Αρχές προστασίας από υπερτάσεις ισχύος
Η συσκευή προστασίας από υπέρταση (SPD), επίσης γνωστή ως προστατευτικό υπερτάσεων, είναι μια μη γραμμική προστατευτική συσκευή που χρησιμοποιείται για τον περιορισμό της παροδικής υπέρτασης και την καθοδήγηση του ρεύματος υπέρτασης εκφόρτισης σε ηλεκτροφόρα συστήματα και χρησιμοποιείται για την προστασία ηλεκτρικών συσκευών με χαμηλά επίπεδα τάσης αντοχής ή ηλεκτρονικών συστημάτων προστατευμένο από κεραυνούς και ηλεκτρομαγνητικούς παλμούς κεραυνών ή ζημιές λόγω υπέρτασης λειτουργίας. Τα τελευταία χρόνια, τα ηλεκτρονικά συστήματα πληροφοριών (όπως η τηλεόραση, το τηλέφωνο, η επικοινωνία, το δίκτυο υπολογιστών κ.λπ.) έχουν αναπτυχθεί ραγδαία και ένας μεγάλος αριθμός ηλεκτρονικών συσκευών πληροφοριών έχει εμφανιστεί και γίνει δημοφιλής. Τέτοια συστήματα και εξοπλισμός είναι συχνά ακριβά και σημαντικά, και η τάση λειτουργίας τους και το επίπεδο τάσης αντοχής είναι πολύ χαμηλά, επομένως είναι εξαιρετικά ευάλωτα σε ηλεκτρομαγνητικούς παλμούς κεραυνών. Επομένως, απαιτείται SPD για προστασία από τάση.
2 Επισκόπηση SPD
2.1 Αρχή λειτουργίας του ΕΕΠ
Το προστατευτικό υπέρτασης είναι κατάλληλο για προστασία τροφοδοσίας χαμηλής τάσης 220/380V. Είναι ένα μη γραμμικό στοιχείο. Σύμφωνα με το πρότυπο IEC, το προστατευτικό υπέρτασης είναι μια συσκευή που καταστέλλει κυρίως την υπέρταση και την υπερένταση της αγώγιμης γραμμής. Το προστατευτικό υπέρτασης παίζει προστατευτικό ρόλο. Η βασική απαίτηση είναι ότι πρέπει να αντέχει το ρεύμα κεραυνού που αναμένεται να περάσει και μέσω της μέγιστης τάσης σύσφιξης της υπέρτασης, μπορεί να σβήσει αποτελεσματικά τη συνεχή ροή συχνότητας ισχύος που δημιουργείται μετά τη διέλευση του ρεύματος κεραυνού και να αποτρέψει τη στιγμιαία κύμα στη γραμμή ρεύματος και στη γραμμή μετάδοσης σήματος. Η υπέρταση περιορίζεται εντός του εύρους τάσης που μπορεί να αντέξει ο εξοπλισμός ή το σύστημα ή το ισχυρό ρεύμα κεραυνού διαρρέει στο έδαφος για να προστατεύσει τον προστατευμένο εξοπλισμό ή το σύστημα από ζημιές λόγω κρούσης.
Ο τύπος και η δομή των προστατευτικών υπερτάσεων ποικίλλουν ανάλογα με τους διαφορετικούς σκοπούς, αλλά περιλαμβάνεται τουλάχιστον ένα μη γραμμικό στοιχείο περιορισμού τάσης. Τα συνήθως χρησιμοποιούμενα προστατευτικά υπέρτασης περιλαμβάνουν MOV (Metal Oxide Varistor) και σωλήνες εκκένωσης αερίου. Οι υπερτάσεις ισχύος περιέχουν πολλή ενέργεια και δεν μπορούν να σταματήσουν. Για το λόγο αυτό, η στρατηγική για την προστασία του ευαίσθητου ηλεκτρικού εξοπλισμού από ζημιές από ηλεκτρικές υπερτάσεις είναι να απομακρυνθεί η υπέρταση από τον εξοπλισμό και να εισέλθει στο έδαφος.
Το προστατευτικό υπέρτασης MOV αποτελείται από τρία μέρη: το μέσο είναι υλικό οξειδίου μετάλλου και δύο ημιαγωγοί συνδέονται με την τροφοδοσία και τη γείωση. Όταν εμφανίζεται μια απότομη αύξηση, το MOV δρα αμέσως και ο χρόνος απόκρισης είναι 1 έως 3 νανοδευτερόλεπτα. Το "V" στο MOV είναι ένας ρεοστάτης. Τη στιγμή της απόκρισης, η αντίσταση του MOV πέφτει από τη μέγιστη τιμή σε σχεδόν μηδέν ohms, και το υπερβολικό ρεύμα ρέει στο έδαφος μέσω του MOV. Ο προστατευμένος ηλεκτρικός εξοπλισμός συνεχίζει να λειτουργεί υπό κανονική τάση λειτουργίας. Τα ημιαγωγικά στοιχεία του έχουν την ιδιότητα να αλλάζουν αντίσταση καθώς αλλάζει η τάση. Όταν η τάση είναι κάτω από μια ορισμένη τιμή, η κίνηση των ηλεκτρονίων στον ημιαγωγό δημιουργεί υψηλή αντίσταση. Αντίθετα, όταν η τάση υπερβαίνει αυτή τη συγκεκριμένη τιμή, η κίνηση των ηλεκτρονίων αλλάζει και η αντίσταση του ημιαγωγού μειώνεται κοντά στο μηδέν ohms. Η τάση είναι κανονική και το προστατευτικό υπέρτασης MOV είναι αδρανές, γεγονός που δεν επηρεάζει τη γραμμή ρεύματος.
Οι ενδείξεις των πλεονεκτημάτων και των μειονεκτημάτων του προστατευτικού υπέρτασης MOV: (1) Τάση σύσφιξης: Υποδεικνύει την τιμή τάσης που θα προκαλέσει τη σύνδεση του MOV στη γείωση. Όσο χαμηλότερη είναι η τάση σύσφιξης, τόσο καλύτερη είναι η απόδοση προστασίας. (2) Ικανότητα απορρόφησης/διαρροής ενέργειας: Αυτή η ονομαστική τιμή υποδεικνύει πόση ενέργεια μπορεί να απορροφήσει το προστατευτικό υπερτάσεων πριν καεί, σε joule. Όσο υψηλότερη είναι η τιμή, τόσο καλύτερη είναι η απόδοση προστασίας. (3) Χρόνος απόκρισης: Τα προστατευτικά υπέρτασης δεν αποσυνδέονται αμέσως, έχουν μια μικρή καθυστέρηση στην απόκριση στην υπέρταση.
Μια άλλη κοινή συσκευή προστασίας από υπερτάσεις είναι ένας σωλήνας εκκένωσης αερίου. Αυτοί οι σωλήνες εκκένωσης αερίου κάνουν το ίδιο πράγμα με τους MOV, μεταφέρουν το πλεόνασμα ρεύματος από το ρεύμα στη γείωση χρησιμοποιώντας ένα αδρανές αέριο ως αγωγό μεταξύ των δύο καλωδίων. Όταν η τάση είναι σε ένα συγκεκριμένο εύρος, η σύνθεση του αερίου καθορίζει ότι είναι κακός αγωγός. Εάν η τάση υπερβαίνει αυτό το εύρος, το ρεύμα θα είναι αρκετά ισχυρό ώστε να ιονίζει το αέριο, καθιστώντας τον σωλήνα εκκένωσης αερίου πολύ καλό αγωγό. Διοχετεύει ρεύμα στη γείωση έως ότου η τάση επιστρέψει στα κανονικά επίπεδα και μετά γίνεται πάλι κακός αγωγός.
