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电涌保护器的工作原理

来源:
2023-01-13
类别:基础知识
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文章创建人 拍明

  

电涌保护器


  电涌保护器可保护您的电子设备免受电气系统中的电涌影响。 埃里克·冯·韦伯/盖蒂图片社

  当你把一个 计算机 系统,您可能会购买的一件标准设备是 电涌保护器.它们有一个明显的功能;它们允许您将多个组件插入一个电源插座。对于构成计算机系统的所有不同组件,电涌保护器是有用的设备。

  但另一个函数 电涌保护器电源板 — 保护计算机中的电子设备免受电涌的影响 — 更为重要。那么电涌保护器是如何工作的以及何时需要它们?你怎么知道你拥有的那个质量是否好?

  电涌保护器系统的主要工作是保护电子设备免受“浪涌”的影响。 因此,如果您想知道电涌保护器的作用,第一个问题是,“什么是浪涌? 然后,”为什么需要保护电子产品免受它们的影响?

  一个 功率浪涌或 瞬态电压,是电流中电压明显高于指定水平的增加。在美国正常的家庭和办公室布线中,标准电压为 120 伏.如果电压上升到 120 伏以上,则存在问题,电涌保护器有助于防止浪涌损坏电子设备。

  要理解这个问题,了解电压是有帮助的。 电压 是衡量差异的度量 电势能.电流从一个点传播到另一个点,因为导线一端的电势能大于另一端的电势能。这与使压力下的水从软管中流出的原理相同 - 软管一端的较高压力将水推向低压区域。您可以将电压视为 电压力.

  各种因素都可能导致电压短暂升高:

  当增加持续三纳秒(十亿分之一秒)或更长时间时,它被称为 激.

  当它只持续一两纳秒时,它被称为 穗.

  如果浪涌或尖峰足够高,可能会对机器造成重大损坏。这种效果与对软管施加过多的水压非常相似。如果水压太大,软管会爆裂。当过多的电压力通过电线时也会发生类似的事情——电线“爆裂”。 实际上,电线像灯泡中的灯丝一样加热并燃烧,但这是同样的想法。

  即使增加的电压不会立即损坏您的电子设备,它也可能会给组件带来额外的压力,随着时间的推移它们会磨损。在下一节中,我们将看看电涌保护器如何防止这种情况发生。

  浪涌保护

  标准电涌保护器将电流从插座传递到插入电源板的几个电气和电子设备。如果电压来自插座 浪涌或尖峰 — 高于可接受的水平 — 电涌保护器将多余的电力转移到插座的 接地线.

  

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  此图显示了带有线路调节和保险丝的简单金属氧化物压敏电阻 (MOV) 浪涌保护器。

  如何工作

  在最常见的电涌保护器类型中,称为 金属氧化物压敏电阻 (.MOV) 转移额外的电压。如左图所示,MOV 在热电源线和接地线之间形成连接。

  MOV由三部分组成:一块 金属氧化物 中间的材料,通过 两个半导体.

  这些 半导体 有一个 可变电阻 这取决于电压。当电压低于一定水平时,半导体中的电子以产生非常高的电阻的方式流动。当电压超过该水平时,电子的行为会有所不同,从而产生低得多的电阻。当电压正确时,MOV 不执行任何操作。当电压过高时,MOV 可以传导大量电流以消除额外的电压。

  一旦多余的电流被转移到MOV并接地,热线中的电压就会恢复到正常水平,因此MOV的电阻再次上升。这样,MOV 仅转移浪涌电流,同时允许标准电流继续为连接到浪涌保护器的任何机器供电。打个比方,MOV 充当压敏阀,仅在压力过大时打开。

  气体放电避雷器

  另一种类型的电涌保护器是 气体放电避雷器,或气管。这些管子的作用与MOV相同——它们将额外的电流从热线转移到地线。气体放电避雷器是 通常用于变电站等场所,工业厂房或办公楼内部,它们可以安装在电力变压器的气管中或安装在外墙上。

  当电压达到一定水平时,气体的组成使其是不良导体。当电压浪涌超过该水平时,电力足够强大 电离气体,使其成为非常有效的导体。它将电流传递到地线,直到电压达到正常水平,然后再次成为不良导体。

  这两种方法都有一个 并联电路 设计 — 额外的电压从标准路径馈送到另一个电路。一些电涌保护器产品通过 串联电路 设计 — 额外的电力不会分流到另一条线路,而是在通过热线的途中减慢速度。基本上,这些抑制器检测到何时有高压,然后存储电力,逐渐释放。制造这种保护器的公司认为,这种方法提供了更好的保护,因为它的反应更快,并且不会在地面线路中倾倒电力,这可能会破坏建筑物的电气系统。

  作为备份,一些电涌保护器还具有 内置保险丝.一个 保险丝 是一种电阻器,只要电流低于一定水平,就可以轻松传导电流。如果电流增加到可接受的水平以上,电阻引起的热量会烧毁保险丝,从而切断电路。如果 MOV 不停止电涌,额外的电流会烧毁保险丝,从而节省连接的机器。该保险丝仅工作一次,因为它在此过程中被破坏。

  一些电涌保护器具有 线路调节 用于过滤“线路噪声”的系统,即较小的电流波动。具有线路调节功能的基本电涌保护器使用相当简单的系统。在通往电源板插座的途中,热线通过 环形扼流线圈.扼流圈是一个磁性材料环,用电线包裹——一种基本的 电磁体.热线中通过电流的起伏对电磁铁充电,使其发出电磁力,从而平滑电流的小幅增加和减少。这种“调节”电流更稳定,因此在您的电子设备上更容易。

  电涌

  

雷雨


  您可能认为闪电暴是电涌的主要原因之一,但它们实际上是最不常见的原因之一。 凯文·索尔兹伯里/盖蒂图片社

  当电源线中的某个点有东西增加电荷时,就会发生电涌。这会导致电势能增加,从而增加流向墙壁插座的电流。几种不同的事情可能导致这种情况发生。

  最熟悉的来源可能是 闪电,尽管它实际上是最不常见的原因之一。当雷电击中电力线附近时,无论是在地下、建筑物中还是沿着电线杆运行,电能都可以将电压提高数百万伏特。这会导致非常大的电涌,几乎可以压倒任何电涌保护器。在雷暴中,您永远不应该依靠电涌保护器来保存电子设备。最好的保护是拔掉它们。

  电涌的一个更常见的原因是操作 大功率电气设备,如电梯, 空调 和 冰箱.这些高功率设备需要大量能量来打开和关闭压缩机和 电机.这可能会产生突然、短暂的电力需求,从而扰乱电气系统中的稳定电压流。

  虽然这些浪涌远不及雷电浪涌的强度,但它们可能严重到足以立即或逐渐损坏组件,并且它们经常发生在大多数建筑物的电气系统中。

  电涌的其他来源包括接线故障、公用事业公司设备问题和电力线倒塌。将电力从发电机输送到我们家庭或办公室插座的变压器和线路系统非常复杂。有几十个可能的故障点,以及许多可能导致功率流不均匀的潜在错误。在当今的配电系统中,电涌是不可避免的。

  何时使用电涌保护器

  

电涌保护器


  当您插入计算机、娱乐中心设备或高端游戏机等电子设备时,您需要使用电涌保护器。 佩里·马斯特罗维托/盖蒂图片社

  在上一节中,我们看到电涌是我们当前电气系统中不可避免的经常发生的情况。这就提出了一个有趣的问题:如果我们必须期待电涌,为什么50年前我们的家中不需要电涌保护器?

  答案是,复杂的现代电子设备中的许多组件(例如 计算机、游戏机和 高清电视)比旧机器中的组件更小、更精致,因此对电流增加更敏感。 微处理器作为所有计算机以及许多家用电器不可或缺的一部分,对浪涌特别敏感。它们只有在正确的电压下获得稳定的电流时才能正常工作。

  因此,是否应该使用电涌保护器取决于您连接到电源的设备类型。

  您应该使用电涌保护器 使用您的计算机.它充满了电压敏感元件,电涌很容易损坏这些元件。至少,这种损坏会缩短计算机的使用寿命,并且可能会清除所有数据或破坏系统。

  最好将电涌保护器用于其他高端电子设备,例如娱乐中心组件。电涌保护器通常会延长这些设备的使用寿命,并且大功率浪涌总是有可能造成严重损坏。

  最好不要插入以下设备 自然消耗大量安培数 放入电涌保护器中,因为它们在使用过程中会导致保护器过度磨损。其中包括带有加热元件或大型电动机的设备,例如咖啡机、空间加热器、冰箱或真空吸尘器。这些设备应直接插入墙上插座。

  请勿将多个配电盘链接在一起,因为这可能会导致电压输出不正确、过热甚至火灾。

  电涌保护器的一个问题是,MOV 可能会因一次良好的浪涌而烧毁。因此,最好获得带有 指示灯 这告诉您它是否正常运行。

  即使您将电涌保护器连接到所有插座,您的设备也可能受到来自其他来源的破坏性浪涌的影响。由于闪电或许多其他因素,任何将信号带入您家的线路也可能带来电涌。如果您有连接到昂贵设备的同轴电缆线,请考虑 电缆电涌保护器。 这些线路上的浪涌造成的损害与电源线上的浪涌一样大。

  电涌保护级别

  并非所有电涌保护器都是一样的。事实上,两者都有很大的范围 性能和价格 的保护系统。

  在一端,您有基本的 5 美元电涌保护器电源板,它将提供很少的保护。

  另一方面,您的系统花费数百甚至数千美元,这将防止附近几乎所有闪电击中的东西。

  大多数系统都有某种限制;选择适合您的保护器系统是平衡系统成本与丢失数据或电子设备的成本的问题。与保险一样,您可以找到您满意的承保范围。

  为了保护您的设备免受浪涌的影响,您需要为每个插座提供单独的电涌保护器。这些电源板的质量和容量范围很大(我们将在下一节中看到)。电源板电涌保护器有三个基本级别:

  基本电源板:这些是带有五个或六个插座的基本延长线单元。通常,这些型号仅提供基本保护。

  更好的电源板: 只需 15 到 25 美元,您就可以获得具有更好额定值和额外功能的电源板电涌保护器。

  电涌站:这些大型电涌保护器适合您的计算机下方或地板上。它们提供卓越的电压保护和先进的线路调节。大多数型号还具有USB插座,并且可能具有内置断路器。您可以以低至 30 美元的价格获得其中一台,或者您可以花费 100 美元以上购买更高级的型号。

  不间断电源 (UPS):有些装置将电涌保护与连续电涌保护相结合 不间断电源.连续式UPS的基本设计是将交流电转换为直流电并将其存储在电池上。然后,UPS 将电池的直流电源转换回交流电源,并将其运行到电子设备的交流电源插座。如果电源中断,您的计算机将继续运行,并消耗存储的电池电量。这将给您几分钟的时间来保存您的工作并关闭您的计算机。转换过程还消除了来自交流电源插座的大部分线路噪声。这些单位往往售价 150 美元或更多。

  请注意,一些便宜的电源板将被标记为“可重定位电源分接头”,而不是电涌保护器。这些设备只是简单地将一个 120 伏插座分成多个电源,但在发生电涌时不会提供任何额外的防御。这些看起来几乎与电涌保护器相同,因此请确保在购买前包装清楚地说明产品的功能。

  普通的UPS将为您提供高水平的保护,但您仍应使用电涌保护器。UPS 将阻止大多数浪涌到达您的计算机,但它本身可能会遭受严重损坏。使用基本的电涌保护器是个好主意,如果只是为了节省您的 UPS。

  一旦您决定了需要什么级别的电涌保护,就该货比三家了。在下一节中,我们将找出在考虑不同模型时应该寻找什么。

  美国保险商实验室评级

  

电涌保护器


  选择具有显示其正在保护设备的灯以及接地的电涌保护器的电涌保护器。 托尼·坎贝尔/快门股票

  购买电涌保护器很棘手,因为市场上有很多几乎毫无价值的产品。研究特定模型是确保良好结果的最佳方式,但您可以通过寻找一些质量标志来很好地了解产品的性能水平。

  首先,看一下 价格.一般来说,不要对任何价格低于 10 美元的电涌保护器抱有太多期望。这些装置通常使用功能有限的简单、廉价的 MOV,并且不会保护您的系统免受更大的浪涌或尖峰的影响。

  当然,高价格并不总是保证质量。要了解该装置的功能,您需要查看其 保险商实验室 (UL) 等级.UL 是一家独立的非营利性公司,负责测试电气和电子产品的安全性。如果保护器没有 UL 列名,它可能是垃圾;它很有可能根本没有任何保护组件。如果它确实使用 MOV,它们的质量可能较差。更便宜的 MOV 很容易过热并设置 电涌保护器着火.

  当然,许多UL列名的产品质量也较差,但您至少可以保证它们具有一定的电涌保护功能并符合最低安全标准。确保商品被列为 瞬态电压浪涌抑制器.这意味着它符合以下标准: UL 1449,UL 对浪涌抑制器的最低性能标准。UL列出的许多电源板根本没有电涌保护组件。它们仅因其作为延长线的性能而被列出。

  没有电涌保护器是100%有效的,即使是顶级设备也可能存在一些严重的问题。电子专家对处理电涌的最佳方法存在一些分歧,不同的制造商声称其他技术本质上存在缺陷。

  浪涌保护器额定值

  在列出的电涌保护器上,您应该找到几个额定值。查找:

  钳位电压:这告诉您什么电压会导致 MOV 将电力传导到地线。钳位电压越低表示保护越好。UL 等级分为三个级别的保护 — 330 V、400 V 和 500 V。通常,箝位电压超过400 V是过高的。

  能量吸收/耗散:这个评级, 以焦耳为单位,告诉您电涌保护器在发生故障之前可以吸收多少能量。数字越大表示保护越大。寻找额定值至少为 200 至 400 焦耳的保护器。为了获得更好的保护,请寻找 600 焦耳或更高的额定值。

  响应时间:电涌保护器不会立即启动;当他们响应电涌时,会有非常轻微的延迟。更长的响应意味着您的设备将暴露在浪涌下更长的时间。寻找在不到一纳秒内响应的电涌保护器。

  更好的电涌保护器可能会对其性能提供某种保证。如果您要购买更昂贵的设备,请寻找设备附带保修的保护器。如果设备无法保护您的设备免受电涌的影响,公司将更换它。

  电涌保护器常见问题解答

  电涌保护器有什么作用?

  电涌保护器的主要工作是保护设备免受电涌或电压明显高于指定电量的增加的影响。如果浪涌足够高,可能会对您家中的电子设备和电器造成严重损坏。

  所有的电源板都是电涌保护器吗?

  电涌保护器和电源板看起来非常相似,但并非所有电源板都是电涌保护器。事实上,许多只是美化的延长线。

  全屋电涌保护器物有所值吗?

  全屋电涌保护器称为“电涌放电器”。这些可以保护您房屋中的所有电路免受一定范围的电压浪涌的影响,但只能保护来自外部来源的电路,例如公用事业公司问题、闪电和变压器开关。它们只需 300-600 美元(包括安装费用),您可能有资格获得家庭保险折扣,因此物有所值。

  电涌保护器有哪些类型?

  有四种常见的类型:基本电源板、更好的电源板、浪涌站和不间断电源 (UPS) 板。成本、防护等级和附加功能从基本增加到 UPS。

  墙上插座有电涌保护吗?

  标准电源插座(包括三脚)没有电涌保护。电涌保护器主要以电源板或条的形式出售,尽管您可以购买与插座齐平的单插座电涌保护器。


责任编辑:David

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