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物理的世界总是很奇妙,比如飞机碰到鸟可能被撞落,用杠杆原理可以撬起地球。同样类似的现象也发生在供电系统中,比如开关闭合带来突发电流,开关断开引起电压升高(可能击穿绝缘层)、带来电弧,还有短路、雷电等问题。
对于变压器、电动机等设备,开关闭合常常带来突发电流,约为正常电流的5-10倍。一般,考虑电路多考虑阻抗。阻抗在稳态条件下,没有问题。在一些情况下,通过电容和电感的配比,作用可以互相抵消。但是在开关闭合的瞬间,必须考虑电容和电感的大小。在电容和电的配比合理条件下,它们由于本身储能。在开关闭合的瞬间,电容和电感都要从“0”开始储能,需要大电流获得能量。电动机的转子需要动能,变压器的硅钢片需要磁能。在开关闭合的瞬间,系统充能带来突发电流。
在电动机开关断开时,常常带出电火花。电动机具有感性特征,在电感条件下,电流不能发生突变。变化越快,感应的电压越大。过高的电压会击破设备、电缆的绝缘层。
短路引起过热,烧坏设备,断开短路电流易于引起高电压,但是断路器却要限制电压,还要能够快速断开电路。因此断路器的工艺十分复杂。断路器断开大电流时,升高电压也是不可避免的,因此耐受电压也成为供用电设备的指标。
雷击是一件麻烦事情,最好办法是多用防浪涌的元器件。雷击具有突发性,时间很短。现在建筑多采用共用接地,变压器的中心线(常称为零线)也接入地线。表面上雷击的一瞬间电压很大,那是相对于“大地”。对于设备来说,电压是“相对”的,即各相线的电位差。就如用人在大气压下生存,虽然压强很高,但人感觉不到。小鸟在电线上休息也没有什么事情,就是因为小鸟相对地的电压很高,小鸟身体各部分不存在电位差,没有电流。
对于供电设备,变压器的中心线是一个参照点,其它各相线以这个“”参照点“起作用。虽然雷击产生高电压,但相对电压并不高,设备不会受影响。根本问题在于雷击的大电流会对周围的导体产生感应电压。由于作用范围小,很难控制,只能尽可能让设备和导线远离“雷电引下线”,在重要设备前加装防高电压的元器件。说的简单点,防浪涌的元器件就是比设备更脆弱一点的设备,如果一定要坏,就先坏它,就是贴身保镖。
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