閘管來說，一般將壓敏電阻和這些半導體元件并聯或者于電源并聯，而且應滿足兩個要求：一是重復動作的方向電壓要大與壓敏電阻的殘壓，二是非重復動作的反向電壓也要大于壓敏電阻的殘壓。

2.4　接觸器、繼電器防護器

當切斷含有接觸器，繼電器等感性負載的的電路時，其過電壓可以超過電源電壓的數倍，過電壓造成接點間電弧和火花放電，燒損觸頭，縮短設備壽命。由于壓敏電阻在高電位的分流作用，從而保護了觸點。壓敏電阻和線圈并聯時，觸點間的過電壓等于電源電壓與壓敏電阻殘壓之和，壓敏電阻吸收的能量為線圈存儲的能量，壓敏電阻與觸點串聯時，觸點的過電壓等于壓敏電阻的殘壓，壓敏電阻吸收的能量為線圈存儲能量的1.2倍。

3　壓敏電阻應用注意事項

1）壓敏電阻的響應時間為ns級，比空氣放電管快，比TVS管稍慢一些，一般情況下用于電子電路的過電壓保護其響應速度可以滿足要求。

2）壓敏電阻的結電容一般在幾百到幾千pF的數量級范圍，很多情況下不宜直接應用在高頻信號線路的保護中，應用在交流電路的保護中時，因為其結電容較大會增加漏電流，在設計防護電路時需要充分考慮。壓敏電阻的通流容量比TVS管大，但比氣體放電管小。

3）壓敏電壓的參數選擇。一般地說，壓敏電阻器常常與被保護器件或裝置并聯使用，在正常情況下，壓敏電阻器兩端的直流或交流電壓應低于標稱電壓，即使在電源波動情況最壞時，也不應高于額定值中選擇的最大連續工作電壓，該最大連續工作電壓值所對應的標稱電壓值即為選用值。對于過壓保護方面的應用，壓敏電壓值應大于實際電路的電壓值，一般應使用下式進行選擇：

式中：a為電路電壓波動系數，一般取1.23；v為電路直流工作電壓（交流時為有效值）；b為壓敏電壓誤差，一般取0.85（實際取值參照產品數據手冊）；c為元件的老化系數，一般取0.9。

這樣計算得到的V（1mA）實際數值是最大直流工作電壓的1.5－2倍，在正弦交流狀態下還要考慮峰值，因此計算結果應擴大 倍。信號線1.2-1.5倍。

4）必須保證在電壓波動最大時，連續工作電壓也不會超過最大允許值，否則將縮短壓敏電阻的使用壽命。

5）在電源線與大地間使用壓敏電阻時，有時由于接地不良而使線與地之間電壓上升，所以通常采用在線與線間大地使用場合采用更高標稱電壓的壓敏電阻器。

6）最大限制電壓。選用的壓敏電阻的殘壓最大允許電壓一定要小于被保護物電路的最大承受電壓耐壓水平Vo，否則便達不到可靠的保護目的，通常沖擊電流Ip值較大。

篇2

關鍵詞：會計管理 發展 應用

在企業經濟管理系統中，會計是其中一項重要的工作內容。一般來說，會計主要以貨幣為基本計量單位，通過對經濟信息的搜集與處理，從而對企事業的資金與經濟進行價值核算與全方位的指導管理，以促進企事業的經濟效益為根本。

一、會計管理在企業中的發展

眾所周知，我國的會計管理工作開始得很早，但是對該領域的研究卻很晚。進入上世紀80年代后，隨著改革開放我國各項事業飛速發展，會計管理的研究工作在20多年的時間內，取得了長足的發展，　在會計管理的理論方面和會計管理的時間方面都取得了很多成就。進入新世紀以來，世界范圍內的經濟大格局發生了深刻的改變，經濟大環境也發生了改變，全球范圍內競爭變得更加激烈，再加上知識經濟時代的全面到來，計算機技術、實時通信技術等高新技術不斷地被應用到現代企業的經營中來，促使當前企業會計管理工作發生了深刻的改變，作業成本法、　全面質量控制法等先進的會計管理方法不斷被應用到企業中來，這也促成了我國企業在會計管理工作上的轉變和改革。

（一）財務會計管理工作在企業管理工作中處于中心地位

會計管理工作在企業的發展中十分重要，影響著企業的經濟，所以對企業經濟的預測十分有幫助。在當前，企業會計管理工作處于企業管理工作的中心部分?，F代企業管理工作中，財務會計管理工作越來越成為企業的基本經濟管理工作，眾多企業在生產經營和發展的過程中，不斷提高自身的市場競爭力和現代化管理水平，　這也導致現代企業在資金管理上的難度越來越大?！≡偌由袭斍捌髽I自負盈虧、自主管理，企業財務會計管理工作越來越成為當前企業管理工作的重要部分，處于中心地位。

（二）財務會計管理工作在企業資金管理中的重要地位

財務會計管理工作的水平將很大程度上影響企業資金的正常運轉，維系著企業的發展和生存，但是很多企業在財務會計管理方面工作不力，經常出現資金鏈短缺的現象，阻礙了企業的正常發展?！∝攧諘嫻芾砉ぷ髟诋斍捌髽I中起著越來越重要的作用，　做好財務會計管理工作，能夠加強對企業的財務管理，降低企業的生產成本和費用，從而幫助企業實現經濟效益的提高。

（三）財務會計管理工作中對網絡化管理的要求越來越高

當前，隨著各種現代科學技術的發展，網絡技術被廣泛應用到眾多的行業之中，企業會計管理領域也不例外。在網絡化管理工作中，要使用當前最新的網絡化技術協調好企業財務管理工作和其他工作，　使現實企業資金合理化流動，幫助企業實現效率管理，科學管理。

二、會計管理在現代企業中的應用

（一）促進企業組建

現代企業會計管理的一個主要目的就是要促進企業的順利組建。由于現代企業制度不同于企業的其他組織形式，因此，　無論是國外還是國內，政府管理部門都對現代企業的設立和組建作出了嚴格的規定和條件限制。因此，　只有具備了要求，　并經有關主管部門的審查批準后，　企業的組建和設立才能完成。在企業的組建過程中，　會計主要是對出資者的資產予以評估，　得出評估和驗資報告，　并編制盈利報告，　目的是吸引潛在的投資者投資入股，　達到法定資本最低限額?？傊?，在這個階段，要通過提供這樣的會計信息，溝通企業與投資者、潛在投資者的關系，　為企業建立提供條件。

（二）促進企業有效運行

企業一經成立，就要進行經營。在經營階段，現代企業會計管理的重要目的就是促進企業的有效運行，　即促進企業求發展、求效益。為保證企業的正常經營、不斷發展和高經濟效益，　企業內外必須協調配合，　采取行之有效的措施，　方可奏效。加強會計管理工作，　是達到此目的的有力措施之一，　甚至可以說是至關重要的一環。在現代企業中，會計通過自身的管理活動，　不僅直接作用于其發展和效益，　而且運用其特殊的程序和方法，　定期或不定期地提供企業特定時期經營情況和結果的各種大量有價值的信息，　從而既可滿足企業內部經營管理的需要，　保證企業經營者作出正確的決策，　同時又可以滿足企業外部有關各方了解其經營過程和成果的需要。這樣，　通過會計信息反饋于企業內外，　使雙方形成一種合力，共同作用于企業的經營過程，　促進其高效運行。

（三）促使企業妥善解體

企業在運行終止時，　就處于解散階段。現代企業會計管理在這個階段的具體目標是促使企業妥善解體。雖然會計的基本假定含有持續經營這一條，但企業從建立、運行到解散是一個不可否認的過程。這也符合客觀事物的發展規律。就現代企業而言，　其解一、ZnO壓敏電阻接入位置分析

使用Zno壓敏電阻對中性點箱位三電平高壓變頻器進行外部過電壓保護需要考慮Zno壓敏電阻接入系統中的位置，這不但要分析外部過電壓發生時，ZnO壓敏電阻是否能準確及時地動作，還要分析ZnO壓敏電阻動作后，是否能有效限制過電壓。

從保護整個高壓變頻器系統考慮，ZnO壓敏電阻應該接于輸入24脈波整流橋之前和輸出濾波器之后，如上圖中位置1和位置2所示；從限制直流母線過電壓考慮，Zno壓敏電阻應該接于直流電容與直流環節之間和逆變部分輸入之前，如上圖中位置3和位置4所示；從限制逆變部分相間過電壓考慮，Zno壓敏電阻應該接于逆變部分與輸出濾波之間，如上圖中位置5所示。下面對這5個接入位置進行詳細的分析。

當ZnO壓敏電阻接于位置1時，它能很好地限制高壓變頻器輸入發生的過電壓。

但是，它的殘壓將使直流電容兩端電壓上升，同時由于直流電容電壓的上升，將使直流母線電流增大，電流變化率也相應增大，直流環節限流電感感應電壓增大。如果限流電感感應電壓與直流電容電壓正向疊加，則可能會導致逆變部分輸入過電壓。因此，當ZnO壓敏電阻接于位置1時，它不能對高壓變頻器進行有效的過電壓保護。

當ZnO壓敏電阻接于位置2時，它能很好地限制高壓變頻器輸出發生的過電壓。但是，它的殘壓將使系統電流增大，電流變化率也相應增大，導致輸出濾波電感感應電壓增大。如果輸出濾波電感感應電壓與ZnO壓敏電阻殘壓正向疊加后，再通過逆變部分IGCT反并聯二極管整流對直流環節箱位電容充電，則可能會導致逆變部分輸入過電壓。因此，當ZnO壓敏電阻接于位置2時，它不能對高壓變頻器進行有效的過電壓保護。

當ZnO壓敏電阻接線位置3時，它能很好地限制直流電容兩端的電壓。但是，如果ZnO壓敏電阻處于工作狀態，直流電容兩端電壓上升為ZnO壓敏電阻的殘壓，將使直流母線電流增大，電流變化率也相應增大，直流環節限流電感感應電壓增大。如果限流電感感應電壓與直流電容電壓正向疊加，則可能會導致逆變部分輸入過電壓。

因此，當ZnO壓敏電阻接于位置3時，它不能對高壓變頻器進行有效的過電壓保護。當ZnO壓敏電阻接于位置4時，不管是發生輸入過電壓還是輸出過電壓，它都能直接對逆變部分輸入電壓進行抑制，只要設計的Zno壓敏電阻工作時的殘壓低于逆變部分耐壓，就能對逆變部分進行有效的過電壓保護。因此，當ZnO壓敏電阻接于位置4時，它能對高壓變頻器進行有效的過電壓保護。

當ZnO壓敏電阻接于位置5時，它能有效地限制高壓變頻器輸出發生故障時引起的相間過電壓情況。比如高壓變頻器輸出AB兩相發生相間短路，由于短路兩相電流突然變化，電流變化率很大，從而輸出濾波電感感應電壓增大，可能會導致AB兩相相間過電壓，而處于位置4的ZnO壓敏電阻只能保護逆變部分輸入過電壓，而不能保護逆變部分相間過電壓，因此，有必要在位置5接入ZnO壓敏電阻對逆變部分相間過電壓進行保護。

綜上分析，將合理設計的ZnO壓敏電阻接于逆變部分輸入和輸出才能有效地進行外部過電壓保護。

二、接線形式分析

下面詳細分析ZnO壓敏電阻接于位置4和位置5的接線形式。當ZnO壓敏電阻接于位置4時，有以下兩種接法：一是直流正、負母線分別接一只Zno壓敏電阻接地；二是一只Zno壓敏電阻直接接于直流正負母線之間，與逆變部分并聯。對于第一種接法，ZnO壓敏電阻兩端參考電壓為直流正母線對地電壓或直流負母線對地電壓。由于中性點箱位三電平高壓變頻器直流環節本身沒有接地點，其中性點電壓不為零，只要保證逆變部分輸入直流正、負母線間的電壓在一個確定的范圍內就能使高壓變頻器正常工作。但是，如果因為控制策略等原因造成的中性點漂移可能會使直流正母線對地電壓或直流負母線對地電壓高于ZnO壓敏電阻標稱電壓，而直流正、負母線間的電壓又可能處于正常工作范圍，這就會導致ZnO壓敏電阻誤動作。

此外，這種接法雖然可以保證大電流不會對逆變部分造成危害，但是可能會引起較大的負載電動機共模電壓，危害電動機安全；同時，高壓變頻器系統相對于電網而言處于對地放電狀態，相當于接地短路，工作不正常。對于第二種接法，ZnO壓敏電阻兩端參考電壓為直流正負母線間電壓，能直流反應逆變部分輸入過電壓情況，有利（下轉180頁）?。ㄉ辖?83頁）于電壓保護。當過電壓達到Zno壓敏電阻標稱電壓時，ZnO壓敏電阻開始工作，大電流通過Zno壓敏電阻直接從一條直流母線流向另一條直流母線，不會對負載電動機造成影響，也不會對逆變部分造成影響，整個高壓變頻器系統相對于電網而言沒有發生故障，只是負載發生了變化。因此，當ZnO壓敏電阻接于位置4時，采用一只ZnO壓敏電阻直接接于直流正負母線之間的形式能實現高壓變頻器過電壓保護的目的，同時也不會對高壓變頻器正常工作和負載電動機帶來不良影響。

當ZnO壓敏電阻接于位置5時，Zno壓敏電阻是對逆變部分輸出三相交流方波電壓或者由于故障導致的三相正弦電壓進行過電壓保護，主要有以下三種接法：一是三只zno壓敏電阻三相星形連接；二是四只ZnO壓敏電阻三相四線制星形連接；三是三只ZnO壓敏電阻三相三角形連接。

對于三相星形接法，任意兩只ZnO壓敏電阻所承受的電壓為逆變部分輸出線電壓。為了達到良好的過電壓保護效果，要求三只ZnO壓敏電阻各項性能參數完全相同。

當某兩相之間發生過電壓情況時，要求這兩相之間串聯的兩只ZnO壓敏電阻能同時進入工作狀態并且具有相同大小的殘壓。然而，對于ZnO壓敏電阻而言，很難保證串聯的ZnO壓敏電阻動作之后的殘壓值是相同的，增加了Zno壓敏電阻設計制造難度，不易實際應用。

對于三相四線制星形接法，它與三相星形接法的不同在于多了一只從公共點接地的Zno壓敏電阻。為了達到良好的過電壓保護效果，它同樣要求四只Zno壓敏電阻的性能參數完全相同。當某兩相發生故障而造成與該兩相相連的ZnO壓敏電阻工作時，公共點的電壓值會因為這兩只ZnO壓敏電阻的工作而發生變化，這可能導致三種情況：一是接地ZnO壓敏電阻由于公共點電壓提升到標稱電壓而進入工作狀態，擴大事故影響；二是正常相因為公共點電壓提升而出現過電壓情況，造成正常相Zno壓敏電阻也進入工作狀態，擴大事故影響；三是如果正常相隨后也出現過電壓情況，由于公共點電壓的提升，與它們連接的ZnO壓敏電阻兩端電壓未達到標稱電壓而導致Zno壓敏電阻沒有及時動作，而造成被保護設備過電壓損壞。因此，三相四線制星形接法不能對高壓變頻器進行有效的過電壓保護。

對于三相三角形接法，每只Zno壓敏電阻獨自承受逆變部分輸出線電壓，它們之間沒有相互影響，三只ZnO壓敏電阻各項性能參數要求基本相同。只要合理設計ZnO壓敏電阻的性能參數，就能達到對高壓變頻器進行過電壓保護的目的。

篇3

關鍵詞：電涌保護器響應時間沖擊電流防雷保護

一、前言

電涌保護器(SPD)是抑制由雷電、電氣系統操作或靜電等所產生的沖擊電壓，保護電子信息技術產品必不可少的器件。隨著各種電子信息技術產品越來越多地滲入到社會和家庭生活的各個領域，SPD的使用范圍日益擴大，市場需求量日益增長。

總的來說，電子信息技術產品的過電壓保護還是一個新的技術領域，兩相關于SPD的國際標準IEC61643-1和IEC61643-21發表才幾年，有關SPD應用中的許多問題還存在著爭議，本文就其中的4個問題提出筆者個人的看法，以期引起討論。它們是：SPD的響應時間，多級SPD的動作順序，不同波形沖擊電流的等效變換以及SPD的殘壓與沖擊電流峰值的關系。最后對SPD應用中各個電壓之間的相互關系作了說明。

二、SPD的響應時間

不少人錯誤地認為，響應時間是衡量SPD保護性能的一個重要指標，制造廠也在其技術資料中列明了這一參數，但許多制造廠并不知道它的確切含義，也未進行過測量。一個流行的觀點是，在響應時間內，SPD對入侵的沖擊無抑制作用，沖擊電壓是"原樣透過"SPD而作用在下級的設備上。這不符合SPD的是工作情況，是錯誤的。

SPD中對沖擊過電壓起抑制作用的非線性元件，按其工作機理可區分為"限壓型"（如壓敏電阻器、穩壓二極管）和"開關型"（如氣體放電管、可控硅）。

氧化鋅壓敏電阻器是一種化合物半導體器件，其中的電流對于加在它上面的電壓的響應本質上是很快的。

那么，以前的技術資料中所說的用壓敏電阻構成的SPD響應時間r≤25ns是怎么回事呢？

這是技術標準IEEEC62.33-1982[2]中定義的響應時間，它是一個用來表征"過沖"特性的物理量，與通常意義上的響應時間是完全不同的另外一個概念。為了說明這一點。

IEEEC62.3(6.3)電壓過沖（UOS）。在沖擊電流波前很陡、數值又很大時，測量帶引線壓敏電阻的限制電壓的結果表明，它大于以8/20標準波時的限制電壓。這種電壓增量UOS稱作"過沖"。盡管壓敏電阻材料本身對陡沖擊的響應時間有所不同，但差別不大。造成過沖的主要原因是在器件的載流引線周圍建立起了磁場，該此磁場在器件引線和被保護線路之間的環路中，或者在引線與模擬被保護線路的測量電路之間的環路感應出電壓。

在典型的使用情況下，一定的引線長度是不可避免的，這種附加電壓將加在壓敏電阻器后面的被保護線路上，所以在沖擊波波前很陡而數值又很大的條件下測量限制電壓時，必須認識到電壓過沖對于引線長度和環路耦合的依賴關系，而不能把過沖作為器件內在的特性來看待。

近幾年來發表的國際電工委員會關于SPD的技術標準IEC61643-1和IEC6163-21都沒有引入響應時間這一參數：IEEE技術標準C62.62-2000[]更明確指出，波前響應的技術要求對SPD的典型應用而言是沒有必要的，可能引起技術要求上的誤導，因此如無特別要求，不規定該技術要求，也不進行試驗、測量、計算或其他認證。這是因為：

（1）對于沖擊保護這一目的而言，在規定條件下測得的限制電壓，才是十分重要的特性。

（2）SPD對波前的響應特性不僅與SPD的內部電抗以及對沖擊電壓起限制作用的非線性元件的導電機理有關，還與侵入沖擊波的上升速率和沖擊源阻抗有關，連接線的長短和接線方式也有重要影響。

筆者認為，對于電源保護用SPD，以下三項技術指標是重要的：①限制電壓（保護電平）；②通流能力（沖擊電流穩定性）；③3連續工作電壓壽命。

三、多級SPD的動作順序

當單級SPD不能將入侵的沖擊過電壓抑制到規定保護電平以下時，就要采用含有二級、三級或更多級非線性抑制元件的SPD。

非線性元件Rv2和Rv2都是壓敏電阻，實用中RV1也可以使氣體放電管，Rv2也可以是穩壓管或浪涌抑制二極管（TVS管）。兩極之間的隔離元件Zs可以是電感Ls或電阻Rs，若RV1和RV2的導通電壓分別是Un1和Un2，所選用的元件總是Un2>Un1。

有人認為，當入侵沖擊波加在X-E端子上時，總是第一級RV1先導銅，然后才是第二級。實際上，第一級或第二級先導通都是可能的，這取決于以下因素：

(1)入侵沖擊波的波形，主要是電流波前的聲速（di/dt）；

(2)非線性元件Rv1和RV2的導通電壓Un1和Un2的相對大?。?/p>

(3)隔離阻抗Zs的性質是電阻還是電感，以及它們的大小。

當Zs為電阻Rs時，多數情況是第二級先導通。第二級導通后，當沖擊電流I上升到iRs＋Un2≥Un1是第一級才導通。第一級導通后，由于在大電流下第一級的等效阻抗比Rs加第二級的等效阻抗之和小得多。因而大部分沖擊電流經第一級泄放，而經第二級泄放的電流則要小得多。若第一級為氣體放電管，它導通后的殘壓通常低于第二級的導通電壓Un2，于是第二級截止，剩余沖擊電流全部經第一級氣體放電管泄放。

若Zs為電感Ls，且侵入電流一開始的上升速度相當快，條件Ls(di/dt)＋Un2>Un1得到滿足,則第一級先導通。若第一級導通時的限制電壓為Uc1(1),則以后隨著入侵沖擊電流升速(di/dt)的下降，當條件UC1(1)≥Ls(di/dt)＋Un2得到滿足時，第二級才導通。第二級導通后，將輸出端Y的電壓，抑制在一個較低的電平上。

四、不同波形沖擊電流的等效變換

SPD的沖擊電流試驗會碰到諸如8/20、10/350、10/1000或2ms等不同波形，那么從對于SPD的破壞作用等效的角度看，如何進行不同波形沖擊電流的峰值換算，有人主張按電荷量相等的原則進行換算。按照這一原則，只要將兩種不同波形的電流波對時間積分，求得總的電荷量，令兩個電荷量相等，就可得到兩種波的電流峰值之間的比例關系了。這種變換方法與泄放沖擊電流的元件沒有一點關系，顯然是不切合實際的。還有人主張按能量相等的原則進行換算。按照這一原則，不僅要知道兩個電流波形，還要知道當這兩個電流波流入電壓抑制元件時，該元件兩端限制電壓的波形，然后將各個時刻對應的電流值和電壓值相乘而得出功率波，再將功率波對時間積分得出能量，令兩個能量值相等，就可得到兩個電流峰值之間的比例關系了。這種變換方法考慮到了具體的非線性元件，但沒有考慮沖擊電流的熱效應和電流值很大時的電動力效應。實際上就氧化鋅壓敏電阻而言，它能承受的8/20沖擊電流的能量比承受2ms時的能量大。該圖表明了厚度為1.3mm的早期壓敏電阻樣品能承受的沖擊電流能量隨電極面積的變化?？梢?，能量相等的原則至少對壓敏電阻是不適用的。

對氧化鋅壓敏電阻在大電流下破壞機理的研究得出了下述結果[4]；在大電流作用下，壓敏電阻的破壞模式有兩種，當大沖擊電流的時間寬度不大于50μs時（例如4/10和8/20波），電阻體開裂；當電流值較小而時間寬度大于100μs時（例如10/350、10/1000和2ms波），電阻體穿孔。兩種不同破壞模式可以這樣解釋：時間很短的大電流在電阻體內產生的熱量來不及向周圍傳導，是個絕熱過程，加上電阻體的不均勻使電流的分布不均勻，這樣電阻體不同部位之間的溫差很大，形成很大的熱應力而使電阻體開裂。當沖擊電流的作用時間較長時，電阻體不均勻造成的電流集中，使電阻體材料熔化而形成穿孔。

使用壓敏電阻體破壞的電流密度J(A·cm-2)與沖擊電流波的時間寬度r（μs）之間的關系，在雙對數坐標中大體為一條斜率為負值的直線，因而可用下面的方程式來表達：

logJ=C－Klogr

式中，C和K是與具體器件相關的兩個常數，可以根據實驗資料推算出來，于是就可以計算出這種產品能夠承受的不同波形沖擊電流的峰值了。

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關鍵詞：煤礦；供電；電源；浪涌；過電壓

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.13.042

1 浪涌過電壓形成的原因

1.1 大氣浪涌過電壓

大氣浪涌過電壓是自然界大氣中的雷云對地面附近的物體或電氣設備直接放電，通過電力系統侵入而形成浪涌電壓。它分為直擊雷浪涌電壓和感應雷浪涌電壓。直擊雷浪涌電壓可達數百萬伏，電流可達十多萬安，危害巨大；感應雷浪涌電壓幅值也非常大。

1.2 內部浪涌過電壓

內部浪涌過電壓是在電力系統運行過程中，由于開關控制設備的操作或短路等引起系統的某些參數發生變化，使電力系統發生突變，在供電系統上或某些設備上出現瞬間過電壓。內部浪涌過電壓一般為額定電壓的2.5～4倍。內部浪涌過電壓根據產生的原因可分為操作浪涌過電壓、諧振過電壓和電弧接地浪涌過電壓等。開關設備切斷電路的電感負載時，會在電感電路中出現感應電動勢；切斷空載的線路或并聯的電容器組時，若斷路器熄弧能力差，可引起電感、電容電路的振蕩，產生過電壓。

2 防止浪涌過電壓應采取的措施

煤礦供電防止浪涌過電壓的措施有二個方面，一是對落雷引起的大氣浪涌過電壓的侵入防護和煤礦供電系統內部過電壓的防護。對大氣浪涌過電壓侵入的防護是通過設置完善的避雷系統，如在礦井供電入口處裝設避雷器。消除內部浪涌過電壓的方法是在電路中設置阻容吸收和并聯接入壓敏電阻器等。

2.1 大氣浪涌過電壓防治措施

大氣浪涌過電壓的防止措施一個根本原則，是把雷電發生時瞬間聚集的能量通過大地這個良好的導體釋放掉?？梢酝ㄟ^安設良好的避雷網及在線路端安裝避雷器，從建筑物規劃設計及內部布局時就開始考慮：

①盡可能增加建筑物外部的下導電金屬體使雷電電流有更多的分流途徑；②外置設備如天線、空調等盡量置于避雷網450角內的保護區；

③ 接地時接地點應盡量集中，如電源線、電話線、水管等應與避雷網接入同一“地”；④ 室內布線應注意屏蔽，特別是數據線，這樣可以盡可能減少瞬間過電壓的影響。

2.2 內部浪涌過電壓的防治措施

2.2.1 阻容（RC）吸收電路

主要利用電容器C兩端電壓不能突變的原理，使過電壓被消除，把過電壓的陡度和幅值降低在設備允許的電壓范圍內；電阻器R的作用是一方面在過電壓出現時進行限流，另一方面也是限制電容器C與電路中的電感可能產生的較高的振蕩電壓，從而保護電氣設備。阻容（RC）吸收電路一般并接入低壓開關的負荷側。

為了保證安全保護器件的電壓電平按下式確定：

Um≤Up≤Ush

式中：Um--供電線路正常工作的最大電壓，V；

Up-保護器件的電壓保護電平，V；

Ush-被保護電氣設備能承受的沖擊耐壓，V。

2.2.2 壓敏電阻的保護

壓敏電阻器是利用該半導體元件的壓敏特性，當電壓較低時，電阻較大，通過壓敏電阻器的電流為漏電流；電壓升高一定值時，電阻減小，通過壓敏電阻口碑 電流大幅度，抑制壓敏電阻器兩端的電壓。當電壓恢復正常后電阻器也恢復高阻狀態，電路又恢復正常的工作狀態?，F在大量使用的是氧化鋅壓敏電阻器。它的電壓范圍有幾伏至幾千伏，通流量大小從幾安到上百千安不等。壓敏電阻器一般是一端接高壓開關上的隔離開關之后斷路器之前，另一端與接地良好端聯接，若出現過電壓，壓敏電阻器將有效地發揮作用，它將電路產生的過電壓削減在2.6倍的額定電壓內。過電壓保護器件都采用星形按法接入電路，所以保護電路中電容和壓敏電阻器的耐壓為相電壓，按產生過電壓時它們的相電壓的2～4倍計，確定保護器件的持續運行電壓（額定電壓）Uc可按額定電壓2倍選擇。

3 解決措施

3.1 礦井地面部分

安裝浪涌保護器。浪涌保護器 （Surge protection Device）是電子設備雷電防護中不可缺少的一種裝置，過去常稱為“避雷器”或“過電壓保護器”，英文簡寫為 SPD。電涌保護器的作用是把竄入電力線、信號傳輸線的瞬時過電壓限制在設備或系統所能承受的電壓范圍內，或將強大的雷電流泄流入大地，保護被保護的設備或系統不受沖擊而損壞。

在正常情況下，電涌保護器外于極高的電阻狀態，漏流幾乎為零，保證電源系統正常供電。當電源系統出現浪涌過電壓時，電涌保護器立即在納秒級的時間內迅速導通，將該過電壓的幅值限止在設備的安全工作范圍內。同時把該過電壓的能量釋放掉。隨后，保護器又迅速的變為高阻狀態，因而不影響電源系統的正常供電。

3.2 井下部分

由于礦井井下供電系統中性線不接地，電源在入井處已經加強了防范線路過電壓的措施，并且井下的高壓供電的保護裝置也具有防止過電壓的措施，只是低壓供電容易產生內部過電壓。要解決此類問題，在設備問題選型時，就要考慮電源的安全性。選用適應電壓范圍寬且具有過電壓保護功能的設備。井下設備防過電壓常用措施有：

①選用設計安裝有壓敏限幅型元件的設備，它可以限制浪涌過電壓，對井下耐沖擊電壓水平較高的電氣設備的防護效果比較好。②加強對低壓O備的防護，煤礦設備內部的二次側負載與電源間都串入隔離變壓器，除提供安全電壓外，還可以隔絕高頻尖峰干擾，保證次級電壓電位的變動小。③引用吸收法，設備用吸波器件將浪涌尖峰干擾電壓吸收掉，減少對電網線路的影響。煤礦井下大功率控制設備內都安裝有吸波器件裝置，對真空接觸器產生的過電壓有較好的抑制作用。④加強設備的絕緣。如手持式的設備在把手上加一層絕緣套，以形成雙重保護防止過電壓產生對人體的危害。

4 結束語

篇5

隨著信息科學技術的發展，以大規模集成電路為核心的通信設備廣泛應用，與分立元器件設備相比較，體積小，功耗小，運行速度快，故障率低，便于維護管理。但工作電壓低，絕緣強度低，承受過電壓能力弱，屬于低電平、微電流系列的電子設備。當受到電網過電壓或雷電干擾時，往往給電子通訊設備帶來較大的損壞。據有關資料統計，過電壓對電子通信設備造成的故障損壞占到總事故的30％～40％。因此加強通信設備的過電壓防護，降低設備故障率，就成為通信維修工作的重中之重。

通信電源防止過電壓

可靠的電源是通信設備安全運行的基礎，沒有一個良好的電源系統，通信設備的安全運行就無從談起。首先要消除雷電干擾引起的過電壓對通信電源的影響．在機房配電屏或整流器的輸入端、三相對地加裝金屬氧化物避雷器(主要材料為氧化鋅壓敏電阻器)。直流電源的正極在電源設備側和通信設備側均接地，負極在電源機房側和通信機房側接壓敏電阻。壓敏電阻器具有吸能本領大，限制電壓低，響應速度快等特點，如不出現重大雷電事故，壓敏電阻可重復使用。金屬氧化物避雷器是切斷雷電干擾過電壓侵入通信設備電源的主要措施，其次使用的通信穩壓電源設備，機內應有分級防雷保護措施。

通信線路防止過電壓

各種通信設備的入口和出口，必須通過通信電纜與用戶發生聯系，為方便配線，應設置保安配線柜(架)。有的公司、廠沒有安裝帶有保安單元配線柜，用一個分線箱就進行出線、入線的匯接，極易造成通信設備的損壞。電力通信的特點是容量小，可靠性高，通信電纜沿電力桿路架設，強電、強電磁場干擾的概率大。尤其是在住宅區，通信音頻電纜和電話線沿電力桿路與照明線同桿架設，交叉處絕緣層損壞，導致強電侵入。吊掛通信電纜的鋼絞線，由于城區地形復雜、各種照明線、廣告燈箱線交錯，容易引起強電侵入或干擾。雷電干擾或10kV、35kV線路故障、產生電流突變時，就會產生瞬變強電磁場，造成對通信線路的強電磁感應過電壓。某公司就發生過程控電話交換機大面積燒壞、停運的故障，因此，通信電纜進入機房必須接入保安配線柜。保安配線柜應裝有抑制電纜線對橫向縱向、縱向對過電壓、過電流的限幅裝置。

壓敏電阻或固體(氣體)放電管與正溫度系數熱敏電阻(PTC)，構成響應速度快，抑制過電壓能力強，通流量大的保安單元。當部分通信線路遭受到雷電干擾或與電力線接觸時，固體(氣體)放電管放電(或壓敏電阻限幅)將高壓入地，使危險電壓降低到安全范圍。如線路遭受幅值在350mA以上電流時，PTC的阻值會迅速增加，使線路呈現高阻(斷開)狀態，回路電流幅度減小，保護了室內通信設備。

防止靜電引起的過電壓

靜電是由物質或人體活動的動能轉換而來的，靜電電量很小，但電位很高，靜電能量累積到一定程度就足以干擾和損壞通信設備。靜電引起的過電壓，主要通過靜電對設備器件或集成電路放電，或引起地電位變化。設備發生的一些不明原因的故障與此有關，造成的設備故障隨機性強，不易發現處理。

通信設備的接地

通信設備的接地，一般分為兩類：保護人員和設備不受損害的A類是保護接地。保障設備安全運行的B類是工作接地，通信設備的接地，能起到分流、均壓、屏蔽等作用。是為各種干擾過電壓、過電流的泄放，提供一個通路，是各種過電壓、過電流保護的基礎，因此要引起足夠的重視。規程規定：通信局(站)的接地方式，應按聯合接地的原理設計，即常說的單點接地方式。其優點一是容易獲得較小的接地電阻，二是可以避免因接地之間的電位差產生干擾影響，三是起到屏蔽作用。

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關鍵詞：電能表；計量故障；原因；控制策略

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.03.182

現代科技的進步，推動了電能表設計水平的提高，然而，其實際運行中依然會出現各種計量問題，必須加大對電能表計量維護力度，找到計量故障產生的原因，采取科學有效措施來防范故障問題，維護電能表的正常運轉，確保其計量功能得以有效發揮。

1 電能表計量故障發生原因

1.1 用電容量過大

用戶用電量超出常規范圍，使電能表無法承受，最終走向毀壞。此現象多發生在偏遠落后山區，其所采用電能表量程過小，或者非法分子自做手腳，導致電能表計量能力失常，由于缺少科學用電知識，隨意運用超大功率電氣設備，導致電能表超負荷工作，超出其正常的計量范圍，從而引發其中的繼電器觸點變形、燒毀等問題，導致計量故障。

1.2 電能表材料質量低下

電能表自身材質、質量如果達不到合格標準，也容易造成內部元件的損毀，計量失常問題。電能表中最為脆弱的設備為：電解電容器，因為其運行易受其所處環境溫度的影響，溫度達到零下6度時，電解電容器的正負極板將無法有效集聚電荷，影響電壓正常形成，造成極板間電壓急劇下降，從而引發電表中的電壓也失常，從而影響計量芯片的常規計量，進而引發了計量故障。

1.3 不科學的設計

電能表是一個高精度、高技術的電能計量設備，其由多種元件、設備結構而成，任何一個元件如果未能常規科學地設計，都可能導致計量失誤。例如：最為關鍵的計量芯片，其參數匹配設計，芯片選型等都可能影響計量芯片計量功能的發揮。

1.4 惡劣環境的影響

經過長期的科學實踐證明，惡劣的外界環境會對電能表計量帶來一些影響。特別是當電能表所處環境溫度過低時，會導致計量失準，溫度問題是一個原因，其他因素還包括惡劣的自然條件，例如：雷電襲擊、霧霾空氣污染等，惡劣的自然環境會加劇電能表的腐蝕和破壞，影響其精準計量。

1.5 人為破壞問題

人為破壞是另一大主要問題，不法分子為了減少電費支出，想法設法在電能表上做手腳，通過破壞電能表內部構造、改變計量等方式，引發人為破壞問題，進而導致了嚴重的電能計量故障。

2 電能表常見的計量故障與解決對策

2.1 故障現象

電能表未出現正常的脈沖信號，計量功能暫停，導致原本應該計量的電能無故消失。導致這一故障問題的原因關鍵在于計量芯片，其可能存在破損問題。

當前多數采用電子式單相電能表，其計量功能的發揮在很大程度上取決于計量芯片。由于計量芯片質量低下、不科學的設計、損壞問題等所導致的計量失準、電量消失等問題已成關鍵，實際的電能表工作過程中，由于受到內外因素的干擾，例如：雷擊因素、風力因素等，也會對計量帶來一定威脅，在計量芯片設計參數不合理狀態下，會加劇故障的發生。目前，我國電能表中所采用集成芯片，具有測量精準、科學等優勢，芯片內含兩路模數轉換器，這種集成芯片通常對靜電放電相對敏感，在電氣設備出現大規模的靜電放電問題時，芯片內部器件很容易受損。對此可以看出，必須加大對芯片參數的設計與調整，同時加大防靜電力度，維護器件功能。

解決對策：科學優選芯片的參數匹配，優化設計，實現參數匹配，才能從根本上保護電能表安全，防范外力襲擊。這其中最為關鍵的是電源電路中壓敏電阻的配備。實際的電子電路，受到外界雷擊時，如果其中出現過電壓，則將加劇電路腐化速度，影響電路正常運轉，導致計量失誤、失準等問題?？梢詫好綦娮柙O置于電源電路，以此控制電路過電壓問題，維護整個電能表系統的安全，然而其中的弱點體現為：當流經壓敏電阻中的電流過大，超出其自身可以吸收的界限時，則可能出現壓敏電阻擊穿短路等問題，從而帶來故障，甚至導致壓敏電阻自身的熔斷故障，對此則要重點優選壓敏電阻，具體體現為：（1）所選壓敏電阻，其峰值電流必須達到一定指標，在8000A以上，保證其安全運行、低成本投入；（2）電子元件。實際裝配過程中，控制壓敏電阻兩側引腳長度，因為通常情況下，引腳和電源進相端之間的距離越小，壓敏電阻自身抵御過電壓的能力也會增強。這是由于如果導線過長，就會出現過大的雜散電感，導致巨規模的電流在電感中產生超大的壓降，導致壓敏電阻限制電壓也對應提高，喪失了其保護功能；（3）科學安排壓敏電阻引線，使其盡量拉開同信號線之間的距離，其方向要垂直于信號線，而絕非平行，這樣才能預防浪涌電流的襲擊；（4）科學布線線路板。實際的線路板設計過程中，一方面需要照顧到計量芯片的功能，分析其對電磁輻射的承受力，另一方面也要照顧到其模擬信號的功能。電能表中的計量芯片承擔較為繁重的任務，需要進行數據的全盤轉換，同時，也要有效處理信息，必須加大科學布線力度，重點圍繞特殊敏感地帶實施隔離處理，發揮對芯片的安全保護功能。對此具體可以采取以下方法：把模擬電源、數字電源二者的回路有效分離，從而控制此回路的阻抗。計量芯片同敏感線路必須被安全有效地隔離開來，防止噪音或電磁的干擾。實際布線過程中，必須把模擬接地回路、數字接地回路二者分離開來，在二者間設置鐵氧體，為了達到抵御電磁干擾，應該把模擬接地隔離開來。

這一過程中重點要做好鐵氧體的選型，為了抵御電磁干擾，可以把分流器同鐵氧體串聯起來，這是由于鐵氧體自身具有一定的阻塞功能，能夠有效抑制靜電電流，控制其上升速度，鐵氧體能夠有效吸收來自于雷電的高頻能量，滯留住這些能量，防止其干擾其他電器元件，發揮保護功能。

2.2 故障二：電能表非正常顯示，導致電量損失

現階段，供電企業多采用電子式電能表，采用液晶顯示屏來呈現電量值，實際使用過程中，常出現顯示屏不顯示問題，意味著電能表故障出現，會影響電量的正常計量。

故障原因：可能是計量芯片故障，該故障還可能來自于電源電路、CPU裝置。

防范策略：（1）電源電路故障防范方法：加大對電能表內部元件的優選力度，優選安全穩定、性能優質、易于長期使用的電解電容；（2）CPU故障防范：安裝看門狗電路，防范中央處理器的程序滯阻問題，一旦出現此問題，則將出現一個信號，其負責讓CPU復位，以此來激活CPU，使其再次進入初始化狀態，高速運行?；蛘呦敕ㄔO法優化CPU抵御電磁干擾性能，具體的策略：優化接地模式，對電源線、電氣元件、設備等實施科學地安裝、設計、布局。

2.3 故障三：電子表通訊失常

實際的接口編程或抄表操作無法正常進行，因為看不到正常顯示的數據。

引發此故障的原因為：中央處理器芯片自身遭到損壞，通訊接口芯片也受到一定程度的破損。

防范策略：（1）把握好電能表配置環境，重點關注其中的光線度，明確其是否會影響紅外光的接收，特殊情況下除去電能表所處環境中的光源，保持環境整潔，減少灰塵對接口的不良干擾；（2）優選芯片型號，通常RS485為首選，而且其要同數字電路部分進行光電隔離，加大對RS485輸出端口的選擇力度，具體把握以下幾點：第一，RS485輸出端口同強電端子之間要保證一定的耐壓承擔能力，達到4kV的標準；第二，A端子與B端子二者中間可以承受一定的電壓，最大標準達到380V。

2.4 故障四：電子表出現嚴重的誤差，超越了正常范圍，電能表計量速度失常，該故障相對常見

故障原因：元件連接出現質量問題，例如：錳銅間焊接不牢，引發電流采樣值失真。電壓調整回路，其采樣電阻發生了焊接斷裂等問題。

解決對策：（1）加強輸入變換電路的電阻型號選擇。必須達到一定的精度、功率溫度系數必須合格，保證其性能的長時間、安全發揮；（2）嚴格生產加工監管，重點鎖定裝配環節，控制電路插腳等部位出現虛焊、斷焊、短路等現象；（3）提高晶振元件的質量，檢查其精度合格與否，延長其使用周期，維持其功能的安全、穩定，確保其功能長期發揮；（4）加大溫度管理，控制好溫度的不良影響，為晶振器件創造一個良好的溫度環境，確保它們功能的穩定發揮，同時，也要注意躲避強光照射，反正運轉環境溫度過高。

此外，必須想方設法提高電能表自身的抗干擾性能，這樣才能真正控制故障的出現，具體方法就是加強數據保護，優選高質量的電能表元件，提高各項元件的質量，延長其使用周期，確保電費能夠被有效地回收，同時，要定期做好電能表巡檢工作，確保其計量功能的有效發揮。

3 總結

電能表計量故障問題會影響電能表正常計量功能的發揮，必須加大對電能表的管理，從其設計到元件的選配再到裝配都必須按照科學的規則展開，優化電能表，發揮其使用功能，提高其計量質量，才能維持供電系統抄核收工作的正常開展，維護供電企業經濟效益。

參考文獻：

篇7

隨著電子設備對電源系統要求的日益提高，研究廉價的具有監視、管理供電電源功能的開關電源愈來愈顯得必要。本文在綜合考慮電源各種技術性能和對自身的安全要求以及開關電源性能的基礎上，設計出了一種新型實用的帶有過電壓檢測和保護裝置的智能化電源。它具有以下幾個特點：

（1）實際了對過電壓的檢測，并能記錄每次過電壓的瞬時值和峰值，可啟動備用電源供電，實現對電子電路的保護作用。

（2）具有抗沖擊能力強、使用壽命長、帶液晶屏數字監視的特點，同時通過RS485通信接口與管理計算機通訊能實現“透明”電源的工作和保護等功能。

（3）能實時顯示輸出電壓、電流的大小，過電壓的次數、大小以及必要的參數設置信息。

（4）通過接口與后臺或遠端PC機實現數據傳送。

智能化電源的核心由顯示板、CPU板、通信板、備用電源板、過電壓檢測板、鍵盤、通信轉接板組成。裝置的關鍵是實現電壓的峰值檢測，尤其是過電壓的檢測。本文提出了一種基于單片機的過電壓檢測和峰值電壓檢測方法，實驗證明它滿足了對檢測的快速性和精確性的要求。

2系統硬件設計

系統硬件框架如圖1所示。在正常的情況下，220V的交流輸入電壓經過整流、濾波、DC/DC變換、穩壓電路后可得到一個穩定的輸出電壓，基本上是一個開關電源；當有過電壓時，過電壓信號經過過電壓檢測電路檢測和峰值電壓保持電路保持，控制電源回路，斷開正常工作的交流電路，同時通過計算機啟動備用電源工作，以及完成對過電壓的瞬時值和峰值的測量。

2.1過電壓檢測電路

過電壓對于電源來說是一個非常有害的信號，雷電等引起的瞬時高電壓如果不加遏制，直接由電源引入RTU（遠程終端設備）則會影響其電源模塊的正常工作，使各功能模塊的工作電壓升高而工作不正常，嚴重時會損壞模塊，燒壞元器件（IC）。典型過電壓形成的沖擊電壓脈沖如圖2所示。

過電壓保護的基本原理是在瞬態過程電壓發生的時侯（微稱或納秒級），通過過電壓檢測電路對這個信號進行檢測。過電壓檢測電路中主要的元件是壓敏電阻。壓敏電阻相當于很多串并聯在一起的雙向抑制二極管。電壓超過箝位電壓時，壓敏電阻導通；電壓低于箝位電壓時，壓敏電阻截止。這就是壓敏電阻的電壓箝位作用。壓敏電阻工作極為迅速，響應時間在納秒級。

過電壓檢測電路原理圖如圖3所示。當有過電壓信號產生時，壓敏電阻被擊穿，呈現低阻值甚至接近短路狀態，這樣在電流互感器的原級產生一個大電流，通過線圈互感作用在副級產生一個小電流，再通過精密電阻把電流信號轉變為電壓信號；這個信號輸入到電壓比較器LM393后，電壓比較器LM393輸出高電平，經過非門A輸出的控制脈沖1控制電源回路，斷開開關電源電路，啟動備用電源?？刂泼}沖2送到單片機的中斷中，單片機控制回咱啟動A/D轉換，采樣過電壓的瞬時值。

2.2峰值電壓采樣保持電路

峰值電壓采樣保持電路如圖4所示。峰值電壓采樣保持電路由一片采樣保持器芯片LF398和一塊電壓比較器LM311構成。LF398的輸出電壓和輸入電壓通過LM311進行比較，當Vi>V0時，LM311輸出高電平，送到LF398的邏輯控制端8腳，使LF398處于采樣狀態；當Vi達到峰值而下降時，Vi<V0，電壓比較器LM311輸出低電平，LF398的邏輯控制端置低電平，使LF398處于保持狀態。由于LM311采用集電極開路輸出，故需接上拉電阻。由過電壓檢測電路輸出端送來的脈沖控制電路開關的導通，沒有過電時采樣電容放電，否則采樣電路一直跟蹤峰值的變化。

2.3單片機控制回路

單片機控制回路如圖5所示。它的主要功能是完成對過電壓的瞬時值和峰值的檢測、過電壓次數的檢測、電源輸出電壓和電流的檢測，并通過鍵盤的操作顯示出各個檢測值的大??；同時通過485接口和上位機實現通訊，在有過電壓的時候通過控制回路啟動備用電源，實現對電源本身的保護。

3軟件設計

系統軟件主要由主程序、鍵盤掃描子程序、顯示子程序和通信子程序等組成。圖6是主程序流程圖。

主程序由初始化、看門狗置位、鍵盤掃描子程序、中斷子程序組成。主程序主要進行分配內存單元、設置串行口等器件的工作方式和參數，為系統正常工作創造條件。在主程序運行的過程中，通過按鍵可以顯示檢測的各個量的值；同時在系統過電壓和干擾信號產生時，液晶顯示屏會顯示提示信息，使電源實現“透明”，便于電源的管理。在本系統中，鍵盤采用的是由P1口組成的3×3行列矩陣式鍵盤。由于鍵盤程序的技術已經相當成熟，所以具體過程不做介紹。

圖5

篇8

關鍵詞：同步發電機；尖峰過電壓；保護方法；抑制器

中圖分類號：TM331 文獻標識碼：A

1 可控硅換相在勵磁系統交直流側出現尖峰過電壓的機理及危害在靜止可控硅勵磁系統中，勵磁電源輸出的大小由可控硅的導通角控制，在可控硅換相關斷過程中，由電路中激發起電磁能量的互相轉換和傳遞，其交流和直流側產生了尖峰過電壓。

對于換相尖峰電壓引起的勵磁故障，由于過電壓時間短（僅幾微秒），能量不集中，一般對絕緣形成不了直接擊穿，多為閃絡放電，形成非金屬擊穿，事故后絕緣能恢復，故障點不易查找。對于可控硅微秒級上升前沿的尖峰電壓來說，通過變壓器高低壓線圈的匝間雜散電容耦合也可產生感應過電壓或反射波疊加過電壓。在脈沖變壓器的一側是可控硅幾千伏的高壓電位，另一側是十幾伏的低壓電子線路，稍有一點電位擾動，就會從高壓側傳到低壓側，引起電子線路的紊亂。這種在高低壓懸殊的連接點、隔離點產生的感應過電壓也是非可控硅電源沒有的，所以勵磁故障多從脈沖變處產生、發展。對不動聲色這種過電壓曾經發現脈沖變發生擊穿，引起多次誤強勵和失磁故障。但更多的是故障發生后找不到脈沖變的擊穿點。

對于尖峰過電壓問題必須引起充分的重視，對已運行的機組，可加強尖峰過電壓的吸收，并對薄弱的局部加強絕緣，但最終應該用新的可靠的技術來解決問題。

目前東北電網公司白山發電廠采用的新型HK-LYB-2000型勵磁系統大能容尖峰過電壓抑制器對尖峰過電壓的抑制效果明顯，投運幾年來情況良好，為白山發電機組的安全運行，提供了可靠的保障。

2 HK-LYB-2000型大能容過電壓抑制器的組成：

2.1 裝置主要由高能容氧化鋅壓敏電阻和進口無感電阻、進口高耐壓電容經過詳細計算組合而成的綜合保護組合于一體的勵磁系統交直流側過電壓保護。

2.2 裝置配有特種熔斷器用來防止保護回路因老化擊穿造成的短路。

3 HK-LYB-2000大能容過電壓抑制器接線示意圖（見圖1）

4 HK-LYB-2000大能容過電壓抑制器的技術結論及主要優點

此裝置保護器件少，電阻發熱量小。一方面通過壓敏電阻降低過電壓的幅值，同時由特殊阻容保護降低過電壓的陡度。

按照這種方式整定的過電壓保護，可以保護勵磁變及可控硅不至于因電壓過高造成絕緣損壞。壓敏電阻過電壓保護，無法吸收可控硅換相過電壓的尖峰毛刺，不能降低過電壓的前沿陡度，必須采用組容吸收裝置加以限制。

采用高能氧化鋅壓敏電阻及特殊阻容保護相配合可以保護勵磁變及可控硅不至于因電壓過高造成絕緣損壞，同時利用電容穩壓和充電特性，吸收勵磁陽極過電壓尖峰毛刺，避免設備絕緣因尖峰電壓遭受軟擊穿。

該裝置體積小、造價低、使用壽命長、免維護運行等性能指標大大優于普通過壓保護。具有接線簡單、成本低、故障率低、易于實現、經濟實用之特點。

5 HK-LYB-2000大能容過電壓抑制器在電白山電廠應用效果對比試驗

白山電廠一期1-3F機，二期4-5F機，豐滿電廠11-12F機，都安裝了HK-LYB-2000大能容過電壓抑制器。

5.1 試驗接線圖（見圖2）：

圖2

5.2 試驗步驟：

5.2.1 未投入HK-LYB-2000型大能容尖峰過電壓抑制器交流陽極側電壓波形圖（空載額定）見圖3

陽極電壓有效值：159.8×5.78＝923.6V

陽極電壓尖峰值：U=0.8×200×5.78＝924.8V

5.2.2 投入HK-LYB-2000型大能容尖峰過電壓抑制器交流側電壓波形圖（空載額定）

陽極電壓有效值：159.8×5.78＝923.6V

陽極電壓尖峰值：U=0.4×100×5.78＝231.2V

投入HK-LYB-2000型大能容尖峰過電壓抑制器后陽極交流側尖峰過電壓下降:

(924.8V－231.2V)÷924.8V×100%＝ 75%

5.2.3 未投入HK-LYB-2000型大能容尖峰過電壓抑制器直流側電壓尖峰值：

U=13×（500÷5）＝1300V（未用分壓電阻）

5.2.4 投入HK-LYB-2000大能容過電壓抑制器

直流側電壓尖峰值：U=2×（500÷5）＝200V（未用分壓電阻）

投入HK-LYB-2000大能容過電壓抑制器后直流側尖峰下降:

(1300V－200V)÷1300V×100%＝84.6%

5.3 試驗結論

HK-LYB-2000大能容過電壓抑制器是目前為止對勵磁系統交流過電壓及尖峰過電壓吸收效果最好、安全系數最高的尖峰過電壓保護設備，并且適用于各種類型和容量的機組。

可以預見，該裝置將為我國采用靜止式可控硅自并勵勵磁系統設備的安全提供最有效可靠的保障。

參考文獻

篇9

關鍵字：電涌保護器防雷信息系統

Abstract: this paper briefly introduces the surge protector of the principle and the application of it in information system, how to the surge protector to information routes for the protection, also listed some items needing attention.

Key word: surge protector lightning protection information system

中圖分類號：TN948.61 文獻標識碼：A文章編號：

一、信息系統防雷概述

隨著社會的發展，網絡化的應用已經深入到方方面面，在網絡帶給人們便利的同時，由于自身的脆弱性時常遭受雷擊等過電壓造成的損壞，對于敏感部門如證券銀行如果發生網絡遭受雷擊損壞將會帶來巨大的經濟損失和社會責任壓力，因此對于網絡信息系統采取必要的雷電防護措施十分必要。對于電子信息設備而言，危害主要來自于由雷電引起的雷電電磁脈沖的耦合能量。

二、電涌保護器(Surge Protection Device)

電涌保護器是電子設備雷電防護中不可缺少的一種裝置，電涌保護器的作用是把竄入電力線、信號傳輸線的瞬時過電壓限制在設備或系統所能承受的電壓范圍內，或將強大的雷電流泄流入地，保護被保護的設備或系統不受沖擊而損壞。

2.1、SPD的分類：

按使用非線性元件的特性可分為以下三類：

（1）電壓開關型（Voltage switching type SPD）：無浪涌出現時，SPD呈高阻狀態；當沖擊電壓達到一定值時，SPD電阻突然下降為低值。常用的非線性元件有放電間隙，氣體放電管、開關型SPD。開關型SPD具有大通流容量的特點，適用于易遭受直接累計部位的雷電過電壓保護（即LPZ0A 區）。

（2）電壓限壓型SPD（Voltage limiting type SPD）：當沒有浪涌出現時，SPD呈高阻狀態；隨著沖擊電流及電壓的逐步提高，SPD的電阻持續下降。常用的非線性元件有壓敏電阻，瞬態抑制二極管。一般用于IEC所規定的直擊雷防護區（LPZ0B）、第一屏蔽防護區（LPZ1）、第二屏蔽防護區（LPZ2）的雷電過電壓保護。

（3）組合型SPD（Combination type SPD）：由電壓開關型元件和限壓型元件混合使用，隨著施加的沖擊電壓特性不同，SPD有時會呈現開關型SPD特征，有時會呈現限壓型SPD特征，有時同時呈現兩種特征。

2.2、SPD的基本元器件：

（1）放電間隙(又稱保護間隙)：

它一般由暴露在空氣中的兩根相隔一定間隙的金屬棒組成，其中一根金屬棒與所需保護設備的電源相線L1或零線（N）相連，另一根金屬棒與接地線(PE)相連接，當瞬時過電壓襲來時，間隙被擊穿，把一部分過電壓的電荷引入大地，避免了被保護設備上的電壓升高。

（2）氣體放電管

它是由相互離開的一對冷陰板封裝在充有一定的惰性氣體的玻璃管或陶瓷管內組成的。它可在直流和交流條件下使用，其所選用的直流放電電壓Udc分別如下：在直流條件下使用：Udc≥1.8U0（U0為線路正常工作的直流電壓）在交流條件下使用：U dc≥1.44Un(Un為線路正常工作的交流電壓有效值)

（3）壓敏電阻

它是以ZnO為主要成分的金屬氧化物半導體非線性電阻，當作用在其兩端的電壓達到一定數值后，電阻對電壓十分敏感。它的工作原理相當于多個半導體P-N的串并聯。壓敏電阻的特點是非線性特性好，通流容量大，常態泄漏電流小，殘壓低，對瞬時過電壓響應時間快，無續流。

（4）瞬態抑制二極管：

瞬態抑制二極管具有箝位限壓功能，它是工作在反向擊穿區，由于它具有箝位電壓低和動作響應快的優點，特別適合用作多級保護電路中的最末幾級保護元件。

三、信號線路系統的防護

3.1 過電壓的產生

網絡通訊系統中出現過電壓的主要原因是雷擊和開關操作及電源系統影響,而雷擊引起的過電壓又可分為:直擊雷過電壓、雷電感應過電壓和雷電入侵過電壓波。

（1）直擊雷過電壓雷電直接擊中地面上的物體(如建筑物、設備、傳輸導線等) ,通過它泄放雷電流時所產生的電壓降稱為直擊雷過電壓. 直擊雷過電壓低則幾十萬伏,高則幾千萬伏,所帶來的危害往往是災難性的,可能造成建筑物損壞,機毀人亡,甚至引起火災。

（2）雷電感應過電壓雷擊大地或地面上物體時,由雷電電磁脈沖的電磁感應或靜電感應電荷的擴散消失在導體上產生的電壓稱為感應雷過電壓. 當傳輸信號線路上出現感應雷過電壓波時,與線路相連的設備有可能被損壞。

（3）雷電入侵電壓波電力傳輸線和各種信號傳輸線上出現的直擊雷過電壓或感應雷過電壓都以行波的方式向機房傳播. 此外,雷擊時接地裝置上的高電位通過接地線引入機房.

3.2 防護措施

（1）進、出建筑物的信號傳輸線纜,應選用有金屬屏蔽層的電纜,并應埋地敷設,在各雷電防護區交界處,電纜金屬屏蔽層應做等電位連接. 各種電子信息設備機房的信號電纜內芯線相應端口,應安裝適配的信號SPD ,SPD 的接地端及電纜內芯的空線對應接地。

（2）信號系統采用屏蔽電纜時,電纜金屬外護層應做接地. 電纜內芯的相應端口應該安裝與信號系統參數適配的信號SPD ,SPD 的接地端及電纜內芯的空線對應做接地. 樓宇、工作機房的信號線纜應做結構化布線,在主機房或終端機房應設置符合規范規定的信號線路配線架、分線盒、終端用戶盒。

（3）信號線路SPD 接地端應與設備機房(或電子信息設備處) 內的局部等電位接地網絡相連接。

（4）信號線路SPD 應連接在被保護設備的信號端口上. SPD 輸出端與被保護設備的端口相連. SPD 也可以安裝在機柜內,固定在設備機架上或附近支撐物上。

四、信號SPD選用注意事項

4.1 分布電容

信號SPD 不管其內部元件是使用氣體放電管還是半導體放電管或壓敏電阻, 在信號線路與地線之間都或多或少存在著分布電容。對于高頻信號來說,這個分布電容成為旁路電容, 高頻信號會通過這個旁路電容旁路到地, 造成高頻信號的損失。在各種元件中, 氣體放電管的分布電容最小, 半導體放電管次之, 壓敏電阻最大。

4.2 帶寬

信號線的種類很多, 傳輸速率各不相同。不同的傳輸速率對信號帶寬的要求不同, 速率越高,要求的帶寬也越寬。另外, 不同的信號載波頻率對電路的帶寬也有不同的要求。通常, 低頻信號要求電路的幅頻特性是低通, 中頻信號一般是帶通, 而高頻信號則要求是高通或帶通。SPD 的帶寬既要滿足傳輸速率對信號帶寬的要求, 又要滿足載波頻率對電路帶寬的要求。如果SPD的帶寬不足, 會使得部分信號無法傳輸。

4.3 阻抗匹配

阻抗匹配也是影響信號傳輸的一個因素。如果SPD 的阻抗與線路不匹配, 就會在線路上產生反射波, 形成駐波, 造成信號功率的衰減。這一點對同軸電纜尤為重要。

4.4 工作電壓

傳輸信號的種類很多, 有模擬信號、數字信號,有控制信號、數據信號, 有音頻信號、視頻信號, 有低頻信號、高頻信號等。信號電壓不同, 對SPD 的標稱導通電壓有不同的要求。如果SPD 的標稱導通電壓過低, 會使SPD頻繁導通, 影響信號的通過, 也使SPD 容易損壞; 而標稱導通電壓過高, 又可能會使得雷電過電壓進入被保護設備, 起不到應有的防雷作用。

篇10

關鍵詞：電能計量表計;終端產品;運行可靠性

中圖分類號：TM933.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）03-0114-01

用電信息采集以及監測系統中的核心設備就是電能計量表計以及終端，該設備有測量瞬時值、計量電能、電能質量監測、需求量的計量和統計、記錄事件并主動上傳、本地通信、遠程通信、下行通信以及控制負荷等一系列功能，所得到的數據信息用于電力用戶以及供電單位之間進行電能計量并結算，方便用電管理。本文對電能計量表計以及終端產品常見故障進行了仔細分析，并提出了一些改進措施及可靠性設計方案。

1 電能計量表計及終端常見故障分析

1.1 電源故障

失效的情況，如圖1所示，源及主板損壞、燒表，電能計量表計及終端B、C兩相PT出現了燒壞，電源上的電容以及芯片燒炸，從外面采購的開關電源模塊發生了燒壞，限幅二極管以及貼片電感燒毀嚴重，計量電路板全部燒壞，終端電源中的限流電阻其表面被燒黑，但是壓敏電阻卻未損壞。

1.1.1 失效原因分析

經過初步的分析認為電壓高、能量大、過壓燒表等都是雷擊造成的。不管是哪個電路發生了燒毀都會出現能量泄放回路，這就會對回路中的所有器件造成不同程度的損傷。對返回的故障表進行分析可知，高壓竄入存在2個回路，分別為表內PT以及電源模塊，計量板和PT全部被損壞，但是電源模塊卻只有部分被損壞，由此可以推斷高壓從表內PT竄入的概率比較大。

PT出現損壞但是PT串聯電阻沒有出現損壞的原因分析：PT受到鐵損和銅損的影響，而銅損又受到電流的影響，發熱量隨著電流的增大而增大，鐵損又被稱為渦流損耗，和磁感應強度以及電源頻率有關。雷電的磁感應強度非常大，所以PT發生燒損不但和電流存在關系，還受鐵損的影響，但是電阻發熱只受到電流的影響，這就是為什么只有PT出現損壞而PT串聯電阻沒有出現損壞的原因。

貼片電感在燒斷的時候造成非常高的過壓，而過壓使得邏輯板上的電容和芯片出現損壞;原因在于終端內PT的初級以及次級線圈比都為1：1，并且線圈匝數非常多，一旦次級突然開路，則會出現非常高的反沖過壓，另外初級輸入電壓又很高，最終使得反沖過壓過高，邏輯板上那些燒壞的芯片和電容可以證明過壓的存在。

1.1.2 改進措施

由于雷電過壓造成的破壞是不可避免的，在安裝調試終端的時候，必須做好相應的防雷手段，確保變壓器接地可靠，裝設性能優良的防雷器;另外終端在線和線中間應該裝設壓敏電阻，建議降低終端內PT的變比。

1.2 遠程通信故障

通訊模塊出現故障也較常見，如CDMA終端中出現了模塊損壞，部分終端在更換損壞模塊正常運行一段時間之后模塊又被損壞。

1.2.1 失效分析

引起模塊損壞最重要的因素在于模塊終端在不停撥號，使得模塊內部在不停地復位。終端在處理過程中，一個撥號周期由很多環節組成：通訊模塊的初始化，交換聯通數據信息，獲得IP地址。這其中的任何一個環節出現失敗，都是使得通訊模塊復位。

1.2.2 改進措施

①使用容量更大的路由器，容量應該超過終端數的25%，另外也可以提升驗證服務器的工作效率，強化相關配置使其能夠處理大量終端并且發放認證，提升驗證路由器的工作性能;②現場終端使用dormant形式，如果沒有通訊的時候物理鏈路進行釋放;③對終端通訊處理流程進行優化，盡力確保模塊的安全，在最大限度上延長模塊的使用周期。

2 電能計量表計及終端可靠性設計

2.1 抵抗雷擊設計

為確保電能計量表計及終端的安全，必須采取一定的防雷保護措施。電源部分可以使用壓敏電阻、限流電阻。抵抗雷擊設計，如圖2所示，可以看出壓敏電阻可以對電源浪涌起到非常好的保護效果;由于浪涌造成的大電流熱敏電阻可以起到一定的保護作用;2路RS485用到的電源和主電源之間完全被隔離，這樣就確保了在主電源回路中產生的浪涌不會對RS485回路造成任何影響。

2.2 數據冗余設計

在規劃電能存儲的EEPROM資源的時候必須要留出3倍冗余數據空間，在4個完全不相干的EEPROM區域中寫入電能數據。為了使得數據的安全性得到保障，以提升在錯誤操作下相關數據信息留存的機率，應該盡可能的分散分布冗余數據存儲空間。在使用這些數據信息時，認真檢查各組數據，防止發生程序跑飛時的時候將各組備份數據同時寫入。

2.3 抵抗沖擊電流設計

電能計量表計及終端在正常運行的過程經常會出現短路故障，一旦發生斷裂故障在瞬間便會引起幾千安的沖擊電流，現階段在現場已經裝設了斷路器跳閘保護裝置，然后斷路器存在20 ms的時間延遲，就在這20 ms的時間內，沖擊電流就很有可能將表計及終端破壞。為了避免這種情況的出現，首先需要做的就是提升采樣電阻的功率值，另外就是對其采取一定的保護措施，如圖3所示，R113、R101以及R102都是0805封裝，表內CT一次側出現過流的時候不會對其造成影響;表內CT的初級線圈橫截面積非常大，這樣在過大電流的時候可以保護CT不被損壞。

3 結 語

本文探討了提升電能計量表計及終端可靠性設計的措施，對電能計量表計及終端經常發生的故障進行了分析，然后在此基礎山提出了一些實用性的解決措施。相信在采取上述措施之后產品的可靠性可以得到一定的提升。

參考文獻：

[1] 盧晗.淺議電能計量裝置可靠性運行的管理[J].技術與市場，2012，（10）.