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1.浪涌電壓

什么是浪涌電壓?它是如何發生的?電氣設備和電子系統中會出現各種類型的浪涌電壓。 它們的區別主要在于它們的持續時間和功率。 根據原因，浪涌電壓可持續幾百微秒、幾小時甚至幾天。 幅度可以從幾毫伏到幾萬伏不等。 雷擊的直接或間接后果是產生浪涌電壓的特殊原因之一。 在這里，在浪涌電壓期間，可能會出現幅度高達幾萬安培的高浪涌電流。 在這種情況下，后果尤其嚴重。 這是因為破壞作用首先全部取決于相應浪涌電壓脈沖的功率。

1.1浪涌電壓現象

每個電氣設備都有特定的介電強度。 如果浪涌電壓水平超過此強度，可能會發生故障或損壞。 千伏范圍內的浪涌電壓通常是持續時間相對較短的瞬態過電壓。 它們通常持續幾百微秒到幾毫秒。 由于此類瞬變的最大幅度可達數千伏，因此結果往往是電壓急劇增加和差異。 電涌保護是唯一有幫助的。 實際上，電氣系統的操作員通常用相應的保護來代替對系統的物質損壞。 然而，系統故障到維護之間的時間差本身就代表了一種風險。 這種故障通常不在保險范圍內，并且在短時間內可能會成為沉重的經濟負擔，尤其是與雷電和浪涌保護概念的成本相比。

1.2 原因

什么是浪涌電壓?它是如何發生的？浪涌電壓的典型持續時間和幅度因原因而異。

雷擊

在所有發生原因中，雷擊（閃電電磁脈沖，LEMP）最有可能造成損害。 它們會導致瞬態過電壓，可以跨越很遠的距離，并且通常與高幅度浪涌電流有關。 即使是雷擊的間接影響，也會導致幾千伏的電壓浪涌，并導致數萬安培的浪涌電流。 盡管持續時間非常短——幾百微秒到幾毫秒——但這樣的事件可能導致完全失敗，甚至可能導致受影響的設施遭到破壞。

切換操作

開關操作（開關電磁脈沖，SEMP）會產生感應浪涌電壓，并傳播到電源線。 在大的接通電流或短路的情況下，非常高的電流可以在幾毫秒內流動。 這些短期電流變化會導致瞬態過電壓。

靜電放電

如果具有不同靜電電位的物體相互靠近并導致電荷交換，就會發生靜電放電 (ESD)。突然的電荷交換會導致短暫的浪涌電壓。 這會帶來危險，尤其是對于敏感的電子元件。

圖 1：雷擊具有極高的破壞潛力

圖 2：高功率電動機因高接通電流而感應浪涌電壓

圖 3：靜電放電存在危險，尤其是對敏感電子設備

1.3 聯軸器類型

浪涌電壓可以通過多種方式到達電路。實際上，這通常是各個耦合類型之間重疊的情況。

電耦合

以導電方式相互連接的兩個電路可以直接相互影響。電路中電壓或電流的變化會在另一個電路中產生相應的反應。

電感耦合

快速上升的電流流過導體會產生磁場，導體周圍的強度會迅速變化。如果另一個導體位于這個磁場中，那么根據感應原理，由于磁場的變化，這里會產生電壓差磁場強度。

電容耦合

在具有不同電位的兩點之間產生電場。該電場內物體的電荷載流子根據電場方向和強度排列，符合影響的物理原理。因此，物體內部也會出現電位差，即電壓差。

1.4 行動方向

共模電壓（非對稱電壓）

首先，共模浪涌電壓對位于有源電位（相線和中性導體）和地電位之間的物體構成危險。

差模電壓（對稱電壓，差模）

在第一種情況下，對稱的浪涌電壓會對位于兩個有效電位之間的物體造成危害。

圖 4：共模電壓                      圖 5：常模電壓

1.5 影響

什么是浪涌電壓?它是如何發生的？德國保險協會 (GDV) 會定期發布統計數據，以便對各種原因造成的總損失得出結論。在火災和風暴之后，雷擊和浪涌電壓造成的損害最大。 2012 年，他們對所有保險物品的損壞份額總計為 18%。換句話說，幾乎五分之一的保險損壞可以追溯到浪涌電壓。

由浪涌電壓引起的設備故障或缺陷比預期更頻繁。根據 GDV 的統計，浪涌電壓實際上是最常見的損壞原因。這些數字僅適用于導致火災的損壞。

從圖6可以看出，2013年雷擊和浪涌電壓造成的損害比例比上年下降了20%，而保險公司的財務支付僅下降了10%。如果以 2010 年可比年度的價值為基礎，那么成本增加約 20% 就變得明顯了。保險公司認為原因之一是越來越敏感的電子設備正在進入家庭。平均而言，2013 年因浪涌電壓造成的單個罷工或損壞金額為 800 歐元。這是自統計開始以來的最高水平。

然而，對于非私有系統，故障的后果通常要嚴重得多，例如停機或數據丟失。在專業環境中使用的設備或機器的故障通常會導致比修理有缺陷的設備高出許多倍的成本。

例如，如果移動通信桅桿出現故障，運營商的成本可能在每秒幾歐元的范圍內。按一天計算，這相當于超過 100,000 歐元的損失。為此，工業和商業系統迫切需要一致的浪涌保護概念。這不僅是對火災和人員的有效保護的情況，也是為了排除較大的財務風險的可能性。

什么是浪涌電壓?它是如何發生的？統計數據顯示，未來將強調雷擊和浪涌保護需求的另一個方面是雷擊的增加。各種研究已經表明，作為全球氣候變化的一部分，風暴的頻率將會增加。因此，這種發展不僅限于迄今為止尚未表現出高罷工風險的地區，而且還擴展到地球上的所有地區。

圖 6：雷擊和浪涌電壓造成的損壞案例數量和保險賠付水平

圖 16：避雷區概念

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