1. 什麼是電源浪湧 (Surge)？
電源浪湧 (Surge) 是指在電力系統中發生的短暫且劇烈的電壓或電流波動，通常由不同因素所引起，包括雷擊、電源切換或設備故障等。這些突發事件會瞬間產生高於正常水平的電壓或電流，對其電源供應器及其連接設備構成潛在威脅。雖然浪湧的持續時間通常很短暫，對設備的損壞影響卻可能是長久的。
造成浪湧的三個主要原因：
(1) 雷擊：
雷擊會導致電力系統或電網系統中的電壓瞬間升高。當雷擊發生在電塔或建築物上時，會產生極高的電壓和電流，這足以導致電力系統或電網內的電壓瞬間上升，產生極高的電壓，如果沒有適當的浪湧保護，這些瞬間高壓或大電流很容易造成設備的損壞。
(2) 負載瞬變：
開關動作會引發突波或湧浪，原因在於電路狀態的瞬間變化會使能量快速釋放或轉移，導致系統不穩定。當開關開啟或關閉時，電場和磁場瞬間改變，能量可能快速回流至電源，產生湧浪。尤其是無功負載（如馬達和電容器組）在啟動時會瞬間消耗大量電流，關閉時則將儲存的能量快速回流系統，形成對系統的瞬態衝擊。此外，開關操作也可能因電感效應和電弧效應產生高頻瞬變電壓，增加突波風險，對電源系統內的敏感設備造成瞬間衝擊。因此，使用適當的浪湧保護裝置以降低湧浪影響，保障系統穩定性至關重要。
(3) 設備故障：
設備故障可能導致湧浪，是因為電路在意外短路或開路時，會造成電壓和電流的瞬間波動。在短路情況下，電流會快速增大，導致電路中的其他元件承受過高的瞬間電流，這可能轉化為電壓湧浪。同樣地，若設備因故障而發生開路，電路中的電流流動會突然中斷，使能量無法正常釋放而產生瞬態高壓，這也會在電源系統中產生湧浪。這些瞬態波動可能損害系統的穩定性，並對未受保護的設備構成風險，因此適當的保護裝置對於應對設備故障引發的湧浪至關重要。
2. 電源浪湧對電源供應器的影響
當短暫突波或浪湧衝擊電源供應器時，瞬間產生的高電壓會加速電子元件或系統設備的老化；當超出元件或系統的承受能力時，電源供應器會啟動保護機制，或熔斷保險絲停止供電。若突波或浪湧保護設計的承受能力不足，可能會破壞絕緣材料，直接損毀電子元件或設備，導致電源供應器無法正常運作，甚至引發短路或燒毀，進而造成火災等安全隱患。
突波或浪湧會加速電源供應器的老化，縮短產品壽命，降低供電穩定性，進而影響負載設備的正常運作，提高故障發生機率，並增加系統維修成本，造成時間與金錢上的損失。因此，設計電源供應器時，應考慮其對浪湧電流的耐受力，並根據不同應用環境配置適當的突波或浪湧保護機制。完善的保護設計能有效減少突波或浪湧對電源系統及負載設備的危害，並延長電源供應器及其相關設備的使用壽命。
3. 浪湧保護的重要性
隨著電子設備的普及和技術進步，負載系統對電源穩定性的需求日益增強。突波與浪湧保護元件可透過即時監測電網電壓，在檢測到突波或浪湧時，迅速將多餘電壓或電流分流至保護性接地，以保護設備免受過壓影響。當突波或浪湧結束後，保護元件會恢復至正常狀態並持續監測電壓。這種循環的保護與恢復機制能有效防範雷擊、電源切換或其他電氣異常引發的瞬態電壓波動，有效降低突波與浪湧對設備的損害風險，減少因電網波動、雷擊或開關操作等突波引起的元件過載壓力。如此確保設備安全運行，同時顯著提升電源供應器的耐用性和穩定性，延長電源及其連接設備的使用壽命，並降低維修和更換成本。
4. 不同的浪湧保護等級及其應用
突波或浪湧保護設計在不同應用中具有各自的等級與規範。根據國際電工委員會（IEC）制定的 IEC 61000-4-5 雷擊耐受測試標準（Surge Immunity），針對五種不同的使用場景，定義了設備在這些環境中所能承受的基本電壓變動範圍。這些等級標準協助使用者選擇合適的突波或浪湧保護措施，並確保設備在各種電氣環境下的穩定運行。以下為 IEC 61000-4-5 標準中的主要突波或浪湧保護等級及其適用場景：
(1) 等級 1：低風險場景
應用環境：適用於受控環境，如辦公空間或低風險住宅。
保護需求：僅需基本的浪湧保護，因為設備暴露於浪湧的機會較低。
電壓等級 (L/N-PE)：0.5 kV。
(2) 等級 2：一般商業和住宅用途
應用環境：適合典型的商業、辦公及家庭環境，偶爾會有電氣波動。
保護需求：中等程度的浪湧保護，能夠抵禦日常電網波動。
電壓等級 (L/N-PE)：1 kV。
(3) 等級 3：工業和重度商業用途
應用環境：針對高可靠性需求的商業和工業環境，可能遇到頻繁的浪湧或電壓波動。
保護需求：需要較高級別的保護，以確保關鍵設備的穩定運行。
電壓等級 (L/N-PE)：2 kV。
(4) 等級 4：高風險工業用途
應用環境：適用於浪湧風險較高的工業環境，例如大型工廠和電力設施，常見電力切換及重型設備啟動。
保護需求：需非常高的浪湧保護，以確保設備可承受頻繁、強烈的浪湧。
電壓等級 (L/N-PE)：4 kV。
(5) 等級 5：極端風險環境
應用環境：適用於高風險應用，如戶外設備、輸電線及通信基站，暴露於自然浪湧（如雷擊）和極端電壓波動。
保護需求：極高的浪湧防護，適合承受最嚴苛的浪湧情境。
電壓等級 (L/N-PE)：6 kV及以上（依需求可特定設計）。
5. 浪湧保護元件介紹與設計
為了有效防止瞬間的突波與浪湧對電源供應器及系統設備造成損害，常見的保護元件包括金屬氧化物壓敏電阻（MOV, Metal Oxide Varistor）和氣體放電管（GDT, Gas Discharge Tube），也稱為雷擊管。
(1) 金屬氧化物壓敏電阻（MOV）：
MOV 是一種快速響應的保護元件，主要參數為壓敏電壓、通流容量、結電容和響應時間等。依靠其非線性壓敏特性，當過電壓出現在 MOV 兩端時，可將電壓鉗制在相對穩定的範圍內，從而保護後端電路。當電壓超出額定值時，MOV 的響應時間達納秒（ns）級，快於氣體放電管（GDT），能迅速導通並將多餘電壓分流至地線，有效防止過壓損害。MOV通常適用於抑制2kV以下的瞬時高電壓。
(2) 氣體放電管或稱雷擊管（GDT）：
氣體放電管（GDT）避雷器是一種電壓依賴性開關裝置，用於高效抑制瞬間高電壓脈衝。當電壓超過其額定直流擊穿電壓時，GDT 內的氣體開始電離，形成導通狀態的電壓閾值。在這一狀態下，GDT 完全開啟並保持低電弧電壓，從而無論放電電流大小，都可有效將浪湧電流引導至地。當瞬態脈衝結束後，GDT 會自動恢復至高阻抗的非導通狀態，準備再次保護電路。由於 GDT 技術能處理極高的浪湧電流，且具有優異的斷態絕緣阻力，GDT 通常與金屬氧化物壓敏電阻（MOV）配合使用，以抑制 2kV 以上的瞬時高電壓，對電路進行有效保護，防止雷擊、電源切換等引發的浪湧損害。
