电涌电压的成因

何为电涌电压?电涌电压是如何产生的?电涌电压如何进入设备和系统?您可能想要弄清这些问题。以下将为您介绍电涌电压技术的相关知识。

成因

电涌电压通常转瞬即逝。因此电涌电压又被称为瞬态电压或瞬压。电压上升只需要几微秒,而之后的下降则相对缓慢,最多需要100微秒。

电涌电压的成因包括:

雷电放电的技术术语是LEMP。意为雷电电磁脉冲。

雷暴中发生的雷电放电会引起极高的瞬态过电压。这大大高于开关操作和静电放电引起的电涌电压。但是,其发生频率远远低于其他原因引起的电涌电压。

开关操作的英文缩写为SEMP。意为开关电磁脉冲。

在此,开关操作可以理解为接通或断开大型负载或供电电网发生短路。此类操作中,从受影响电缆中通过的电流量可在瞬间发生重大变化。

静电放电的英文缩写为ESD。

当静电势不同的两个物体互相靠近或发生接触时,会发生放电并传输。常见的例子就是,人走过全铺式地毯会带上电荷,然后握住接地的金属物体(如金属栏杆)时会释放电荷。

耦合类型

电涌电通过各种方式进入电路。这些方式称为耦合类型。

电流耦合(左)、电感耦合(中)、电容耦合(右)

电流耦合(左)、电感耦合(中)、电容耦合(右)

指直接耦合入电路的电涌电压。如发生雷击时可以观察到这一现象。此时,楼宇接地电阻上雷电流的高振幅导致电涌电压产生。

电涌电压会影响所有与中心等电位连接的电缆。传输雷电电流的导线中也会产生电涌电压。因为电流上升率较大,可推断出电涌电压主要由电缆电阻的导电元件引起。法拉第电磁感应定律可用作计算法则:u0 = L x di/dt。

根据互感器原理,通过另一条载流导线的磁场产生电感耦合。直接耦合的电涌电压在受影响的导线中引起增速极快的电涌电流。

同时,在导线周围形成同样强度的磁场,相当于互感器的初级绕组。磁场在受其影响的其他导线中引起电涌电压,相当于互感器的二次绕组。耦合的电涌电压通过电缆路径到达所连设备。

这种类型的耦合是由于电势差较大的两点之间存在电场而产生的。发生雷击后,通过防雷保护器的引下线产生高电位。在引下线和其他低电位部件之间产生电场。

这些部件包括传输电源和信号的电缆或室内设备。电荷间的相互作用通过电场传递。从而导致电压上升或最终在受影响的电缆和设备内产生电涌电压。

电涌电压的作用方向

电涌电压通过两个方向对电路产生影响。

共模电压(左)和差模电压(右)

共模电压(左)和差模电压(右)

带电导线和大地之间发生电涌电压或高频干扰电压时,产生共模电压[UL]。也称为不对称电压。

不对称电压主要影响位于带电电位和接地点之间的元件,以及带电电位和大地之间的绝缘体。这会导致PCB或带电装置和接地壳体部件之间产生火花放电。

电路的带电导线之间产生电涌电压或高频干扰电压时,产生差模电压[UQ]。也称为对称电压。

对称电压会影响设备和接口的电压和信号输入。从而导致受影响装置(如电源或信号处理元件)过载或损坏。

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