Ylijännitesuojan periaate
Surge Protective Device (SPD), joka tunnetaan myös nimellä Surge Protector, on epälineaarinen suojalaite, jota käytetään jännitteisissä järjestelmissä rajoittamaan transienttia ylijännitettä ja ohjaamaan purkausylijännitevirtaa. Sitä käytetään suojaamaan sähkö- tai elektroniikkajärjestelmiä, joissa on matalajännitekestävyys salamaniskuilta, sähkömagneettisilta pulsseilta tai toiminnallisilta ylijännitevaurioilta. Viime vuosina sähköiset tietojärjestelmät (kuten televisio, puhelin, viestintä, tietokoneverkot jne.) ovat kehittyneet nopeasti, ja suuri määrä sähköisiä tietolaitteita on ilmaantunut ja yleistynyt. Tämäntyyppiset järjestelmät ja laitteet ovat usein kalliita ja tärkeitä, ja niillä on alhainen käyttöjännite ja ne kestävät jännitetasoja, mikä tekee niistä erittäin herkkiä salaman sähkömagneettisille pulsseille. Siksi SPD:tä tulee käyttää ylijännitesuojaukseen.
Eri maiden noudattamien erilaisten standardien vuoksi tuotteiden tekniset tiedot eivät ole yhtenäisiä, ja myös parametrien tunnistamisella on oma painopisteensä, joka on huomattavasti muita sähkötuotespesifikaatioita huonompi, mikä tuo suuria haittoja suunnitteluun ja valintaan. Teknisessä suunnittelussa yleiset tuotemerkit voidaan jakaa alkuperäpaikan perusteella pääasiassa kotimaisiin tuotteisiin, eurooppalaisiin tuotteisiin ja amerikkalaisiin tuotteisiin. Kotimaisten tuotteiden parametriasetukset ovat kaoottisia, erilaisilla spesifikaatioilla ja korkealla jäännösjännitteellä. Osa standardoiduista tuotemalleista on asetettu jäljittelemään eurooppalaisia tuotteita, kun taas toiset noudattavat kansallisia standardiparametreja. Useimmat tuotteet on merkitty In- ja Imax-merkinnöillä. Koska kotimaisten tuotteiden vaatimukset sovelluskohteille ovat alhaiset, rakennustasot ovat alhaiset ja laitteiden korkeat jännitekestävyysarvot, joitain parametrivaatimuksia voidaan lieventää asianmukaisesti.
Eurooppalaiset tuotteet on yleensä merkitty suurimmalla purkausvirralla, ja myös tuotemalli asetetaan tämän parametrin perusteella. Esimerkiksi tunnettu eurooppalainen tuotemerkki XXX65 ja XXX40, joissa arvot 65 ja 40 ovat Imax. Kiinalaiset standardit kuitenkin määräävät selvästi, että valinnassa tulee käyttää nimellispurkausvirtaa In, mikä on tällä hetkellä teknisessä suunnittelussa hankala tilanne. Tuotetietojen tarkistamisen jälkeen In-arvo XX65 ei ylitä 20kA ja In-arvo XX40 ei ylitä 15kA. Jos GB50343:n suositeltuja arvoja noudatetaan, näitä kahta tuotetta voidaan käyttää vain kolmitasoiseen suojaukseen laitteen lopussa. Varsinaisessa suunnittelussa ne kuitenkin asennetaan ensimmäiselle ja toiselle tasolle, mikä on selvästi ristiriidassa kansallisten standardien valintaparametrien kanssa, ja jäännösjännite on korkea. Tavalliset mallit ylittävät yleensä 1200 V. Kun johdotusympäristö ei ole hyvä, on helppo ylittää laitteen kestojännitearvo. Yleisesti ottaen eurooppalaisilla tuotteilla on suhteellisen pieni Uc-arvo ja ne ovat opportunistisia verkkojännitteen merkitsemisessä, mikä helpottaa harhaanjohtamista malleja valittaessa.
SPD:n toimintaperiaate
Ylijännitesuoja soveltuu 220/380V pienjännitesyötön suojaamiseen ja on epälineaarinen komponentti. IEC-standardien mukaan ylijännitesuoja on laite, jota käytetään pääasiassa siirtojohdon ylijännitteen ja ylivirran vaimentamiseen. Ylijännitesuojan perusedellytys suojaavan roolin suorittamiselle on kestää odotettu salamavirta ja sammuttaa tehokkaasti salaman virtauksen jälkeen syntyvän tehotaajuuden jatkuvan virran ylijännitteen maksimipuristusjännitteen kautta. Se rajoittaa voimalinjaan tai signaalinsiirtolinjaan tulevan hetkellisen ylijännitteen jännitealueelle, jonka laite tai järjestelmä voi kestää, tai purkaa voimakasta salamavirtaa maahan suojatakseen suojattua laitetta tai järjestelmää iskun aiheuttamilta vaurioilta.
Ylijännitesuojainten tyypit ja rakenteet vaihtelevat käyttötarkoituksen mukaan, mutta ne sisältävät vähintään yhden epälineaarisen jännitteenrajoituselementin. Yleisesti käytettyjä ylijännitesuojaimia ovat MOV:t (MetalOxideVaristorit) ja kaasupurkausputket. Sähköpiikit sisältävät voimakasta energiaa, eikä niitä voi pysäyttää. Tästä syystä herkät sähkölaitteet suojataan ylijännitevaurioilta strategiana on ohjata ylijännite laitteesta ja virtaamaan sitten maahan.
Ylijännitesuoja MOV koostuu kolmesta osasta: keskellä oleva metallioksidimateriaali, joka on yhdistetty kahdella puolijohteella virtalähteeseen ja maadoitusjohtoon. Kun esiintyy ylijännite, MOV toimii välittömästi 1-3 nanosekunnin vasteajalla. MOV:n "V" on reostaatti. Vastehetkellä MOV:n resistanssi putoaa maksimiarvostaan lähes nollaan ohmiin ja ylivirtaa virtaa maahan MOV:n kautta. Suojatut sähkölaitteet jatkavat toimintaansa normaalilla käyttöjännitteellä. Sen puolijohdekomponenteilla on ominaisuus muuttaa vastusta jännitteen muutoksilla. Kun jännite putoaa tietyn arvon alapuolelle, elektronien liike puolijohteessa synnyttää suuren vastuksen. Päinvastoin, kun jännite ylittää tämän ominaisarvon, elektronien liike muuttuu ja puolijohteen vastus pienenee lähes nollaan ohmiin. Jännite on normaali, ja ylijännitesuoja MOV on tyhjäkäynnillä sivulla vaikuttamatta sähkölinjaan.
Ylijännitesuojalaitteiden (MOV) etujen ja haittojen indikaattorit ovat: (1) Puristusjännite: edustaa jännitteen arvoa, joka saa MOV:t kytkeytymään maadoitusjohtoon. Mitä pienempi puristusjännite, sitä parempi suojausteho. (2) Energian absorptio/häviökapasiteetti: Tämä nimellisarvo ilmaisee, kuinka paljon energiaa ylijännitesuoja voi absorboida ennen polttamista, jouleina. Mitä suurempi arvo, sitä parempi suojausteho. (3) Vasteaika: Ylijännitesuojat eivät katkea välittömästi, ja niiden reagoinnissa ylijännitehäiriöihin on pieni viive.
Toinen yleinen ylijännitesuoja on kaasupurkausputki. Näillä kaasupurkausputkilla on sama tehtävä kuin MOV:illa, ne siirtävät ylimääräistä virtaa jännitteestä maadoitusjohtoon ja saavuttavat tämän toiminnon käyttämällä inerttiä kaasua johtimena kahden johtimen välissä. Kun jännite on tietyllä alueella, kaasun koostumus määrittää, että se on huono johdin. Jos jännite nousee ja ylittää tämän alueen, virran voimakkuus riittää ionisoimaan kaasun, mikä tekee kaasupurkausputkesta erittäin hyvän johtimen. Se johtaa virtaa maadoitusjohtimeen, kunnes jännite palaa normaalille tasolle, ja tulee sitten vialliseksi johtimeksi
