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浪涌保护器能有效对抗雷击吗?

时间:2018-09-14 作者:Bill Schweber 阅读:
为了避免雷电交加击毁家中PC、电源和主板,你觉得需要多少浪涌保护才够?如何获得?以及要设计在哪里?
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 最近,一场大雷雨击毁了我的个人计算机(PC)电源和主板。虽然我当时不在家,但很确定是这场暴风雨和雷电交加的某种浪涌(surge)所导致的,而不是随机或碰巧发生的故障,因为在同一交流电(AC)线路上的打印机和电缆调制解调器也被摧毁了。此外,我知道这不仅仅是电源的问题,因为我更换了供应商提供的替代电源线(40美元,2分钟就换好了)后,并没有让我的PC“起死回生”。8w2EETC-电子工程专辑

我不确定闪电进入系统的“机制”是什么,也不知道这种浪涌(或其他任何方式)是什么样子——当然,这只能透过当时连接至某种适当的仪控测试才能确认。但附近电路的其他电子组件都没有受到影响,甚至是周围一台便宜的AC供电时钟都没事——当附近灯光一阵闪烁之后,他们通常会在瞬间掉电后重设为12:00。8w2EETC-电子工程专辑

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没错,这些事情都可能会发生。但在出现这些情况后,很自然地会想着如何避免这种情况的发生,即使这次为时已晚。我发现在插入这些东西的电源板上有一个标签,其上标注着它内建“浪涌保护”功能,但并未指定额定值大小。如果我要为其实施一款独立的浪涌保护器(SPD),我想应该先进行一些研究,评估一下理想的额定值。8w2EETC-电子工程专辑

也许这没什么好大惊小怪的,但我一直感到十分困惑。为什么会这样?当然,浪涌和瞬时基本上就是令人困惑的话题。首先,并没有真正的浪涌保护器或浪涌抑制器,因为这些都是大众市场上消费文献的说法,更准确的名称应该是“瞬时保护器”(transient protector)。此外,还有一个区别在于:浪涌吸收器(surge arrester)是将较高电压瞬时引导至地,而浪涌抑制器(surge suppressor)则可吸收能量,并将其作为热量重新发射。8w2EETC-电子工程专辑

这就引发了三个非专业术语的问题:你觉得需要多少所谓的浪涌保护才够?如何获得?以及要设计在哪里?针对第一个问题,大家分别出了各种不同的数字。一些可信度待查的部落格和网站分别推荐了200、400甚至600焦耳(J)。我其实并非想找到在雷击中房子时保护设备的办法,只是为了解决与线路有关的问题。但这些信息都没注意到,它不仅牵涉到焦耳“能量”额定值大小的问题,同时也与能量传播的时间有关。此外,还必须考虑一些产业与法规标准,例如UL1449——“浪涌保护装置标准”(Standard for Surge Protective Devices)。8w2EETC-电子工程专辑

另一方面,有些可靠的消息来源则花了很多时间讨论整个现场保护(房屋、办公室建筑物或工厂厂房)的重要问题,但这并不是我此时所关注的。他们提供的一些基本选择包括开路保护或短路保护。这可透过电压击穿装置(气体放电管和火花隙)、限压装置(金属氧化物压敏电阻或雪崩二极管)、带宽抑制器(各种滤波器、电感器和电容器)以及甚至是隔离装置(光隔离器)和光纤(显然并不适用于这个问题)作为主要技术来实现。他们还指出,由于电击浪涌和反射的性质,单个保护装置或子系统的位置如果距离待保护的装置或其AC插座太远,实际上也可能无法发挥防护作用。8w2EETC-电子工程专辑

假如决定要怎么做之后,也还有其他几个问题。根据这些可靠消息来源指出,某些类型的SPD如果反复遭受“雷击”,甚至是在其可承受的额定值范围,确实会因过度应力而被击穿;因此,也有人建议应该每隔几年更换一次SPD。更糟糕的是,有些来源提到美国亚特兰大市(Atlanta, GA)的国家电力能源测试、研究和应用中心(NEETRAC)报告指出,许多浪涌保保护装置事实上并未依据ANSI、IEEE、UL、IEC或其他安全标准的规格要求执行。8w2EETC-电子工程专辑

坦白说,最后这个坏消息一点都不令人意外。市面上存在许多仿冒或不符合标准的组件与装置,已经不是什么新闻了。对于SPD供应商来说,先取得UL或类似认证后再替换掉这些组件——尤其是你从大型卖场就能买到的便宜组件,也不是什么困难的事。毕竟,像那些用于SPA中的被动组件很容易被伪造,甚至是用在一些笨重的单元也能“正常运作”,至少在用于实际执行保护功能之前都不会有问题(当然,电池的情况也是一样的)。8w2EETC-电子工程专辑

SPD的两难在于一般用户无法为此测试设备,因此也很轻易对于所使用的产品产生错误的信任。再者,如果真的测试SPD,也很可能造成SPD的性能退化或甚至破坏。因此,你必须依赖供应商的可信度,并假设(希望?)他们已经为材料、组件和终端产品进行过抽样测试了。如果SPD 无法顺利执行任务,供应商可能轻描淡写地说是因为浪涌能量超过其额定值,这就是消费者无法反驳的说法了。8w2EETC-电子工程专辑

那么该怎么办呢?当然,我仍然为此深感困惑。在我作出决定之前,我打算依赖目前所知道的最佳浪涌防护策略:当预知有暴风雨接近、或是打算出远门而气象预告会有雷雨之前,先拔掉计算机的电源!或许这不是一个最理想的解决方案,但却极其有效。8w2EETC-电子工程专辑

您认为呢?针对像家中PC等电子产品的浪涌保护,以及一般的浪涌保护装置,您有任何的建议与经验分享吗?8w2EETC-电子工程专辑

编译:Susan Hong8w2EETC-电子工程专辑

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Bill Schweber
EE Times/EDN/Planet Analog资深技术编辑。Bill Schweber是一名电子工程师,他撰写了三本关于电子通信系统的教科书,以及数百篇技术文章、意见专栏和产品功能介绍。在过去的职业生涯中,他曾担任多个EE Times子网站的网站管理者以及EDN执行编辑和模拟技术编辑。他在ADI公司负责营销传播工作,因此他在技术公关职能的两个方面都很有经验,既能向媒体展示公司产品、故事和信息,也能作为这些信息的接收者。在担任ADI的marcom职位之前,Bill曾是一名备受尊敬的技术期刊副主编,并曾在其产品营销和应用工程团队工作。在担任这些职务之前,他曾在英斯特朗公司(Instron Corp., )实操模拟和电源电路设计以及用于材料测试机器控制的系统集成。他拥有哥伦比亚大学电子工程学士学位和马萨诸塞大学电子工程硕士学位,是注册专业工程师,并持有高级业余无线电执照。他还在计划编写和介绍了各种工程主题的在线课程,包括MOSFET基础知识,ADC选择和驱动LED。
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