Mi történik egy áramcsúcs-védő belsejében villámlás esetén?
Mi történik egy viharvédő eszközön belül villámlás esetén?
Villámlás esetén a viharvédő eszközök (SPD-k) kulcsszerepet játszanak az elektromos berendezések védelmében átmeneti túlramenés (azaz vízhullám) ellen. Az alábbiakban a folyamatokat és mechanizmusokat írjuk le, amelyek az SPD-ben zajlanak ilyen események során:
1. Vízhullám észlelése és reagálás
Amikor a villámlás okozta vízhullám bekerül a tápegyszerbe, a viharvédő eszköz gyorsan észleli ezt a rendellenes feszültséget. Általában az SPD-knak van beállítva egy küszöbfeszültség; ha az észlelt feszültség meghaladja ezt a küszöböt, a védő aktiválja a védelmi mechanizmust.
2. Energia felvétel és diszperzió
Az SPD-k felveszik és diszperzálják a vízhullám-energiát, hogy elérje a kapcsolódott elektromos berendezéseket. A közös felvételek és diszperziós mechanizmusok között szerepelnek:
a. Fém-oxid varisztorok (MOVs)
Működési elv: A MOV-ek nemlineáris ellenállású anyagok, melyek ellenállása változik a rájuk ható feszültséggel. Normál működési feszültségeknél a MOV-ek magas ellenállást mutatnak; ha a feszültség meghaladja bizonyos küszöböt, az ellenállás drasztikusan csökken, lehetővé téve a áram áthaladását.
Energia-diszperzió: A MOV-ek a túlmaradó elektrikus energiát hővé alakítják és diszperzálják. Bár a MOV-ek self-recovery jellemzővel rendelkeznek, és továbbra is működhetnek több kis vízhullám után, nagy vagy gyakori vízhullámok után meghibásodhatnak.
b. Gázkiadórobbantók (GDT-k)
Működési elv: A GDT-k zárt hengerben lévő inaktív gázzal töltött robbantók. Ha a két vég közötti feszültség meghaladja bizonyos értéket, a gáz ionizálódik, létrehozva áramutási útvonalat.
Energia-diszperzió: A GDT-k a gázionizáció által kialakított plazma révén diszperzálják a vízhullám-energiát, és automatikusan kitüntetik a plazmát, amint a feszültség normálissá válik, visszaállítva az izolációt.
c. Ideiglenes feszültség-védelem (TVS) diódák
Működési elv: A TVS diódák magas ellenállású állapotban maradnak normál működési feszültségeknél. Ha a feszültség meghaladja a rombolási feszültséget, a dióda gyorsan átkapcsol alacsony ellenállású állapotba, lehetővé téve az áram áthaladását.
Energia-diszperzió: A TVS diódák a PN-csoporthoz tartozó avalanche-effektus révén diszperzálják a vízhullám-energiát, és alkalmasak gyors reakciójú kis vízhullámokra.
3. Energia elvezetése és földelés
Az SPD-k nem csak felveszik a vízhullám-energiát, hanem részét elvezetik a földvonallal, hogy tovább csökkentsék a berendezésekre nehezedő hatást. Konkrét mechanizmusok között szerepelnek:
Elvezető áramkörök: Az SPD-k speciálisan tervezett elvezető áramkörökkel rendelkeznek, amelyek irányítják a túlfeszültséget a földvonal felé, megakadályozva, hogy közvetlenül a terhelési berendezésekbe jusson.
Földelő rendszer: Jó földelő rendszer kulcsszerepet játszik az SPD hatékonyságának biztosításában. A földelő rendszernek alacsony impedanciás útvonalat kell nyújtania, hogy a vízhullám-energiát gyorsan a földre disszipálhassa.
4. Utóvízhullám helyreállítás
A vízhullám-esemény után az SPD-nak vissza kell térnie a normál működési állapotba. Különböző típusú védők különböző helyreállítási mechanizmusokkal rendelkeznek:
MOVs: Ha a vízhullám nem okoz végleges kárt a MOV-en, akkor a feszültség normalizálódása után automatikusan visszaáll magas ellenállású állapotba.
GDT-k: Amikor a feszültség normalizálódik, a GDT-ben lévő plazma automatikusan kitűnik, visszaállítva az izolációs állapotot.
TVS diódák: A feszültség normalizálódása után a TVS diódák is automatikusan visszaállnak magas ellenállású állapotba.
5. Hibamódok és védelem
Bár az SPD-k kifejezetten a vízhullámok kezelésére tervezték, extrém esetekben még mindig meghibásodhatnak. A biztonság érdekében sok SPD-nek további funkciói vannak:
Hőtérítő eszközök: Ha a MOV vagy egyéb komponens túlmelegszik és meghibásodik, a hőtérítő eszköz megszakítja az áramkört, megelőzve a tűz és más veszélyek kialakulását.
Jelzőfények/riasztók: Néhány SPD-elengedélyezett jelzőfényekkel vagy riasztókkal, amelyek értesítik a felhasználókat, ha a védő jól működik.
Következtetés
Villámlás esetén a viharvédő eszközök az alábbi lépések révén védelmet nyújtanak az elektromos berendezéseknek:
Vízhullám észlelése: Azonosítja azokat a helyzeteket, amikor a feszültség meghaladja a normál tartományt.
Energia felvétel és diszperzió: Komponensek, mint a MOV-ek, GDT-k és TVS diódák segítségével a vízhullám-energiát hőre vagy más energiaformákra alakítják.
Elvezetés a földvonalra: A túlfeszültséget a földvonal felé irányítják, hogy minimalizálják a berendezésekre nehezedő hatást.
Visszatérés a normál állapotba: A vízhullám után a védő visszaáll a normál működési állapotba.
Hibavédelem: Extrém esetekben további biztonsági intézkedéseket biztosítanak, hogy megelőzzék a további károk kialakulását.
