สิ่งที่เกิดขึ้นภายในอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากเมื่อมีฟ้าผ่า

สิ่งที่เกิดขึ้นภายในอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากเมื่อมีฟ้าผ่า?

ในระหว่างการฟ้าผ่า อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPDs) มีบทบาทสำคัญในการปกป้องอุปกรณ์ไฟฟ้าจากการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะ (เช่น ไฟกระชาก) ด้านล่างนี้คือกระบวนการและกลไคหลักที่เกิดขึ้นภายใน SPD ในเหตุการณ์เหล่านี้:

1. การตรวจจับและตอบสนองต่อไฟกระชาก

เมื่อไฟกระชากที่เกิดจากฟ้าผ่าเข้าสู่ระบบไฟฟ้า อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากจะตรวจจับแรงดันไฟฟ้าที่ผิดปกตินี้อย่างรวดเร็ว โดยทั่วไป SPDs จะมีแรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำที่ตั้งไว้ เมื่อแรงดันที่ตรวจพบเกินขีดจำกัดนี้ ตัวป้องกันจะทำงานตามกลไคป้องกัน

2. การดูดซับและการกระจายพลังงาน

SPDs ดูดซับและกระจายพลังงานไฟกระชากเพื่อป้องกันไม่ให้พลังงานนี้เข้าถึงอุปกรณ์ไฟฟ้าที่เชื่อมต่อ กลไคการดูดซับและกระจายพลังงานที่พบบ่อยรวมถึง:

a. ตัวแปรความต้านทานออกไซด์โลหะ (MOVs)

• หลักการทำงาน: MOVs เป็นวัสดุที่มีความต้านทานแบบไม่เชิงเส้นที่เปลี่ยนแปลงตามแรงดันที่ใช้งาน ภายใต้แรงดันที่ใช้งานปกติ MOVs จะมีความต้านทานสูง แต่เมื่อแรงดันเกินขีดจำกัดหนึ่ง ความต้านทานของมันจะลดลงอย่างมาก ทำให้กระแสไฟฟ้าสามารถผ่านได้

• การกระจายพลังงาน: MOVs แปลงพลังงานไฟฟ้าส่วนเกินเป็นความร้อนและกระจายออก แม้ว่า MOVs จะมีคุณสมบัติการฟื้นฟูตนเองและสามารถทำงานต่อไปได้หลังจากไฟกระชากเล็กๆ หลายครั้ง แต่มันอาจเสียหายหลังจากไฟกระชากขนาดใหญ่หรือบ่อยครั้ง

b. หลอดปล่อยประจุแก๊ส (GDTs)

• หลักการทำงาน: GDTs เป็นหลอดที่ปิดสนิทเต็มไปด้วยแก๊สเฉื่อย เมื่อแรงดันระหว่างสองปลายเกินค่าหนึ่ง แก๊สภายในจะไอออนไนซ์ สร้างทางเดินนำไฟฟ้า

• การกระจายพลังงาน: GDTs กระจายพลังงานไฟกระชากผ่านพลาสมาที่สร้างโดยการไอออนไนซ์ของแก๊ส และทำการดับพลาสมาอัตโนมัติเมื่อแรงดันกลับสู่ภาวะปกติ ทำให้เกิดการฉนวนอีกครั้ง

c. ไดโอดควบคุมแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะ (TVS Diodes)

• หลักการทำงาน: TVS diodes อยู่ในสถานะความต้านทานสูงภายใต้แรงดันที่ใช้งานปกติ เมื่อแรงดันเกินแรงดันที่ทำให้แตก ไดโอดจะเปลี่ยนเป็นสถานะความต้านทานต่ำอย่างรวดเร็ว ทำให้กระแสไฟฟ้าสามารถไหลผ่านได้

• การกระจายพลังงาน: TVS diodes กระจายพลังงานไฟกระชากผ่านผลลัพธ์ของการล่มสลายภายในจุด PN ของตัวเอง และเหมาะสมสำหรับไฟกระชากขนาดเล็กที่ตอบสนองได้รวดเร็ว

3. การเปลี่ยนทางและเชื่อมต่อสายดิน

SPDs ไม่เพียงแค่ดูดซับพลังงานไฟกระชากเท่านั้น แต่ยังเปลี่ยนทางบางส่วนไปยังสายดินเพื่อลดผลกระทบต่ออุปกรณ์ กลไคเฉพาะรวมถึง:

• วงจรเปลี่ยนทาง: SPDs ออกแบบมาพร้อมวงจรเปลี่ยนทางพิเศษเพื่อนำแรงดันไฟฟ้าที่สูงเกินไปสู่สายดิน ป้องกันไม่ให้เข้าสู่อุปกรณ์โหลดโดยตรง

• ระบบสายดิน: ระบบสายดินที่ดีเป็นสิ่งสำคัญในการรับรองการทำงานของ SPD ที่มีประสิทธิภาพ ระบบสายดินควรให้ทางเดินที่มีความต้านทานต่ำเพื่อกระจายพลังงานไฟกระชากลงสู่พื้นดินอย่างรวดเร็ว

4. การฟื้นฟูหลังไฟกระชาก

หลังจากเหตุการณ์ไฟกระชาก SPD จำเป็นต้องกลับสู่สภาพการทำงานปกติ ประเภทต่างๆ ของตัวป้องกันมีกลไคการฟื้นฟูที่แตกต่างกัน:

• MOVs: หากไฟกระชากไม่ทำให้ MOV เสียหายถาวร มันจะกลับสู่สถานะความต้านทานสูงโดยอัตโนมัติเมื่อแรงดันกลับสู่ภาวะปกติ

• GDTs: เมื่อแรงดันกลับสู่ภาวะปกติ พลาสมาภายใน GDT จะดับอัตโนมัติ ทำให้เกิดการฉนวนอีกครั้ง

• TVS Diodes: หลังจากแรงดันกลับสู่ภาวะปกติ TVS diodes ก็จะกลับสู่สถานะความต้านทานสูงโดยอัตโนมัติ

5. โหมดการเสียหายและการป้องกัน

แม้ว่า SPDs จะออกแบบมาเพื่อรับมือกับไฟกระชาก แต่พวกมันก็ยังสามารถเสียหายได้ในกรณีที่รุนแรง เพื่อความปลอดภัย หลาย SPDs ประกอบด้วยคุณสมบัติเพิ่มเติม:

• อุปกรณ์ตัดวงจรความร้อน: เมื่อ MOV หรือส่วนประกอบอื่นๆ ร้อนเกินไปและเสียหาย อุปกรณ์ตัดวงจรความร้อนจะตัดวงจรเพื่อป้องกันไฟไหม้และอันตรายอื่นๆ

• ไฟแสดงสถานะ/สัญญาณเตือน: บาง SPDs มีไฟแสดงสถานะหรือสัญญาณเตือนเพื่อแจ้งผู้ใช้ว่าตัวป้องกันยังทำงานอย่างถูกต้องหรือไม่

สรุป

ในระหว่างการฟ้าผ่า อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากปกป้องอุปกรณ์ไฟฟ้าผ่านขั้นตอนต่อไปนี้:

• การตรวจจับไฟกระชาก: ระบุสถานการณ์ที่แรงดันเกินขีดจำกัดปกติ

• การดูดซับและการกระจายพลังงาน: ใช้ส่วนประกอบเช่น MOVs, GDTs, และ TVS diodes เพื่อแปลงพลังงานไฟกระชากเป็นความร้อนหรือรูปแบบพลังงานอื่นๆ

• การเปลี่ยนทางสู่สายดิน: นำแรงดันที่สูงเกินไปสู่สายดินเพื่อลดผลกระทบที่เกิดขึ้นกับอุปกรณ์

• การกลับสู่สภาพปกติ: หลังจากไฟกระชาก ตัวป้องกันจะกลับสู่สภาพการทำงานปกติ

• การป้องกันข้อผิดพลาด: ให้มาตรการความปลอดภัยเพิ่มเติมในกรณีที่รุนแรงเพื่อป้องกันความเสียหายเพิ่มเติม