串联模式浪涌抑制的好处

时间:2009/03/15 来源:专业视听网

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    引言
    在所有的现代建筑中,存在多种瞬态电气噪声,它们来自电动机、HVAC设备、复印机、电动工具等等。建筑物电源系统传递的浪涌能量也可能导致外部电源,如临近的照明系统的罢工。为了最小化因电气浪涌和意外故障条件造成的对个人和设备的伤害,美国国家电气法规(NEC)规定,在建筑物电气系统中暴露的电气设备都要连接(绑定)在一起,并最终跟在电气引入线的地,“建筑物地”连接在一起。这个要求是通过建筑物设备接地系统解决的。
    设备接地(EG)系统把导管、电线管和专用设备地导体与分支电路的高压导体和中性导体结合起来。在电气插座中,通过“U地”接触(通常指的是“绿线”),做到了与EG系统的连接。只要插入进去,电气设备(计算机、音响系统等等)的安装就自动地“接地”并因此尽可能保证非技术人员操作的安全性。
    正规设备的互连创造了“接地环”
    通过网络电缆(其中结合了专用的信号和屏蔽“接地”导体)对已接地电子设备组之间进行互连是常见的事情。电源线上的浪涌能量通过感性耦合进入由这些多个“地”连接形成的“地环路”是不可避免的,因为电流将在任何导电路径(环路)中流动,这些导电路径暴露在与临近电源导体和电气设备相关的磁场中。结果通常表现为音响系统中的噪声以及许多神秘的计算机网络问题:从数据崩溃到接口器件的灾难性故障,并且,在涉及具有Pin-i问题[1]的设备安装中,问题特别明显。
    人们通常认为,浪涌抑制器件(限制浪涌能量幅度的器件)可能可以解决这些问题。遍及整个建筑物可以在不同的设备处安装具有内部“旁路模式”电路的电源“插座板”。如果你发现这些努力的最终结果根本没有差异,或“改进”模糊不清,甚至使原有的问题恶化,这或许令人惊讶,但是,并不是不同寻常的。在一些情况下,最初实现的“改进”在经过一段时间之后莫名其妙不可预知地消失了。
    旁路模式浪涌抑制器
    旁路模式浪涌抑制器的工作方式是:改变(旁路)作用于相关EG导体上的进来的浪涌能量的方向,让本地地参考电势上升导致的电流通过电路的阻抗路径回到建筑物的地。对于长度超过几英尺的接地路径,这个阻抗可能是重要的,会导致相对于建筑物其它区域“地”的大电压。在出现浪涌电压的时候,任何及所有连接到旁路模式浪涌保护器件的设备将因此经历其本地EG参考电势的突然上升。对于没有联网的孤立应用,这可能是一个理论问题。然而,下面描述的其它缺点却被认为是更为严重的问题。
    金属氧化物变容管(MOV)
    在几乎所有的旁路模式浪涌抑制器中,把进来的浪涌能量的方向改变为流向EG导体的主要元器件就是金属氧化物变容管(MOV),它展示“固定箝位电压”的特性;当电压高于箝位电压时,MOV快速地从实际上开路变为低阻导体。对于持续时间不超过几毫秒的瞬态浪涌,在MOV中导致的功耗是可以容忍的。然而,在持续过压的条件下,任何大的持续时间都会导致MOV快速变热,然后,要么永久性地还原到不导电状态,要么就可能导致火灾这样的灾难性故障。
    如果不考虑成本或制造商的话,随着时间的推移,重复浪涌的累计效应将最终造成MOV出现这样或那样的失效。最近,根据UL 1449-2第二版规范制造的基于MOV的浪涌抑制器采用了一个保险丝单元,在出现灾难性的MOV故障的事件中,它会切断电源。较老式的基于MOV的器件不具备这种功能,然而,非灾难性MOV故障却把附上的设备完全处于未受保护状态,通常业主对此一无所知。为了确保连续的安全操作,基于MOV的浪涌保护器件应该定期进行测试。
    在设备网络中的旁路模式浪涌抑制
    如果遇到“受旁路模式浪涌保护”的设备通过网络电缆被连接到建筑物其它地方的其它设备上,那并不是不常见的现象,不论是出于什么原因没有被连接到旁路浪涌抑制器上。在出现浪涌事件期间,未受保护的设备将很少受冲击,即便地参考电势上升;同时,受保护的设备会遭受突然冲击,其地参考电势常常上升很大。由于旁路模式浪涌抑制器仅仅被用于一台或几台设备,而不是所有在网络中涉及的设备,这就会导致网络电缆接地还中的浪涌电流急剧增加。在所有的设备处安装同样的旁路模式浪涌抑制器可能降低这种问题的幅度,但是,仅仅在噪声能量被旁路进去的每一个地路径的阻抗方面是相同的;这种条件在最小的系统中存在,在所有的系统中不一定存在。
    串联模式的替代方案
    SurgeX串联模式浪涌抑制器首先担当滤波器的角色,简单地屏蔽电源线浪涌的高频成分。剩下的低频浪涌能量被转向一段电容之中,浪涌能量在期持续时间内都存储在电容中,然后,不涉及任何与设备地的连接,就通过输入的火线和零线慢慢地把能量释放回去。SurgeX串联模式浪涌抑制器因而能被放置在沿着电源电路的任何地方,不存在旁路模式浪涌保护器件中地参考电势上升的问题。
    SurgeX串联模式浪涌抑制器结合了“浮动箝位电压”电路,它将使器件能够承受持续时间无限长的过压条件,而不破坏性能或使性能退化,并且符合UL认证的A-1-1浪涌耐久性规范,这是最高可能的额定可用规范[2]。最重要的是,SurgeX串联模式浪涌抑制器不会牺牲任何种类的元器件,有效地保证了无限的服务寿命,不需要进行测试和/或周期性地维护。
    总结
    在浪涌事件期间,位于分支电路的设备负载端的旁路模式浪涌抑制器将引起本地地参考电势的增加,不论制造商和/或价格如何。在这些器件的使用过程中,由于会牺牲关键元器件的特性,如果不做定期的测试的话,就无法保证长期的保护。
    SurgeX串联模式浪涌抑制器不需要定期维护或测试,不论它们被安装在电气电源系统的什么位置,在出现浪涌期间,都不会造成本地设备地参考电势的上升。在实际电源线浪涌保护中确实是一个质的飞跃!

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