Що відбувається всередині захисного пристрою від перепадів напруги під час удару блискавки?

Що відбувається всередині пристрою захисту від перепадів напруги під час влучання блискавки?

Під час влучання блискавки, пристрої захисту від перепадів напруги (SPD) грають ключову роль у захищенні електричного обладнання від трансієнтних перевищень напруги (тобто, перепадів). Нижче наведені основні процеси і механізми, які відбуваються всередині SPD під час таких подій:

1. Виявлення перепаду та реакція

Коли перепад, спричинений влучанням блискавки, потрапляє до електромережі, пристрій захисту від перепадів напруги швидко виявляє це аномальне напругу. Зазвичай, SPD мають встановлений пороговий рівень напруги; коли виявлена напруга перевищує цей поріг, запускається механізм захисту.

2. Поглинання та дисипація енергії

SPD поглинають та дисипують енергію перепаду, щоб запобігти її поширенню на з'єднане електричне обладнання. Спільні механізми поглинання та дисипації включають:

a. Варистори на основі металурганів оксидів (MOV)

• Принцип роботи: MOV — це нелінійні резистивні матеріали, чиє опір змінюється залежно від прикладеної напруги. При нормальних робочих напругах MOV мають високий опір; коли напруга перевищує певний поріг, їх опір сильно знижується, дозволяючи проходження струму.

• Дисипація енергії: MOV перетворюють надлишкову електричну енергію на тепло та дисипують її. Хоча MOV мають самовідновлювальні характеристики та можуть продовжувати функціонувати після кількох невеликих перепадів, вони можуть вийти з ладу після великих або частих перепадів.

b. Газозаповнені розрядники (GDT)

• Принцип роботи: GDT — це герметизовані трубки, заповнені інертним газом. Коли напруга між двома кінцями перевищує певне значення, газ всередині іонізується, створюючи провідний шлях для струму.

• Дисипація енергії: GDT дисипують енергію перепаду через плазму, створену іонізацією газу, та автоматично гасять плазму, коли напруга повертається до нормального рівня, відновлюючи ізоляцію.

c. Діоди підтримки тимчасової напруги (TVS)

• Принцип роботи: TVS діоди залишаються у високоопірному стані при нормальній робочій напругі. Коли напруга перевищує їхню граничну напругу, діод швидко переходять у низькоопірний стан, дозволяючи проходження струму.

• Дисипація енергії: TVS діоди дисипують енергію перепаду через ефект лавини в своїх внутрішніх PN-перехрестях та є придатними для швидкої відповіді на невеликі перепади.

3. Розподіл енергії та заземлення

SPD не лише поглинають енергію перепаду, але також відводять деяку частину до заземлюючих ліній, щоб ще більше знизити вплив на обладнання. Конкретні механізми включають:

• Розподільні схеми: SPD проектуються зі спеціальними розподільними схемами, щоб направляти перевищення напруги до заземлюючої лінії, запобігаючи його безпосередньому входу до приладів завантаження.

• Система заземлення: Добре організована система заземлення — ключ до забезпечення ефективної роботи SPD. Система заземлення повинна забезпечувати низькопротилежний шлях для швидкого відведення енергії перепаду в землю.

4. Відновлення після перепаду

Після події перепаду, SPD повинен повернутися до свого нормального робочого стану. Різні типи захисників мають різні механізми відновлення:

• MOV: Якщо перепад не призвів до постійного пошкодження MOV, він автоматично повернеться до високоопірного стану, коли напруга нормалізується.

• GDT: Коли напруга повертається до нормального рівня, плазма всередині GDT автоматично гаситься, відновлюючи ізоляційний стан.

• TVS діоди: Після нормалізації напруги, TVS діоди також автоматично повернуться до високоопірного стану.

5. Режими відмови та захист

Хоча SPD спроектовані для обробки перепадів, вони все ж можуть вийти з ладу в крайньох випадках. Для забезпечення безпеки, багато SPD мають додаткові функції:

• Термічні роз’єднуючі пристрої: Коли MOV або інший компонент перегрівається та виходить з ладу, термічний роз’єднуючий пристрій перериває цикл, щоб запобігти пожежам та іншим загрозам.

• Індикаторні лампи/сигналізація: Деякі SPD оснащені індикаторними лампами або сигналізацією, щоб повідомляти користувачам про те, чи пристрій захисту функціонує правильно.

Висновок

Під час влучання блискавки, пристрої захисту від перепадів напруги захищають електричне обладнання за допомогою таких кроків:

• Виявлення перепаду: Визначення ситуацій, коли напруга перевищує нормальні діапазони.

• Поглинання та дисипація енергії: Використання компонентів, таких як MOV, GDT та TVS діоди, для перетворення енергії перепаду на тепло або інші форми енергії.

• Розподіл до заземлюючих ліній: Направлення перевищень напруги до заземлюючих ліній, щоб мінімізувати вплив на обладнання.

• Повернення до нормального стану: Після перепаду, захисник повертається до свого нормального робочого стану.

• Захист від аварій: Надання додаткових заходів безпеки в крайньох випадках, щоб запобігти подальшому пошкодженню.