Zasada ochrony przed przepięciami
Urządzenie przeciwprzepięciowe (SPD), znane również jako zabezpieczenie przeciwprzepięciowe, to nieliniowe urządzenie ochronne stosowane w systemach pod napięciem w celu ograniczenia przejściowych przepięć i prowadzenia prądu udarowego wyładowania. Służy do ochrony systemów elektrycznych lub elektronicznych o niskim poziomie wytrzymywania napięcia przed uderzeniami pioruna, impulsami elektromagnetycznymi lub uszkodzeniami spowodowanymi przepięciami operacyjnymi. W ostatnich latach elektroniczne systemy informacyjne (takie jak telewizja, telefon, komunikacja, sieci komputerowe itp.) szybko się rozwinęły, a także pojawiła się i spopularyzowała dużą liczbę elektronicznych urządzeń informacyjnych. Tego typu systemy i sprzęt są często drogie i ważne, charakteryzują się niskim napięciem roboczym i niskim poziomem napięcia wytrzymywanego, co czyni je bardzo podatnymi na piorunowe impulsy elektromagnetyczne. Dlatego też do ochrony przeciwprzepięciowej należy stosować SPD.
Ze względu na różne standardy stosowane w różnych krajach, specyfikacje produktów nie są ujednolicone, a identyfikacja parametrów również ma swój własny nacisk, który jest znacznie gorszy od innych specyfikacji produktów elektrycznych, co powoduje ogromne niedogodności przy projektowaniu i wyborze. W projektowaniu inżynierskim popularne marki można głównie podzielić na produkty krajowe, produkty europejskie i produkty amerykańskie ze względu na miejsce ich pochodzenia. Ustawienia parametrów produktów krajowych są chaotyczne, mają różnorodne specyfikacje i wysokie napięcie szczątkowe. Niektóre ze standardowych modeli produktów mają naśladować produkty europejskie, inne natomiast spełniają parametry standardów krajowych. Większość produktów jest oznaczona In i Imax. Ze względu na niskie wymagania produktów krajowych w zakresie miejsc zastosowania, niski poziom zabudowy i wysokie wartości napięcia wytrzymywanego sprzętu, niektóre wymagania dotyczące parametrów można odpowiednio złagodzić.
Produkty europejskie są zazwyczaj oznaczone maksymalnym prądem rozładowania i na podstawie tego parametru ustalany jest również model produktu. Przykładowo znana europejska marka XXX65 i XXX40, gdzie wartości 65 i 40 to Imax. Jednakże chińskie normy wyraźnie określają, że do doboru należy stosować nominalny prąd wyładowczy In, co jest obecnie niezręczną sytuacją spotykaną w projektowaniu inżynierskim. Po sprawdzeniu informacji o produkcie wartość In XX65 nie przekracza 20 kA, a wartość In XX40 nie przekracza 15 kA. Jeśli przestrzegane są zalecane wartości GB50343, te dwa produkty można stosować wyłącznie w celu zapewnienia trzystopniowej ochrony na końcu urządzenia. Jednak w rzeczywistym projekcie są one instalowane na pierwszym i drugim poziomie, co jest wyraźnie niezgodne z parametrami doboru norm krajowych, a napięcie szczątkowe jest wysokie. Zwykłe modele zwykle przekraczają 1200 V. Gdy środowisko okablowania nie jest dobre, łatwo jest przekroczyć wartość napięcia wytrzymywanego sprzętu. Ogólnie rzecz biorąc, produkty europejskie mają stosunkowo małą wartość Uc i oportunistycznie oznaczają napięcie sieciowe, co ułatwia wprowadzenie w błąd przy wyborze modelu.
Zasada działania SPD
Ochronnik przeciwprzepięciowy nadaje się do ochrony zasilania niskiego napięcia 220/380 V i jest elementem nieliniowym. Zgodnie z normami IEC zabezpieczenie przeciwprzepięciowe jest urządzeniem służącym głównie do tłumienia przepięć i przetężeń linii przesyłowej. Podstawowym wymaganiem, aby urządzenie przeciwprzepięciowe spełniało funkcję ochronną, jest wytrzymanie oczekiwanego prądu piorunowego i skuteczne wygaszenie prądu ciągłego o częstotliwości sieciowej, powstającego po przepływie pioruna przez maksymalne napięcie ograniczające udar. Ogranicza chwilowe przepięcie dochodzące do linii elektroenergetycznej lub linii przesyłowej sygnału do zakresu napięcia, jaki może wytrzymać sprzęt lub system, lub wyładowuje silny prąd piorunowy do ziemi, aby chronić chroniony sprzęt lub system przed uszkodzeniami spowodowanymi uderzeniami.
Rodzaje i konstrukcje ograniczników przepięć różnią się w zależności od ich różnych zastosowań, ale zawierają co najmniej jeden nieliniowy element ograniczający napięcie. Powszechnie stosowane zabezpieczenia przeciwprzepięciowe obejmują MOV (Varystory MetalOxide) i lampy wyładowcze. Przepięcia elektryczne zawierają potężną energię i nie można ich zatrzymać. Z tego powodu strategią ochrony wrażliwego sprzętu elektrycznego przed uszkodzeniami związanymi z przepięciami jest odwrócenie przepięcia od sprzętu, a następnie jego spuszczenie do ziemi.
Ochronnik przeciwprzepięciowy MOV składa się z trzech części: środkowej części z tlenku metalu, połączonej dwoma półprzewodnikami z zasilaczem i przewodem uziemiającym. W przypadku wystąpienia przepięcia MOV natychmiast reaguje z czasem reakcji wynoszącym 1-3 nanosekund. „V” w MOV to reostat. W momencie zadziałania rezystancja MOV spada od wartości maksymalnej do prawie zera omów, a przez MOV przepływa do ziemi nadmiar prądu. Chroniony sprzęt elektryczny nadal działa przy normalnym napięciu roboczym. Jego elementy półprzewodnikowe mają właściwość zmiany rezystancji wraz ze zmianami napięcia. Gdy napięcie spadnie poniżej określonej wartości, ruch elektronów w półprzewodniku generuje duży opór. I odwrotnie, gdy napięcie przekroczy tę określoną wartość, ruch elektronów ulegnie zmianie, a rezystancja półprzewodnika spadnie do prawie zera omów. Napięcie jest normalne, a zabezpieczenie przeciwprzepięciowe MOV jest z boku bezczynne, bez wpływu na linię energetyczną.
Wskaźniki zalet i wad urządzeń przeciwprzepięciowych (MOV) są następujące: (1) Napięcie zaciskania: reprezentuje wartość napięcia, która spowoduje połączenie MOV z przewodem uziemiającym. Im niższe napięcie zaciskania, tym lepsza skuteczność ochrony. (2) Zdolność pochłaniania/rozpraszania energii: Ta wartość nominalna określa, w dżulach, ile energii może pochłonąć zabezpieczenie przeciwprzepięciowe przed spaleniem. Im wyższa wartość, tym lepsza skuteczność ochrony. (3) Czas reakcji: Ochronniki przeciwprzepięciowe nie odłączają się natychmiast i występuje niewielkie opóźnienie w ich reakcji na przepięcia.
Innym powszechnym urządzeniem chroniącym przed przepięciami jest rura wyładowcza. Te lampy wyładowcze pełnią tę samą funkcję co MOV, przenosząc nadmiar prądu z przewodu pod napięciem do przewodu uziemiającego i osiągając tę funkcję poprzez wykorzystanie gazu obojętnego jako przewodnika pomiędzy dwoma przewodami. Kiedy napięcie mieści się w określonym zakresie, skład gazu wskazuje, że jest on złym przewodnikiem. Jeśli napięcie wzrośnie i przekroczy ten zakres, siła prądu będzie wystarczająca do zjonizowania gazu, dzięki czemu rura wyładowcza będzie bardzo dobrym przewodnikiem. Będzie przewodził prąd do przewodu uziemiającego, aż napięcie powróci do normalnego poziomu, a następnie stanie się uszkodzonym przewodnikiem
