Αρχή προστασίας από υπερτάσεις ισχύος
Η συσκευή προστασίας από υπέρταση (SPD), επίσης γνωστή ως Surge Protector, είναι μια μη γραμμική προστατευτική συσκευή που χρησιμοποιείται σε ηλεκτροφόρα συστήματα για τον περιορισμό της παροδικής υπέρτασης και την καθοδήγηση του ρεύματος υπέρτασης εκφόρτισης. Χρησιμοποιείται για την προστασία ηλεκτρικών ή ηλεκτρονικών συστημάτων με επίπεδα αντοχής χαμηλής τάσης από κεραυνούς, ηλεκτρομαγνητικούς παλμούς ή ζημιές λόγω λειτουργικής υπέρτασης. Τα τελευταία χρόνια, τα ηλεκτρονικά συστήματα πληροφοριών (όπως η τηλεόραση, το τηλέφωνο, η επικοινωνία, τα δίκτυα υπολογιστών κ.λπ.) έχουν αναπτυχθεί ραγδαία και ένας μεγάλος αριθμός ηλεκτρονικών συσκευών πληροφόρησης έχει εμφανιστεί και διαδοθεί. Αυτοί οι τύποι συστημάτων και εξοπλισμού είναι συχνά ακριβοί και σημαντικοί, με χαμηλή τάση λειτουργίας και αντέχουν σε επίπεδα τάσης, καθιστώντας τα ιδιαίτερα ευαίσθητα σε ηλεκτρομαγνητικούς παλμούς κεραυνών. Επομένως, το SPD θα πρέπει να χρησιμοποιείται για προστασία από υπέρταση.
Λόγω των διαφορετικών προτύπων που ακολουθούνται από διαφορετικές χώρες, οι προδιαγραφές των προϊόντων δεν είναι ενοποιημένες και η αναγνώριση των 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 κυρίως σε εγχώρια προϊόντα, ευρωπαϊκά προϊόντα και αμερικανικά προϊόντα με βάση τον τόπο προέλευσής τους. Οι ρυθμίσεις παραμέτρων των εγχώριων προϊόντων είναι χαοτικές, με διαφορετικές προδιαγραφές και υψηλή υπολειμματική τάση. Ορισμένα από τα τυποποιημένα μοντέλα προϊόντων έχουν ρυθμιστεί να μιμούνται τα ευρωπαϊκά προϊόντα, ενώ άλλα ακολουθούν εθνικές παραμέτρους προτύπων. Τα περισσότερα προϊόντα φέρουν την ετικέτα In και Imax. Λόγω των χαμηλών απαιτήσεων των εγχώριων προϊόντων για τοποθεσίες εφαρμογής, των χαμηλών επιπέδων κτιρίων και των υψηλών τιμών τάσης αντοχής του εξοπλισμού, ορισμένες απαιτήσεις παραμέτρων μπορούν να χαλαρώσουν κατάλληλα.
Τα ευρωπαϊκά προϊόντα φέρουν γενικά την ετικέτα με το μέγιστο ρεύμα εκφόρτισης και το μοντέλο του προϊόντος ορίζεται επίσης με βάση αυτήν την παράμετρο. Για παράδειγμα, μια γνωστή ευρωπαϊκή μάρκα XXX65 και XXX40, όπου οι τιμές 65 και 40 είναι Imax. Ωστόσο, τα κινεζικά πρότυπα ορίζουν ξεκάθαρα ότι το ονομαστικό ρεύμα εκφόρτισης In θα πρέπει να χρησιμοποιείται για την επιλογή, κάτι που είναι μια δύσκολη 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. Εάν τηρηθούν οι συνιστώμενες τιμές GB50343, αυτά τα δύο προϊόντα μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο για προστασία τριών επιπέδων στο τέλος του εξοπλισμού. Ωστόσο, στον πραγματικό σχεδιασμό, εγκαθίστανται στο πρώτο και το δεύτερο επίπεδο, κάτι που είναι σαφώς ασυνεπές με τις παραμέτρους επιλογής των εθνικών προτύπων και η υπολειπόμενη τάση είναι υψηλή. Τα συνηθισμένα μοντέλα υπερβαίνουν γενικά τα 1200V. Μόλις το περιβάλλον καλωδίωσης δεν είναι καλό, είναι εύκολο να υπερβείτε την τιμή αντοχής της τάσης του εξοπλισμού. Γενικά, τα ευρωπαϊκά προϊόντα έχουν σχετικά μικρή τιμή Uc και είναι ευκαιριακά στην επισήμανση της τάσης γραμμής, καθιστώντας ευκολότερη την παραπλάνηση κατά την επιλογή μοντέλων.
Η αρχή λειτουργίας του SPD
Το προστατευτικό υπέρτασης είναι κατάλληλο για την προστασία τροφοδοσίας χαμηλής τάσης 220/380V και είναι μη γραμμικό εξάρτημα. Σύμφωνα με τα πρότυπα IEC, το προστατευτικό υπέρτασης είναι μια συσκευή που χρησιμοποιείται κυρίως για την καταστολή της υπέρτασης και της υπερέντασης της γραμμής μεταφοράς. Η βασική απαίτηση για ένα προστατευτικό υπέρτασης να διαδραματίσει προστατευτικό ρόλο είναι να αντέχει το αναμενόμενο ρεύμα κεραυνού και να σβήνει αποτελεσματικά το συνεχές ρεύμα συχνότητας ισχύος που παράγεται μετά τη ροή κεραυνού μέσω της μέγιστης τάσης σύσφιξης της υπέρτασης. Περιορίζει τη στιγμιαία υπέρταση που εισέρχεται στη γραμμή ισχύος ή στη γραμμή μετάδοσης σήματος στο εύρος τάσης που μπορεί να αντέξει ο εξοπλισμός ή το σύστημα ή εκκενώνει ισχυρό κεραυνικό ρεύμα στο έδαφος για να προστατεύσει τον προστατευμένο εξοπλισμό ή το σύστημα από ζημιές που προκαλούνται από κρούση.
Οι τύποι και οι δομές των προστατευτικών υπερτάσεων ποικίλλουν ανάλογα με τις διαφορετικές χρήσεις τους, αλλά περιέχουν τουλάχιστον ένα μη γραμμικό στοιχείο περιορισμού τάσης. Τα συνήθως χρησιμοποιούμενα προστατευτικά υπέρτασης περιλαμβάνουν MOV (MetalOxideVaristors) και σωλήνες εκκένωσης αερίου. Οι ηλεκτρικές υπερτάσεις περιέχουν ισχυρή ενέργεια και δεν μπορούν να σταματήσουν. Για το λόγο αυτό, η στρατηγική για την προστασία του ευαίσθητου ηλεκτρικού εξοπλισμού από ζημιές από υπερτάσεις είναι η εκτροπή της υπέρτασης από τον εξοπλισμό και στη συνέχεια η ροή στο έδαφος.
Το προστατευτικό υπέρτασης MOV αποτελείται από τρία μέρη: ένα υλικό οξειδίου μετάλλου στη μέση, συνδεδεμένο με δύο ημιαγωγούς στο τροφοδοτικό και το καλώδιο γείωσης. Όταν εμφανίζεται μια απότομη αύξηση, το MOV ενεργεί αμέσως με χρόνο απόκρισης 1-3 νανοδευτερόλεπτων. Το "V" στο MOV είναι ένας ρεοστάτης. Τη στιγμή της απόκρισης, η αντίσταση του MOV πέφτει από τη μέγιστη τιμή του σε σχεδόν μηδέν ohms, και το υπερβολικό ρεύμα ρέει στο έδαφος μέσω του MOV. Ο προστατευμένος ηλεκτρικός εξοπλισμός συνεχίζει να λειτουργεί σε κανονική τάση λειτουργίας. Τα ημιαγωγικά εξαρτήματά του έχουν την ιδιότητα να αλλάζουν αντίσταση με αλλαγές τάσης. Όταν η τάση πέσει κάτω από μια συγκεκριμένη τιμή, η κίνηση των ηλεκτρονίων σε έναν ημιαγωγό δημιουργεί υψηλή αντίσταση. Αντίθετα, όταν η τάση υπερβαίνει αυτή τη συγκεκριμένη τιμή, η κίνηση των ηλεκτρονίων θα αλλάξει και η αντίσταση του ημιαγωγού θα μειωθεί σε σχεδόν μηδέν ohms. Η τάση είναι κανονική και το προστατευτικό υπέρτασης MOV είναι αδρανές στο πλάι, χωρίς να επηρεάζει τη γραμμή ρεύματος.
Οι δείκτες για τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των συσκευών προστασίας από υπερτάσεις (MOV) είναι: (1) Τάση σύσφιξης: αντιπροσωπεύει την τιμή τάσης που θα προκαλέσει τη σύνδεση των MOV στο καλώδιο γείωσης. Όσο χαμηλότερη είναι η τάση σύσφιξης, τόσο καλύτερη είναι η απόδοση προστασίας. (2) Ικανότητα απορρόφησης/διαρροής ενέργειας: Αυτή η ονομαστική τιμή αντιπροσωπεύει 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 υπερτάσεων δεν αποσυνδέονται αμέσως και θα υπάρξει μια μικρή καθυστέρηση στην απόκρισή τους σε υπερτάσεις.
Μια άλλη κοινή συσκευή προστασίας από υπερτάσεις είναι ένας σωλήνας εκκένωσης αερίου. Αυτοί οι σωλήνες εκκένωσης αερίου έχουν την ίδια λειτουργία με τους MOV, μεταφέροντας το πλεονάζον ρεύμα από το ηλεκτρικό καλώδιο στο καλώδιο γείωσης και επιτυγχάνοντας αυτή τη λειτουργία χρησιμοποιώντας αδρανές αέριο ως αγωγό μεταξύ των δύο καλωδίων. Όταν η τάση είναι εντός ενός συγκεκριμένου εύρους, η σύνθεση του αερίου καθορίζει ότι είναι κακός αγωγός. Εάν η τάση υπερβαίνει αυτό το εύρος, η ισχύς του ρεύματος θα είναι επαρκής για να ιονίσει το αέριο, καθιστώντας τον σωλήνα εκκένωσης αερίου πολύ καλό αγωγό. Θα μεταφέρει ρεύμα στο καλώδιο γείωσης έως ότου η τάση επιστρέψει στα κανονικά επίπεδα και στη συνέχεια θα γίνει ελαττωματικός αγωγός
