电路中浪涌的产生原因可以归结为外部原因和内部原因两大类。
一、外部原因雷电现象:
直击雷:直接雷击中地上建筑物时,瞬间能量巨大,对电力和电气线路上产生强大的瞬态过电压和过电流。这种直接雷击造成的浪涌尤为严重,尤其是在雷击击中靠近用户进线口架空输电线时,电压可上升到几十万伏特,雷电电流在电力线上传输的距离可达一公里或更远,峰值电流可达100kA或以上。
感应雷:雷击闪电产生的高速变化的强大电磁场,会在导体上感应出很高的过电压。间接雷击和内部浪涌发生的概率较高,且绝大部分的用电设备损坏与其有关。
传导浪涌:由远处的架空线传导而来的浪涌,由于接在电力网的设备对过电压有不同的抑制能力,因此传导过电压能量随线路的延长而减弱。
振荡电涌过电压:在TT、TN供电系统中,当出现单相接地故障的瞬间,由于高频率的成分出现谐振,在线路上产生很高的过电压,主要损坏二次仪表。
电网波动:电网的不稳定,如电压的突然升高或降低,可能是由于电网负载的快速变化或电网故障引起的。
电磁干扰(EMI):外部电磁场的变化,如无线电发射、电力设备操作等,可能在电路中感应出电压或电流的突变。
自然灾害:如地震、洪水等自然灾害可能破坏电网设施,导致电压和电流的异常波动。
二、内部原因供电系统内部的设备启停:如大型电动机、水泵的启停,电焊机的运行,补偿调整电容系统中的调节,重载可控硅负载的运行等,这些供电系统中产生的工作浪涌中击电流也可高达100KA数量级,峰值电压最高可达6000V。
供电网络运行的故障:如高压线路的短路故障,高压变压器的投入或切除等,也会引起电路中的浪涌。
开关操作:电路中的开关设备,如继电器、接触器等,在切换时可能产生电弧,导致电压或电流的瞬变,从而引发浪涌。
负载变化:电路负载的快速变化,如短时内大量设备的开启或关闭,会引起电流的急剧变化,这些变化可能会导致电路中浪涌的产生。
设备故障:电路中的设备,如电容器、保险丝等,由于故障可能突然释放能量,产生浪涌。
末端负载间的瞬间浪涌:如激光打印机开启,静电放电、继电器、开关、电磁闸、变频调速器引起的线路间干扰,末端负载过流短路故障甚至复印机的运行等,这些引起的工作浪涌电压峰值也高达5000V,冲击电流有几百安培数量级。
我们采取相应的防护措施,如使用浪涌保护器、优化电路设计、改善电源质量等,以保护电路和设备免受浪涌的损害。
浪涌对继电器的伤害主要体现在以下几个方面:
继电器触点的烧蚀:
当浪涌电流通过继电器触点时,会导致触点表面温度瞬间骤升。这种高温状态会引起触点表面材料的蒸发和烧蚀,进而影响触点的正常接触和断开功能。
继电器触点氧化:
浪涌电流会使得继电器触点及线圈产生电弧和电波。这些电弧和电波在触点周围产生高温区,导致触点材料氧化腐蚀。此外,触点间的电弧还可能导致触点粘着和焊接,使得继电器无法正常工作。
线圈故障:
浪涌电压同样会对继电器线圈产生影响。由于浪涌电压的瞬间高压特性,可能导致线圈绝缘击穿或线圈短路。这种情况下,继电器将无法正常工作,甚至可能损坏。
触点粘连:
在实际使用过程中,继电器触点所接入的负载回路在通断电瞬间可能产生瞬态过压或过流。这种瞬态大电流即浪涌电流会远远超过继电器触点的额定带载能力。触点间浪涌电流的热作用可能导致触点表面部分材料熔化,冷却后熔化材料凝固,使触点熔焊在一起,造成继电器失效。
降低继电器寿命:
浪涌对继电器的损害不仅限于上述几个方面,它还会对继电器的整体性能和寿命产生影响。频繁的浪涌冲击可能加速继电器内部元件的老化,降低其使用寿命。
为了保护继电器免受浪涌的损害,可以采取相应的防护措施,如使用浪涌保护器、优化电路设计、改善电源质量等。
下图为触点的外型,整体为铜材质,表面镀了一层银合金:
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