Co się dzieje w zabezpieczniu przed przepięciami podczas uderzenia pioruna?

Co się dzieje w urządzeniu ochronnym przed przepięciami podczas uderzenia pioruna?

Podczas uderzenia pioruna urządzenia ochronne przed przepięciami (SPD) odgrywają kluczową rolę w ochronie sprzętu elektrycznego przed przejściowymi przekroczeniami napięcia (tj. przepięciami). Poniżej przedstawione są główne procesy i mechanizmy zachodzące wewnątrz SPD podczas takich zdarzeń:

1. Wykrywanie i reakcja na przepięcie

Gdy przepięcie spowodowane uderzeniem pioruna wprowadza się do systemu zasilania, urządzenie ochronne przed przepięciami szybko wykrywa to nieprawidłowe napięcie. Zazwyczaj SPD mają ustawiony próg napięcia; gdy wykryte napięcie przekracza ten próg, uruchamia się mechanizm ochronny.

2. Absorpcja i rozpraszanie energii

SPD absorbują i rozpraszają energię przepięcia, aby zapobiec jej dotarciu do połączonych urządzeń elektrycznych. Wspólne mechanizmy absorpcji i rozpraszania obejmują:

a. Warystory oksydów metali (MOVs)

• Zasada działania: MOVs to materiał o nieliniowej rezystancji, której wartość zmienia się w zależności od przyłożonego napięcia. W normalnych warunkach pracy MOVy mają wysoką rezystancję; gdy napięcie przekracza pewien próg, ich rezystancja gwałtownie spada, umożliwiając przepływ prądu.

• Rozpraszanie energii: MOVy przekształcają nadmierną energię elektryczną w ciepło i ją rozpraszają. Choć MOVy mają cechy samonaprawcze i mogą nadal działać po wielokrotnych małych przepięciach, mogą ulec uszkodzeniu po dużych lub częstych przepięciach.

b. Lampy gazowe (GDTs)

• Zasada działania: GDTs to szczelne rurki wypełnione gazem szlachetnym. Gdy napięcie między końcami przekracza pewną wartość, gaz wewnątrz jonizuje, tworząc przewodnik dla prądu.

• Rozpraszanie energii: GDTs rozpraszają energię przepięcia przez plazmę utworzoną przez jonizację gazu i automatycznie gaszą plazmę, gdy napięcie wraca do normy, przywracając izolację.

c. Diody supresora przejściowego napięcia (TVS)

• Zasada działania: TVS diody pozostają w stanie wysokiej rezystancji w normalnych warunkach pracy. Gdy napięcie przekracza ich napięcie zniszczenia, dioda szybko przełącza się w stan niskiej rezystancji, umożliwiając przepływ prądu.

• Rozpraszanie energii: TVS diody rozpraszają energię przepięcia poprzez efekt lawinowy w ich wewnętrznych polaczeniach PN i są odpowiednie do szybkiego reagowania na małe przepięcia.

3. Przekierowanie energii i ziemienie

SPD nie tylko absorbują energię przepięcia, ale także przekierowują część jej do linii ziemnej, aby dalej obniżyć wpływ na sprzęt. Specyficzne mechanizmy obejmują:

• Circuits przekierowujące: SPD są zaprojektowane z specjalnymi circuitami przekierowującymi, które kierują przekroczoną wartość napięcia do linii ziemnej, zapobiegając jej bezpośredniemu wejściu do urządzeń obciążenia.

• System ziemienia: Dobry system ziemienia jest kluczowy dla skutecznego działania SPD. System ziemienia powinien zapewniać ścieżkę o niskiej impedancji, aby szybko rozpraszać energię przepięcia do ziemi.

4. Powrót do normalnego stanu po przepięciu

Po zdarzeniu przepięcia, SPD musi wrócić do swojego normalnego stanu pracy. Różne rodzaje ochronników mają różne mechanizmy odzyskiwania:

• MOVs: Jeśli przepięcie nie spowodowało trwałych uszkodzeń MOV, automatycznie wróci do stanu wysokiej rezystancji, gdy napięcie normalizuje się.

• GDTs: Gdy napięcie wraca do normy, plazma wewnątrz GDT automatycznie gaśnie, przywracając stan izolacji.

• TVS diody: Po normalizacji napięcia, TVS diody również automatycznie wracają do stanu wysokiej rezystancji.

5. Tryby awarii i ochrona

Chociaż SPD są zaprojektowane do radzenia sobie z przepięciami, mogą one nadal ulec awarii w ekstremalnych przypadkach. Aby zapewnić bezpieczeństwo, wiele SPD posiada dodatkowe funkcje:

• Urządzenia termiczne odłączające: Gdy MOV lub inny komponent przegrzewa się i ulega awarii, urządzenie termiczne odłączające przerwie obwód, aby zapobiec pożarom i innym zagrożeniom.

• Lampy wskaźnikowe/alarmy: Niektóre SPD wyposażone są w lampy wskaźnikowe lub alary, które powiadamiają użytkowników, czy ochronnik nadal działa prawidłowo.

Podsumowanie

Podczas uderzenia pioruna, urządzenia ochronne przed przepięciami chronią sprzęt elektryczny poprzez następujące kroki:

• Wykrywanie przepięcia: Identyfikacja sytuacji, w których napięcie przekracza normalne zakresy.

• Absorpcja i rozpraszanie energii: Użycie komponentów takich jak MOVy, GDTs i TVS diody do przekształcenia energii przepięcia w ciepło lub inne formy energii.

• Przekierowanie do linii ziemnej: Kierowanie przekroczonych wartości napięcia do linii ziemnej, aby minimalizować wpływ na sprzęt.

• Powrót do normalnego stanu: Po przepięciu, ochronnik wraca do swojego normalnego stanu pracy.

• Ochrona awaryjna: Zapewnianie dodatkowych środków bezpieczeństwa w ekstremalnych przypadkach, aby zapobiec dalszym uszkodzeniom.