電湧電壓產生的原因

電湧電壓究竟是什麼?電湧電壓如何產生?電湧電壓如何進入您的設備和系統?您可能對這些問題感到疑惑不解。下列頁面提供了有關突波保護技術的綜合資訊。

原因

電湧電壓僅會出現很短時間。因此電湧電壓也稱瞬態電壓或瞬態。這種電壓上升時間極短,僅幾毫秒,隨後便下降,下降速度相對較慢,最多可達 100 毫秒。

電湧電壓發生原因如下:

用於雷擊放電的技術術語是 LEMP。這表示雷擊電磁脈衝。

風暴過程中的雷擊放電會導致極高的瞬態過電壓。這種電壓遠高於開關操作或靜電放電導致的電湧電壓。但是,相比其他導致電湧電壓的原因,這種情況很少發生。

表示開關操作引發的電湧電壓的縮寫是 SEMP。其含義為開關電磁脈衝。

在這種情況下,開關操作是指大功率機械的開關,或供電網路短路。這種操作過程中,受影響的電纜中會在瞬間產生明顯的電流變化。

縮寫 ESD 指靜電放電。

在這種情況下,帶不同靜電極性的帶電體相互靠近或相互接觸。這種情況的一個常見示例是人在走過全室地毯時,即帶上電荷,隨後對接地的金屬物體如金屬軌道放電。

耦合類型

電湧電壓進入電路有多種方式。這些方式稱作耦合類型。

電阻耦合(左)、電感耦合(中)和電容耦合(右)

電阻耦合(左)、電感耦合(中)和電容耦合(右)

這是指直接耦合到電路中的電湧電壓。這種電壓可以在雷擊的情況下觀察到。這種情況下,雷擊電流在受影響的建築物的接地電阻的作用下產生的振幅會引起電湧電壓。

這種電壓會影響所有連接到中心等電位連接的電纜。電湧電壓也會沿傳導雷擊電流的導線產生。由於電流提升很快,這種電湧電壓大部分可追溯到電纜電阻的電感組件。法拉第感應定律用於計算此值:u0 = L x di/dt。

這一過程通過另一根攜帶電流的導線的磁場產生,遵循變壓器原理。直接耦合的電湧電壓會在受影響導線中產生快速升高的電湧電流。

同時,導線周圍會產生強磁場,如同變壓器初級繞組的情況。磁場會在附近的另一根電纜中引發電湧電壓,如同變壓器次級繞組的情況。這種耦合電湧電壓沿電纜傳導到連接的設備上。

這種類型的初級耦合通過具有大電位差的兩點之間的電場產生。雷擊會導致高電位通過雷擊保護裝置的引下線產生。引下線和其他低電位部件之間會產生電場。

這類部件可能為電源電纜、訊號傳輸電纜或建築內的設備。電荷通過電場傳遞。這會導致受影響的電纜和設備電壓上升,最終會導致電湧電壓。

電湧電壓的作用方向

電湧電壓在受影響的電路中沿兩個方向作用。

共模電壓(左)及正常模式電壓(右)

共模電壓(左)及正常模式電壓(右)

共模電壓 [UL] 在有效導體和地面之間的電湧電壓或高頻干擾電壓導致干擾時出現。通常還使用非對稱這一術語。

非對稱電壓主要損害位於活動電位和接地地面之間的組件,還會損害活動電位和地面間的絕緣。這會導致 PCB 中產生火花放電,或在攜帶電壓的設備和接地外殼部件間產生火花放電。

正常模式電壓 [UQ] 在電路的有效導體之間的電湧電壓或高頻干擾電壓導致干擾時出現。通常使用的術語還有對稱和差模。

對稱電湧電壓會損害設備和介面的電壓訊號輸入。這會導致受影響設備直接超載和毀壞,受影響設備的示例包括電源或訊號處理組件。

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