Αρχή προστασίας από υπερτάσεις για μεταγωγικά τροφοδοτικά
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.
Λόγω των διαφορετικών προτύπων που ακολουθούνται από διάφορες χώρες, οι προδιαγραφές του προϊόντος δεν είναι ενοποιημένες και η αναγνώριση παραμέτρων έχει επίσης τη δική της έμφαση, η οποία είναι πολύ κατώτερη από άλλες προδιαγραφές ηλεκτρικών προϊόντων, γεγονός που προκαλεί μεγάλη ταλαιπωρία στο σχεδιασμό και την επιλογή. Στον μηχανολογικό σχεδιασμό, οι κοινές μάρκες μπορούν να χωριστούν σε εγχώρια προϊόντα, ευρωπαϊκά προϊόντα και αμερικανικά προϊόντα ανάλογα με τον τόπο προέλευσης. Οι ρυθμίσεις παραμέτρων των εγχώριων προϊόντων είναι χαοτικές, με διάφορες προδιαγραφές και υψηλή υπολειμματική πίεση. Ορισμένες από τις ρυθμίσεις μοντέλων τυποποιημένων προϊόντων μιμούνται ευρωπαϊκά προϊόντα και ορισμένες ακολουθούν τις εθνικές παραμέτρους βαθμονόμησης. Τα περισσότερα από τα προϊόντα επισημαίνονται με In και Imax. Δεδομένου ότι τα εγχώρια προϊόντα έχουν σχετικά χαμηλές απαιτήσεις για τοποθεσίες εφαρμογής, χαμηλούς βαθμούς κτιρίου και μεγάλο εξοπλισμό αντέχουν τιμές τάσης, ορισμένες απαιτήσεις παραμέτρων μπορούν να χαλαρώσουν κατάλληλα.
Τα ευρωπαϊκά προϊόντα γενικά επισημαίνουν το μέγιστο ρεύμα εκφόρτισης και το μοντέλο του προϊόντος ρυθμίζεται επίσης σύμφωνα με αυτήν την παράμετρο. Για παράδειγμα, XXX65 και XXX40 μιας διάσημης ευρωπαϊκής μάρκας, οι τιμές 65 και 40 είναι Imax. Ωστόσο, το κινεζικό πρότυπο ορίζει ξεκάθαρα ότι το ονομαστικό ρεύμα εκφόρτισης In θα πρέπει να χρησιμοποιείται για την επιλογή τύπου, κάτι που είναι μια ενοχλητική κατάσταση που συναντάται στον μηχανολογικό σχεδιασμό επί του παρόντος. Μετά τον έλεγχο των πληροφοριών του προϊόντος, η τιμή In του XX65 δεν υπερβαίνει τα 20 kA και η τιμή In του XX40 δεν υπερβαίνει τα 15 kA. Σύμφωνα με τη συνιστώμενη τιμή GB50343, αυτά τα δύο προϊόντα μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο για την προστασία τρίτου επιπέδου του τερματικού εξοπλισμού, αλλά στην πραγματική σχεδίαση, εγκαθίστανται στο πρώτο και στο δεύτερο επίπεδο, κάτι που είναι προφανώς ασυμβίβαστο με τις παραμέτρους επιλογής του εθνικού προτύπου, και η υπολειπόμενη τάση Τα υψηλότερα, τα συνηθισμένα μοντέλα υπερβαίνουν γενικά τα 1200 V, όταν το περιβάλλον καλωδίωσης δεν είναι καλό, είναι εύκολο να υπερβείτε την τιμή τάσης αντοχής του εξοπλισμού. Γενικά, η τιμή Uc των ευρωπαϊκών προϊόντων είναι μικρή και η τάση γραμμής επισημαίνεται ευκαιριακά, επομένως είναι εύκολο να είσαι παραπλανητικός όταν επιλέγεις ένα μοντέλο.
Πώς λειτουργούν τα SPD
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.
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.
(1) Γραμμή ηλεκτρικής ενέργειας SPD
Δεδομένου ότι η ενέργεια των κεραυνών είναι πολύ μεγάλη, είναι απαραίτητο να απελευθερωθεί η ενέργεια των κεραυνών στο έδαφος βήμα προς βήμα μέσω της μεθόδου της ιεραρχικής εκφόρτισης. Στη ζώνη μη άμεσης αντικεραυνικής προστασίας (LPZ0A) ή στη συμβολή της ζώνης άμεσης αντικεραυνικής προστασίας (LPZ0B) και της πρώτης ζώνης προστασίας (LPZ1), εγκαταστήστε ένα προστατευτικό υπέρτασης ή ένα προστατευτικό υπερτάσεων περιορισμού τάσης που έχει περάσει τη δοκιμή ταξινόμησης κατηγορίας Ι ως το πρώτο Το πρώτο επίπεδο προστασίας είναι η εκκένωση του άμεσου ρεύματος κεραυνού ή όταν η γραμμή μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας χτυπηθεί απευθείας από κεραυνό, θα εκφορτίσει την τεράστια ενέργεια που εκτελείται. Εγκαταστήστε ένα προστατευτικό υπέρτασης περιορισμού της τάσης στη διασταύρωση κάθε τμήματος (συμπεριλαμβανομένης της περιοχής LPZ1) μετά την πρώτη ζώνη προστασίας, ως δεύτερο, τρίτο ή υψηλότερο επίπεδο προστασίας. Το προστατευτικό δεύτερου επιπέδου είναι μια διάταξη προστασίας για την υπολειπόμενη τάση του προστατευτικού προηγούμενου επιπέδου και την επαγόμενη κεραυνό στην περιοχή. Όταν συμβαίνει μια μεγάλη απορρόφηση ενέργειας κεραυνού στο μπροστινό επίπεδο, υπάρχει ακόμα ένα μέρος που είναι αρκετά μεγάλο για τον εξοπλισμό ή το προστατευτικό τρίτου επιπέδου. Η ενέργεια θα μεταδοθεί και πρέπει να απορροφηθεί περαιτέρω από το προστατευτικό δεύτερου επιπέδου. Ταυτόχρονα, η γραμμή μετάδοσης που διέρχεται από τη συσκευή αντικεραυνικής προστασίας πρώτου επιπέδου θα προκαλέσει επίσης κεραυνική ηλεκτρομαγνητική παλμική ακτινοβολία. Όταν η γραμμή είναι αρκετά μεγάλη, η ενέργεια του επαγόμενου κεραυνού γίνεται αρκετά μεγάλη, απαιτώντας ένα προστατευτικό δεύτερου επιπέδου για την περαιτέρω εκφόρτιση της κεραυνικής ενέργειας. Το προστατευτικό τρίτου επιπέδου προστατεύει την υπολειπόμενη ενέργεια κεραυνού που διέρχεται από το προστατευτικό δεύτερου επιπέδου. Σύμφωνα με το επίπεδο τάσης αντοχής του προστατευμένου εξοπλισμού, εάν η αντικεραυνική προστασία δύο επιπέδων μπορεί να περιορίσει την τάση χαμηλότερη από το επίπεδο τάσης αντοχής του εξοπλισμού, απαιτούνται μόνο δύο επίπεδα προστασίας. εάν το επίπεδο τάσης αντοχής του εξοπλισμού είναι χαμηλό, τέσσερα επίπεδα ή και περισσότερα επίπεδα προστασίας.
Γραμμή σήματος SPD
Με την ευρεία εφαρμογή των πληροφοριακών συστημάτων, λόγω του μεγάλου αριθμού γραμμών δικτύου και του χαμηλού επιπέδου τάσης αντοχής του ηλεκτρονικού εξοπλισμού, οι κεραυνοί είναι όλο και πιο επιβλαβείς για τα πληροφοριακά συστήματα. Η βλάβη του κεραυνού στο σύστημα πληροφοριών προκαλείται κυρίως από τον ηλεκτρομαγνητικό παλμό κεραυνού, συμπεριλαμβανομένου του κύματος υπέρτασης κεραυνού που διεξάγεται κατά μήκος της γραμμής, της αντεπίθεσης υψηλού δυναμικού που δημιουργείται από το ρεύμα κεραυνού στο καλώδιο γείωσης, την ηλεκτροστατική επαγωγή και την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή του κεραυνού ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Τα προστατευτικά μέτρα για τους ηλεκτρομαγνητικούς παλμούς περιλαμβάνουν υποκλοπή, διακλάδωση, ισοδυναμική σύνδεση, θωράκιση, γείωση και λογική καλωδίωση. Η εγκατάσταση SPD στη γραμμή σήματος είναι ένα σημαντικό μέτρο για το σύστημα πληροφοριών για την πρόληψη ηλεκτρομαγνητικών παλμών. Μπορεί να παίξει ταυτόχρονα το ρόλο της αναχαίτισης, της εκτροπής και της ισοδυναμικής σύνδεσης. Η γραμμή σήματος SPD θα πρέπει να συνδεθεί στη θύρα σήματος του προστατευμένου εξοπλισμού. Το τερματικό εξόδου του συνδέεται με τη θύρα του προστατευμένου εξοπλισμού, η οποία μπορεί να χωριστεί σε σειριακή σύνδεση και παράλληλη σύνδεση, και γενικά εγκαθίσταται σε σειρά στη γραμμή σήματος. Επομένως, κατά την επιλογή ενός SPD σήματος, θα πρέπει να επιλέγεται ένα SPD με μικρότερη απώλεια εισαγωγής.
