電路在遭雷擊和在接通、斷開電感負載或大型負載時常常會產生很高的操作過電壓，這種瞬時過電壓（或過電流）稱為浪涌電壓（或浪涌電流），是一種瞬變干擾。例如直流6V繼電器線圈斷開時會出現300V～600V的浪涌電壓；接通白熾燈時會出現8～10倍額定電流的浪涌電流；當接通大型容性負載如補償電容器組時，常會出現大的浪涌電流衝擊，使得電源電壓突然降低；當切斷空載變壓器時也會出現高達額定電壓8～10倍的操作過電壓。浪涌電壓現象日趨嚴重地危及自動化設備安全工作，消除浪涌噪聲干擾、防止浪涌損害一直是關係到自動化設備安全可靠運行的核心問題。現代電子設備集成化程度在不斷提高，但是它們的抗禦浪涌電壓能力卻在下降。在多數情況下，浪涌電壓會損壞電路及其部件，其損壞程度與元器件的耐壓強度密切相關，並且與電路中可以轉換的能量相關。
基本介紹
產生原因,危害,浪涌保護,浪涌電壓保護機理,浪涌保護器,
產生原因
浪涌也叫突波，就是超出正常電壓的瞬間過電壓，一般指電網中出現的短時間象“浪”一樣的高電壓引起的大電流。從本質上講，浪涌就是發生在僅僅百萬上之一秒內的一種劇烈脈衝。浪涌電壓的產生原因有兩個，一個是雷電，另一個是電網上的大型負荷接通或斷開(包括補償電容的投切)時產生的。
（1）雷電是自然界發生的極為強烈的電磁暫態過程。主要通過兩個個渠道對電力自動化設備產生影響。一是雷電直接擊中變電站或調度中心的避雷針、避雷線，產生的瞬變電磁場對周圍空間範圍的電子設備的電磁作用，對封閉的金屬迴路產生壓電流，對開口的金屬迴路產生感應電動勢。由於雷電電磁脈衝的作用十分強烈，感生的電壓可能很高。經地線泄放入地的雷電流引起地網電壓升高，在接地系統中各接地點間產生很大的電壓差，它們都可能對自動化設備造成干擾，輕則影響正常運行，嚴重的則會引起設備損壞。二是雷電線上路上空的雷雲之間放電，或對線路附近的大地放電，都會使線路因電磁感應產生雷電衝擊波或浪涌電壓，這種衝擊波會沿著線路入侵到與之相連拉電力自動化設備，造成工作錯誤或設備損壞。若雷電直接擊中線路時，產生的浪涌電壓更為強烈，危害更大。
（2）當某些大容量的電氣設備接通或斷開時間，由於電網中存在電感，將在電網產生“浪涌電壓”，從而引發浪涌電流。一般不管設備容量大小，都會存在浪涌電壓，問題是小容量的設備產生的浪涌電壓較小，不會產生多大的危害，因此常常被人們所忽略。在脫線變換器啟動期間，因對大容量電容器充電會產生一個大電流。這個大電流比系統正常電流大幾倍乃至幾十倍(即所謂浪涌電流)，而這可能使AC線路的電壓降落，從而影響連線在同一AC線路上的所有設備的運行，有時會燒斷保險絲和整流二極體等元件。操作方式和故障形式的多樣性決定了操作過電壓的不同類別，主要有：中性點不接地系統中的弧光接地過電壓，空載線路的合閘過電壓，空載線路、空載母線和電容器分閘時的開斷電容負載過電壓，空載變壓器、電抗器和電動機分閘時的開斷電感負載過電壓等等。
危害
浪涌包括浪涌衝擊、電流衝擊和功率衝擊，可分為由雷擊引起的浪涌以及電氣系統內部產生的操作浪涌。出現在建築物內的浪涌從近kV到幾十kV，如不加以限制會導致：引起電子設備的誤動；電源設備和貴重的計算機及各種硬體設備的損壞，造成直接經濟損失；在電子晶片中留下潛伏性的隱患，使電子設備運行不穩定和老化加速。
現在，人們越來越關注浪涌電壓對製造系統、信息系統造成的影響。這主要是因為，現代工業的核心是自動化，自動化依靠計算機(常用就是PLC，這是一種通用的工業計算機)來控制。計算機對於浪涌電壓十分敏感。浪涌電壓是導致計算機誤動作、數據丟失的主要原因。浪涌電壓也會導致計算機軟損傷，軟損傷就是計算機受到浪涌電壓作用後，可靠性降低，壽命縮短。浪涌電壓導致現代化製造系統出現的故障主要包括：
（1） 存儲器內數據丟失
（2） I/O接口電路復位，導致控制過程中斷
（3） 線路板上的器件損壞
（4） 預置的校準值漂移
（5） 程式跑飛、系統死鎖
（6） 變頻器、直流電機驅動器等的輸入整流模組故障
（7） 控制器發出錯誤指令，導致系統誤動作
浪涌保護
浪涌防護是現代製造系統、信息系統中必須考慮的問題。需要注意的是，浪涌保護的標準也發生了巨大的變化。傳統的浪涌保護措施，只要保護電氣設備的絕緣不被浪涌電壓損壞即可。而現代浪涌保護措施，要確保控制系統、信息系統在浪涌電壓的條件下，不會出現誤動作。最近，發生在高鐵上的重大事故，據說是因為天氣惡劣，導致信號系統出現誤動作。這有可能是雷電導致的浪涌電壓使信號系統出現誤動作。因此，在進行現代化的自動系統集成時，必須充分考慮浪涌電壓的防護。能夠對自動控制系統和信息系統提供可靠浪涌保護的設備叫做“正弦波跟蹤浪涌保護器”。使用這種設備，不僅能夠保護電氣設備的絕緣不被損壞，還能夠保證控制設備、信息設備的可靠工作。事實證明，在浪涌保護方面的投資會通過減少設備損壞、降低維護成本、延長系統正常工作時間等途徑很快收回。從維護系統的安全可靠運行的角度，安裝浪涌保護器是十分必要的。
浪涌電壓保護機理
浪涌電壓保護的基本要求是：在電路沒有干擾時，不影響設備的正常運行；工作電路中一旦有浪電壓侵入時，將浪涌電壓抑制在設備可接受的閾值範圍內，保證設備有受到浪涌干擾時的正常運行，並且防止電路元器件和系統的損壞。從電路聯接關係的角度來看，保護的方式有兩種，一是將設備從受干擾的工作電路中斷開，二是給浪涌電壓提供泄放通道，最終使浪涌電壓不作用到被保護的設備上。由於保護器件在系統正常工作和浪涌干擾時所表現出的電氣性能完全不同，保護器件的伏安特性必須具有強烈的非線性特徵。而對於一般的元器件，其電阻基本不隨運行工況的改變而變化，其伏安特性表現出良好的線性特徵。
有一類元件，當其兩端電壓差在正常範圍內時，電阻很大，幾乎沒有電流通過；一旦元件兩端電壓差增大到一定的門檻值時，電阻迅速減少，幾乎為零。利用這類元件可以做成並聯型浪涌保護器，從而保護了設備。實際上，浪涌侵入時保護器不可能完全呈短路狀態，兩端電壓也不可能達到零，只能達到一個較小的值，稱作箝位電壓，只要這個箝位電壓小於被保護設備的安全電壓，就能有效地保護設備。
另外有一類元件則具有相反的非線性特徵，在正常工作電壓下，電阻幾乎完全為零，當控制電壓（信號電壓或電源電壓）達到一定的門檻值時，元件馬上呈現出很大的電阻值，利用這類元件可以做成串聯型浪涌保護器。由於其呈現出高阻態，電路相當於斷開，使被保護設備免遭浪涌電壓的侵入。
根據IEC組織提出的DBSG的基本方法，電子信息系統雷電及浪涌的防護應當採取以下六大技術措施：（1）直擊雷防護、（2）禁止和隔離、（3）合理布線、（4）等電位連線、（5）共用接地、（6）安裝使用浪涌保護器。 在一個完善的電子信息系統防雷工程中，這六個防護措施都應當考慮。但是目前最薄弱的就是安裝使用浪涌保護器（SPD）。
浪涌保護器
浪涌保護器（SPD）是用來限制瞬態過電壓及泄放相應瞬態過電流，保護電子電氣設備安全的裝置，又可稱為電涌保護器（或防雷器、防雷保全器、避雷器等）。它至少應含有一個非線性元件。浪涌保護器實際上也是一種等電位連線器。通過對一個被保護系統科學合理地使用浪涌保護器，可以使系統內所有安裝浪涌保護器的各設備連線埠，在雷電和浪涌衝擊的瞬間實現均壓或者相互等電位，從而避免系統內有害的瞬時電位差，保證整個系統的運行安全。
目前的浪涌保護器主要由氣體放電管、固體放電管、放電間隙、壓敏電阻、快恢復二極體、瞬態抑制二極體、晶閘管、溫度保險絲、快速熔絲、高低通濾波器等器件，根據不同電壓、電流、功率、頻率、傳輸速率、駐波係數、插損、頻寬、阻抗等要求，採用不同形式的電路而製成。浪涌保護器一般分為兩大類：（1）電源浪涌保護器（又可分為交流和直流浪涌保護器）（2）信號浪涌保護器（又可分為過程控制、通用信號以及天饋線路浪涌保護器）
交流配電系統耐衝擊電壓類別以及用浪涌保護器分級保護示意圖如下：
由於雷擊的能量是非常巨大的，需要通過分級泄放的方法，將雷擊能量逐步泄放到大地。第一級防雷器可以對於直接雷擊電流進行泄放，或者當電源傳輸線路遭受直接雷擊時傳導的巨大能量進行泄放，對於有可能發生直接雷擊的地方，必須進行CLASS—I的防雷。第二級防雷器是針對前級防雷器的殘餘電壓以及區內感應雷擊的防護設備，對於前級發生較大雷擊能量吸收時，仍有一部分對設備或第三級防雷器而言是相當巨大的能量會傳導過來，需要第二級防雷器進一步吸收。同時，經過第一級防雷器的傳輸線路也會感應雷擊電磁脈衝輻射LEMP，當線路足夠長感應雷的能量就變得足夠大，需要第二級防雷器進一步對雷擊能量實施泄放。第三級防雷器是對LEMP和通過第二級防雷器的殘餘雷擊能量進行保護。
1、第一級保護
目的是防止浪涌電壓直接從LPZ0區傳導進入LPZ1區，將數萬至數十萬伏的浪涌電壓限制到2500—3000V。 入戶電力變壓器低壓側安裝的電源防雷器作為第一級保護時應為三相電壓開關型電源防雷器，其雷電通流量不應低於60KA。該級電源防雷器應是連線在用戶供電系統入口進線各相和大地之間的大容量電源防雷器。一般要求該級電源防雷器具備每相100KA以上的最大衝擊容量，要求的限制電壓小於1500V，稱之為CLASS I級電源防雷器。這些電磁防雷器是專為承受雷電和感應雷擊的大電流以及吸引高能量浪涌而設計的，可將大量的浪涌電流分流到大地。它們僅提供限制電壓（衝擊電流流過電源防雷器時，線路上出現的最大電壓稱為限制電壓）為中等級別的保護，因為CLASS I級保護器主要是對大浪涌電流進行吸收，僅靠它們是不能完全保護供電系統內部的敏感 用電設備的。 第一級電源防雷器可防範10/350μs、100KA的雷電波，達到IEC規定的最高防護標準。其技術參考為：雷電通流量大於或等於100KA（10/350μs）；殘壓值不大於2.5KV；回響時間小於或等於100ns。
2、第二級防護
目的是進一步將通過第一級防雷器的殘餘浪涌電壓的值限制到1500—2000V，對LPZ1—LPZ2實施等電位連線。分配電櫃線路輸出的電源防雷器作為第二級保護時應為限壓型電源防雷器，其雷電流容量不應低於20KA，應安裝在向重要或敏感用電設備供電的分路配電處。這些電源防雷器對於通過了用戶供電入口處浪涌放電器的剩餘浪涌能量進行更完善的吸收，對於瞬態過電壓具有極好的抑制作用。該處使用的電源防雷器要求的最大衝擊容量為每相45kA以上，要求的限制電壓應小於1200V，稱之為CLASS II級電源防雷器。一般用戶供電系統做到第二級保護就可以達到用電設備運行的要求了。第二級電源防雷器採用C類保護器進行相—中、相—地以及中—地的全模式保護，主要技術參數為：雷電通流容量大於或等於40KA(8/20μs)；殘壓峰值不大於1000V；回響時間不大於25ns。
3、第三級保護
目的是最終保護設備的手段，將殘餘浪涌電壓的值降低到1000V以內，使浪涌的能量有致損壞設備。在電子信息設備交流電源進線端安裝的電源防雷器作為第三級保護時應為串聯式限壓型電源防雷器，其雷電通流容量不應低於10KA。最後的防線可在用電設備內部電源部分採用一個內置式的電源防雷器，以達到完全消除微小的瞬態過電壓的目的。該處使用的電源防雷器要求的最大衝擊容量為每相20KA或更低一些，要求的限制電壓應小於1000V。對於一些特別重要或特別敏感的電子設備具備第三級保護是必要的，同時也可以保護用電設備免受系統內部產生的瞬態過電壓影響。對於微波通信設備、移動機站通信設備及雷達設備等使用的整流電源，宜視其工作電壓的保護需要分別選用工作電壓適配的直流電源防雷器作為末級保護。
4、第四級及四級以上保護
根據被保護設備的耐壓等級，假如兩級防雷就可以做到限制電壓低於設備的耐壓水平，就只需要做兩級保護，假如設備的耐壓水平較低，可能需要四級甚至更多級的保護。第四級保護其雷電通流容量不應低於5KA。
