Mitä tapahtuu syöttösuojan sisällä salaman iskun aikana?

Mitä tapahtuu syöttösuojalaitteessa salaman iskun yhteydessä?

Salaman iskun yhteydessä syöttösuojalaitteet (SPD:t) ovat avainasemassa sähköisten laitteiden suojaamisessa tilapäisistä ylivoltteista (eli syöttöistä). Alla on pääprosessit ja mekanismit, jotka tapahtuvat SPD:n sisällä tällaisissa tilanteissa:

1. Syöttön havaitseminen ja reagoiminen

Kun salaman aiheuttama syöttö pääsee sähköjärjestelmään, syöttösuojalaitteella on nopeasti havaittava tämä epänormaali jännite. Tyypillisesti SPD:llä on asetettu kynnysjännite; kun havaittu jännite ylittää tämän kynnyksen, suojalaitteella aktivoituu sen suojamekanismi.

2. Energian absorbointi ja hajoaminen

SPD:t absorboivat ja hajottavat syöttöenergian estääkseen sen pääsyn kytkettyihin sähköisiin laitteisiin. Yleisiä absorbointi- ja hajoamismeekanismeja ovat:

a. Metallioxidivaristorit (MOV:t)

• Toimintaperiaate: MOV:t ovat epälineaarisia vastusmateriaaleja, joiden vastus muuttuu sovellettavan jännitteen mukaan. Normaalissa käyttöjännitteessä MOV:t näyttävät korkeaa vastusta; kun jännite ylittää tietyssä kynnyksen, niiden vastus laskee jyrkästi, sallien sähkövirtauksen kulkea läpi.

• Energian hajoaminen: MOV:t muuntavat ylitsemän sähköenergian lämpöenergiaksi ja hajoavat sen. Vaikka MOV:illa on itsepalautumisominaisuudet ja ne voivat jatkaa toimintaansa useiden pienempien syöttöjen jälkeen, ne voivat epäonnistua suurten tai usein toistuvien syöttöjen jälkeen.

b. Kaasulohkoputket (GDT:t)

• Toimintaperiaate: GDT:t ovat tiiviisti suljettuja putkeja, joissa on tyhjiökaasu. Kun kahden pään välinen jännite ylittää tietyssä arvon, kaasu ionisoituu luoden virtausreitin sähkövirtaukselle.

• Energian hajoaminen: GDT:t hajottavat syöttöenergian plasman kautta, joka syntyy kaasun ionisoitumisen myötä, ja ne sammuttavat automaattisesti plasman, kun jännite palaa normaalille tasolle, palauttaen eristämisen.

c. Tilapäisen jännitetiedoston (TVS) diodit

• Toimintaperiaate: TVS-diodeilla on korkea vastus normaalissa käyttöjännitteessä. Kun jännite ylittää niiden rikkoutumispotentiaalin, diodi siirtyy nopeasti matalaan vastustilaan, sallien sähkövirtauksen kulkea.

• Energian hajoaminen: TVS-diodeilla hajotetaan syöttöenergia niiden sisäisten PN-liitoskohtien lumenvaloefektin kautta, ja ne sopivat nopean vastauksen pienille syöttöille.

3. Energian ohjaaminen maareittiin

SPD:t eivät vain absorboi syöttöenergiaa, vaan ne ohjaavat osan siitä maareitteihin vähentääkseen vaikutusta laitteisiin. Tarkemmat mekanismit ovat:

• Ohjauspiirit: SPD:illä on erityisesti suunniteltuja ohjauspiirejä, jotka ohjaavat ylivolttia maareitteihin, estäen sen suoraan pääsyn laitelaitteisiin.

• Maareitisysteemi: Hyvä maareitisysteemi on keskeinen varmistamaan tehokas SPD:n toiminta. Maareitisysteemin pitäisi tarjota matala impedanssireitti, jotta syöttöenergia voidaan nopeasti hajottaa maahan.

4. Syöttön jälkeinen toiminta

Syöttötapahtuman jälkeen SPD:n on palattava normaaliin toimintatilaan. Eri tyyppiset suojalaitteet ovat erilaisilla toimintatavoilla:

• MOV:t: Jos syöttö ei aiheuta pysyvää vahinkoa MOV:lle, se palaa automaattisesti korkeaan vastustilaan, kun jännite normalisoituu.

• GDT:t: Kun jännite palaa normaalille tasolle, GDT:n sisällä oleva plasma sammutetaan automaattisesti, palauttaen eristämisen.

• TVS-diodeilla: Jännitteen normalisoitumisen jälkeen TVS-diodeilla palataan myös automaattisesti korkeaan vastustilaan.

5. Vika-tilat ja suojaus

Vaikka SPD:t on suunniteltu käsittelemään syöttöjä, ne voivat edelleen epäonnistua äärimmäisissä tapauksissa. Turvallisuuden varmistamiseksi monet SPD:t sisältävät lisäominaisuuksia:

• Lämpöerottelulaitteet: Kun MOV tai muu komponentti ylikuumenee ja epäonnistuu, lämpöerottelulaite katkaisee piirin, estäen paloja ja muita vaaroja.

• Indikaattorivalot/hälytys: Joissakin SPD:ssä on indikaattorivaloja tai hälytyksiä, jotka ilmoittavat käyttäjälle, jos suojalaitte on vielä toiminnassa.

Yhteenveto

Salaman iskun yhteydessä syöttösuojalaitteet suojaavat sähköisiä laitteita seuraavilla vaiheilla:

• Syöttön havaitseminen: Havaitsevat tilanteet, joissa jännite ylittää normaalin rajan.

• Energian absorbointi ja hajoaminen: Käyttävät komponentteja, kuten MOV:ia, GDT:ia ja TVS-diodeja, muuttaakseen syöttöenergian lämpöenergiaksi tai muun energiamuodoksi.

• Ohjaaminen maareitteihin: Ohjaavat ylivolttia maareitteihin, vähentäen vaikutusta laitteisiin.

• Paluu normaaliin tilaan: Syöttön jälkeen suojalaitte palaa normaaliin toimintatilaan.

• Vika-suojaus: Tarjoavat lisävarovastoja äärimmäisissä tapauksissa, estääkseen lisävahingon.