Co se děje uvnitř ochranného přístroje během úderu blesku?

Co se děje uvnitř ochranného přístroje proti přechodným přetížením během úderu bleskem?

Během úderu bleskem hrají ochranné přístroje proti přechodným přetížením (SPD) klíčovou roli v ochraně elektrického zařízení před přechodnými přetíženími (tj. vlnami přetížení). Níže jsou popsány hlavní procesy a mechanismy, které probíhají uvnitř SPD během těchto událostí:

1. Detekce a odezva na vlnu přetížení

Když vlna přetížení způsobená úderem bleskem vstoupí do elektrického systému, ochranný přístroj rychle detekuje tento neobvyklý napěťový stav. Typicky mají SPD nastavenou prahovou hodnotu napětí; jakmile detekované napětí překročí tuto prahovou hodnotu, ochranný přístroj aktivuje svůj ochranný mechanismus.

2. Absorpce a disipace energie

SPD absorbuje a disipuje energii vlny přetížení, aby zabránil jejímu proniknutí do připojeného elektrického zařízení. Běžné mechanismy absorpce a disipace zahrnují:

a. Varistory s kovovými oxidy (MOVs)

• Princip fungování: MOVs jsou netradiční rezistivní materiály, jejichž odpor se mění s aplikovaným napětím. Za normálních pracovních napětí mají MOVs vysoký odpor; když napětí překročí určitou prahovou hodnotu, jejich odpor náhle klesne, což umožňuje průchod proudem.

• Disipace energie: MOVs převádějí nadbytečnou elektřinu na teplo a disipují ji. Ačkoli MOVs mají vlastnosti samoobnovy a mohou pokračovat v funkci po několika malých vlnách přetížení, mohou selhat po velkých nebo častých vlnách přetížení.

b. Plynové výbojkové trubice (GDTs)

• Princip fungování: GDTs jsou uzavřené trubice vyplněné inertním plynem. Když napětí mezi oběma konci překročí určitou hodnotu, plyn uvnitř ionizuje, vytvářející vodič pro proud.

• Disipace energie: GDTs disipují energii vlny přetížení prostřednictvím plazmy vytvořené ionizací plynu a automaticky ukončují plazmu, jakmile napětí vrátí k normálu, obnovují izolaci.

c. Diody pro potlačení přechodných přetížení (TVS diody)

• Princip fungování: TVS diody zůstávají ve vysokoodporovém stavu za normálních pracovních napětí. Když napětí překročí jejich poruchové napětí, dioda rychle přepne do nízkoodporového stavu, umožňující průchod proudu.

• Disipace energie: TVS diody disipují energii vlny přetížení prostřednictvím avalanche efektu v jejich interních PN spojích a jsou vhodné pro rychlou odpověď na malé vlny přetížení.

3. Odklon energie a zemlení

SPD nejen absorbuje energii vlny přetížení, ale také odkloní část této energie do zemných veden, aby dále snížil dopad na zařízení. Specifické mechanismy zahrnují:

• Odklonové obvody: SPD jsou navrženy s specializovanými odklonovými obvody, které vedou přetížení k zemným veden, zabírají ho před přímým vstupem do zařízení.

• Zemný systém: Dobrý zemný systém je klíčový pro zajištění efektivního fungování SPD. Zemný systém by měl poskytovat cestu s nízkým impedancí pro rychlou disipaci energie vlny přetížení do země.

4. Obnova po vlně přetížení

Po vlně přetížení musí SPD vrátit se do svého normálního pracovního stavu. Různé typy ochránců mají různé mechanismy obnovy:

• MOVs: Pokud vlna přetížení nezpůsobí trvalé poškození MOV, automaticky se vrátí do vysokoodporového stavu, jakmile se napětí normalizuje.

• GDTs: Jakmile se napětí vrátí k normálu, plazma uvnitř GDT automaticky vyhasne, obnovuje izolační stav.

• TVS diody: Po normalizaci napětí se TVS diody také automaticky vrátí do vysokoodporového stavu.

5. Módy selhání a ochrana

Ačkoli jsou SPD navrženy tak, aby zvládly vlny přetížení, mohou v extrémních případech selhat. Pro zajištění bezpečnosti mnoho SPD obsahuje dodatečné funkce:

• Termální odpojovací zařízení: Když MOV nebo jiná součást přehřeje a selže, termální odpojovací zařízení přeruší obvod, aby se zabránilo požárům a dalším nebezpečím.

• Indikátorové světlo/Alarm: Některá SPD jsou vybavena indikátorovými světly nebo alarmy, které upozorní uživatele, zda ochránce stále správně funguje.

Závěr

Během úderu bleskem chrání ochranné přístroje proti přechodným přetížením elektrické zařízení následujícími kroky:

• Detekce vlny přetížení: Identifikace situací, kdy napětí překročí normální rozmezí.

• Absorpce a disipace energie: Využití komponent jako jsou MOVs, GDTs a TVS diody k převedení energie vlny přetížení na teplo nebo jiné formy energie.

• Odklon do zemných veden: Vedení přetížení do zemných veden, aby se minimalizoval dopad na zařízení.

• Návrat do normálního stavu: Po vlně přetížení se ochránce vrátí do svého normálního pracovního stavu.

• Ochrana před selháním: Poskytnutí dodatečných bezpečnostních opatření v extrémních případech, aby se zabránilo dalšímu poškození.