技术人必知：什么是浪涌？

深圳计为自动化技术有限公司

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什么是浪涌

浪涌（Surge，又称突波），是指短时间内出现在电源或信号线路上的瞬态过电压/过电流。

• 时间尺度：从纳秒到毫秒；

• 幅值特征：峰值常超过稳态电压/电流 2 倍以上；

• 波形特点：典型如 1.2/50 μs 电压波、8/20 μs 电流波。

浪涌的本质是一种“高能量、快上升沿”的脉冲，可能由雷电、电网切换、大型负载启停等因素引发。如果没有浪涌防护，这些瞬态能量会直接冲击设备元件，导致失效甚至系统停机。

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浪涌的来源

外部浪涌（约20%）

主要来自雷电，如直击雷、电磁辐射、地电位反击等。

内部浪涌（约80%）

来自配电系统内部，如电机、压缩机、泵等负载的切换，电容投切，短路故障，机械触点开关等。

换句话说，浪涌不仅发生在雷雨天气，更伴随日常运行。这意味着任何电气设备，尤其是工业仪表，几乎每天都在面临浪涌威胁。

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浪涌对仪表设备的影响

仪表设备广泛应用于工业现场，常通过长电缆连接，且电子元件对过压极其敏感，因此浪涌危害尤为突出。

1、破坏性失效（硬损伤）

• 半导体器件击穿

• PCB走线烧蚀

• 接口保护件损坏 → 结果：设备彻底失效，停产风险大。

2、功能性干扰（软故障）

• MCU无故复位、程序死机

• 通讯错误、数据丢失

• 控制逻辑误动作 → 结果：过程控制出现异常，导致质量隐患或安全事故。

3、加速老化

• 防护器件（MOV、TVS）劣化，漏电流增加

• 电容、电机寿命缩短

• 测量精度下降 → 结果：设备寿命大幅缩短，维护成本增加。

因此，浪涌不仅造成直接损坏，还会带来隐蔽的长期风险。如果缺少有效防护，仪表的稳定性和可靠性无法保证。

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为什么设备必须具备浪涌保护

1、经济角度

一次浪涌可能烧毁数万元的模块或传感器，导致更大范围停机损失。

2、安全角度

在化工、电力、交通等关键行业，浪涌干扰可能导致误报警、误动作，带来重大安全隐患。

3、可靠性角度

浪涌防护显著延长设备寿命，降低维护频率，保障仪表长期在线稳定运行。

浪涌防护不是可选项，而是工业设备设计与选型的必备条件。

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浪涌防护的工程方法

有效防护需遵循“分层、分级、分区”原则：逐级泄放能量、钳位电压，并结合滤波整形。

1、电源端口

• 第一级（粗保护）：气体放电管（GDT）、电源SPD，承受大电流冲击。

• 第二级（中保护）：压敏电阻（MOV）+ 共模/差模扼流圈，限制过压。

• 第三级（精保护）：TVS、RC网络和 EMI 滤波器，保护电源模块。

2、信号与通讯端口

• 共模防护：放电管、共模扼流圈、Y电容。

• 差模防护：低电容 TVS、小型 MOV、磁珠。

• 屏蔽与接地：信号线屏蔽层正确接地，减少电磁感应。

3、设计要点

• 防护器件靠近接口布置，走线短直；

• 各级防护间保持阻抗隔离，避免干扰；

• 定期检测并更换 MOV/TVS，防止器件老化失效。

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标准与验证

• IEC 61000-4-5 / GB/T 17626.5：浪涌抗扰度试验标准。

• 模拟场景：雷击、电源切换、短路引起的浪涌。

• 等级范围：0.5 kV ~ 6 kV，按环境和安装条件确定。

对仪表设备而言，必须通过电源端和 I/O 端浪涌试验，才能证明其现场可靠性。

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结论

浪涌是工业系统中最普遍、最具破坏性的瞬态威胁之一。

对于仪表设备，它可能导致：

• 立即失效 → 停机与维修

• 功能异常 → 控制与数据出错

• 寿命缩短 → 高昂维护成本

因此，在设计、制造和选型阶段就必须重视浪涌防护。通过分级保护、标准化试验与运维管理，才能确保仪表在复杂环境中长期稳定运行。

如果您有设备选型、仪表替换方面的问题，欢迎联系我们哦！

PROFILE

计为技术工程师

陈工

陈工，是计为自动化资深工程师，长期专注于液位测量设备的现场应用与技术改进，具备丰富的工程实践经验。曾多次参与石化、电力等行业项目，对雷达液位计、磁翻板液位计等仪表的选型、安装与故障分析有深入研究，尤其擅长解决密封、振动、温差等极端工况下的安装问题，帮助客户提升系统稳定性与测量可靠性。

计为专注于物位测量仪表的研发与生产，提供可靠的自动化解决方案。拥有50+项国家专利，荣获国家高新技术企业认证。

封面丨小黄

文字丨陈工

图片丨阿刀

审核丨小田