Τι συμβαίνει μέσα σε έναν προστατευτή κοπώνων κατά τη διάρκεια ενός χτύπηματος αστραπής

Τι συμβαίνει μέσα σε ένα συστηματικό προστατευτικό συστήμα κατά τη διάρκεια ενός χτύπηματος αστραπής;

Κατά τη διάρκεια ενός χτύπηματος αστραπής, τα συστηματικά προστατευτικά συστήματα (SPDs) διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στην προστασία των ηλεκτρικών εξοπλισμών από προσωρινές υπερτάσεις (δηλ. σφήνες). Κάτω από αυτές τις συνθήκες, οι βασικές διαδικασίες και μηχανισμοί που συμβαίνουν μέσα σε ένα SPD είναι:

1. Ανίχνευση και Απόκριση στη Σφήνη

Όταν μια σφήνη, που προκαλείται από ένα χτύπημα αστραπής, εισέρχεται στο ηλεκτρικό σύστημα, το συστηματικό προστατευτικό σύστημα ανιχνεύει γρήγορα αυτή την ανωμαλία της τάσης. Συνήθως, τα SPDs έχουν ορισμένη κατώφλιο τάσης. Όταν η ανιχνευμένη τάση υπερβαίνει αυτό το κατώφλιο, το προστατευτικό σύστημα ενεργοποιεί τον μηχανισμό προστασίας.

2. Απορρόφηση και Διάλυση Ενέργειας

Τα SPDs απορροφούν και διαλύουν την ενέργεια της σφήνης, προκειμένου να εμποδίσουν την είσοδό της στον συνδεδεμένο ηλεκτρικό εξοπλισμό. Οι κοινοί μηχανισμοί απορρόφησης και διάλυσης περιλαμβάνουν:

a. Μεταλλικοί Ωξειδικοί Βαριστόρες (MOVs)

• Λειτουργία: Οι MOVs είναι μη γραμμικοί αντιστοιχοί υλικοί, τα οποία η αντίστασή τους αλλάζει με την εφαρμοσμένη τάση. Κατά τη φυσιολογική λειτουργία, οι MOVs έχουν υψηλή αντίσταση. Όταν η τάση υπερβαίνει ένα συγκεκριμένο κατώφλιο, η αντίστασή τους μειώνεται αιφνιδιαστικά, επιτρέποντας την πάροδο ρεύματος.

• Διάλυση Ενέργειας: Οι MOVs μετατρέπουν την υπερβολική ηλεκτρική ενέργεια σε θερμότητα και τη διαλύουν. Οι MOVs έχουν χαρακτηριστικά αυτοανάκαμψης και μπορούν να συνεχίσουν να λειτουργούν μετά από πολλές μικρές σφήνες, αλλά μπορεί να αποτύχουν μετά από μεγάλες ή συχνές σφήνες.

b. Σωλήνες Αποκατάστασης Παρακμής (GDTs)

• Λειτουργία: Οι GDTs είναι σφραγισμένοι σωλήνες γεμάτοι με αδρανή αέριο. Όταν η τάση μεταξύ των δύο άκρων υπερβαίνει ένα συγκεκριμένο όριο, το αέριο εντός τους ιονίζεται, δημιουργώντας έναν οδηγό ρεύματος.

• Διάλυση Ενέργειας: Οι GDTs διαλύουν την ενέργεια της σφήνης μέσω του πλάσματος που δημιουργείται από την ιονισμένη ατμόσφαιρα και αυτόματα εξαλείφουν το πλάσμα όταν η τάση επιστρέφει στα φυσιολογικά επίπεδα, επαναφέροντας την απομόνωση.

c. Διόδους Παρακμής Παρατηρούμενης Τάσης (TVS)

• Λειτουργία: Οι TVS διόδους παραμένουν σε υψηλή αντίσταση κατά τη φυσιολογική λειτουργία. Όταν η τάση υπερβαίνει την τάση κατάρρευσης, η διόδος μετατρέπεται γρήγορα σε χαμηλή αντίσταση, επιτρέποντας την πάροδο ρεύματος.

• Διάλυση Ενέργειας: Οι TVS διόδους διαλύουν την ενέργεια της σφήνης μέσω του αβάλαχ εντός των εσωτερικών PN συνδέσεων και είναι κατάλληλες για ταχεία απόκριση σε μικρές σφήνες.

3. Διαίρεση και Εδάφιση Ενέργειας

Τα SPDs όχι μόνο απορροφούν την ενέργεια της σφήνης, αλλά και διαιρούν μέρος της σε γραμμές εδάφισης, προκειμένου να μειώσουν περαιτέρω την επίδραση στον εξοπλισμό. Οι συγκεκριμένοι μηχανισμοί περιλαμβάνουν:

• Κύκλους Διαίρεσης: Τα SPDs σχεδιάζονται με ειδικούς κύκλους διαίρεσης για να καθοδηγήσουν την υπερτάση στη γραμμή εδάφισης, προκειμένου να εμποδίσουν την είσοδό της στους φορτίους.

• Σύστημα Εδάφισης: Ένα καλό σύστημα εδάφισης είναι βασικό για την αποτελεσματική λειτουργία των SPDs. Το σύστημα εδάφισης πρέπει να παρέχει μια χαμηλή-αντίσταση οδό για την ταχεία διάλυση της ενέργειας στο έδαφος.

4. Ανάκαμψη Μετά τη Σφήνη

Μετά τη σφήνη, το SPD πρέπει να επιστρέψει στη φυσιολογική λειτουργία. Διαφορετικά είδη προστατευτικών συστημάτων έχουν διαφορετικούς μηχανισμούς ανάκαμψης:

• MOVs: Εάν η σφήνη δεν προκαλέσει μόνιμη βλάβη στο MOV, θα επιστρέψει αυτόματα σε υψηλή αντίσταση όταν η τάση επιστρέψει στα φυσιολογικά επίπεδα.

• GDTs: Όταν η τάση επιστρέφει στα φυσιολογικά επίπεδα, το πλάσμα μέσα στο GDT αυτόματα εξαλείφεται, επαναφέροντας την απομόνωση.

• TVS Διόδους: Μετά την επιστροφή της τάσης στα φυσιολογικά επίπεδα, οι TVS διόδους επίσης επιστρέφουν αυτόματα σε υψηλή αντίσταση.

5. Τρόποι Αποτυχίας και Προστασία

Παρόλο που τα SPDs σχεδιάζονται για να αντιμετωπίζουν σφήνες, μπορούν να αποτύχουν σε εξαιρετικές περιπτώσεις. Για να εξασφαλίσουν την ασφάλεια, πολλά SPDs περιλαμβάνουν επιπλέον χαρακτηριστικά:

• Θερμοκαταστροφικά Αποσυνδετικά Συστήματα: Όταν ένας MOV ή άλλο συστατικό ξεπερνάει τη θερμοκρασία και αποτυγχάνει, το θερμοκαταστροφικό αποσυνδετικό σύστημα αποσυνδέει τον κύκλο για να προλάβει πυρκαγιές και άλλες απειλές.

• Φωτεινά Σήματα/Αλάρμπα: Κάποια SPDs είναι εξοπλισμένα με φωτεινά σήματα ή αλάρμπα για να ειδοποιήσουν τους χρήστες εάν το προστατευτικό σύστημα λειτουργεί σωστά.

Συμπέρασμα

Κατά τη διάρκεια ενός χτύπηματος αστραπής, τα συστηματικά προστατευτικά συστήματα προστατεύουν τους ηλεκτρικούς εξοπλισμούς μέσω των ακόλουθων βημάτων:

• Ανίχνευση Σφήνης: Αναγνώριση των περιστάσεων όπου η τάση υπερβαίνει τα φυσιολογικά επίπεδα.

• Απορρόφηση και Διάλυση Ενέργειας: Χρήση συστατικών όπως MOVs, GDTs και TVS διόδους για τη μετατροπή της ενέργειας της σφήνης σε θερμότητα ή άλλες μορφές ενέργειας.

• Διαίρεση σε Γραμμές Εδάφισης: Καθοδήγηση της υπερτάσης στις γραμμές εδάφισης για να μειωθεί η επίδραση στον εξοπλισμό.

• Επιστροφή στη Φυσιολογική Κατάσταση: Μετά τη σφήνη, το προστατευτικό σύστημα επιστρέφει στη φυσιολογική λειτουργία.

• Προστασία Απόκλινων Περιστατικών: Παροχή επιπλέον μέτρων ασφάλειας σε εξαιρετικές περιπτώσεις για να προληφθεί περαιτέρω ζημία.