ระบบป้องกันชั่วขณะคุ้มครองอุปกรณ์ไฟฟ้าจากแรงดันไฟฟ้าที่พุ่งสูงและแรงดันไฟฟ้ากระชากอย่างไร

วิธีที่ระบบป้องกันสภาวะชั่วคราวปกป้องอุปกรณ์ไฟฟ้าจากแรงดันไฟฟ้าเกินและแรงดันไฟฟ้ากระชาก

ระบบป้องกันสภาวะชั่วคราว (TPS) ถูกออกแบบมาเพื่อป้องกันอุปกรณ์ไฟฟ้าจากแรงดันไฟฟ้าเกินและแรงดันไฟฟ้ากระชาก ซึ่งอาจเกิดขึ้นจากการกระทบของฟ้าผ่า การเปลี่ยนแปลงในระบบสายส่งไฟฟ้า การสลับการใช้งานแบตเตอรี่คอนเดนเซอร์ การเกิดความผิดพลาดจากวงจรลัดวงจร และเหตุการณ์อื่น ๆ อีกมากมาย เหตุการณ์แรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราวเหล่านี้สามารถนำไปสู่ความเสียหายหรือการลดประสิทธิภาพของอุปกรณ์ ด้านล่างนี้เป็นกลไกที่ระบบที่ป้องกันสภาวะชั่วคราวให้การป้องกันอย่างละเอียด:

1. การตอบสนองอย่างรวดเร็ว

หนึ่งในคุณสมบัติหลักของระบบที่ป้องกันสภาวะชั่วคราวคือความสามารถในการตอบสนองอย่างรวดเร็วต่อแรงดันไฟฟ้าเกินและแรงดันไฟฟ้ากระชาก โดยทั่วไปแล้วระบบเหล่านี้มีเวลาตอบสนองในช่วงนาโนวินาทีถึงไมโครวินาที ทำให้สามารถตรวจจับและระงับแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราวได้เกือบจะทันที

• วาไรสเตอร์ออกไซด์โลหะ (MOV): MOV เป็นส่วนประกอบที่ใช้สำหรับป้องกันสภาวะชั่วคราวที่พบบ่อย มีคุณสมบัติความต้านทานไฟฟ้า-กระแสไฟฟ้าที่ไม่เชิงเส้น เมื่อแรงดันไฟฟ้าเกินค่าหนึ่ง ความต้านทานของ MOV จะลดลงอย่างมาก ทำให้แรงดันไฟฟ้าเกินคงที่อยู่ที่ระดับที่ปลอดภัย

• ท่อปล่อยแก๊ส (GDT): GDT กระจายพลังงานจากแรงดันไฟฟ้าเกินโดยสร้างอาร์คระหว่างสองขั้วไฟฟ้า เมื่อแรงดันไฟฟ้าถึงระดับหนึ่ง แก๊สภายใน GDT จะไอออนไลซ์ สร้างทางนำไฟฟ้าสำหรับกระแสไฟฟ้าไหลผ่านและกระจายพลังงาน

• ไดโอด์ป้องกันแรงดันไฟฟ้าชั่วคราว (TVS): ไดโอด์ TVS สามารถตอบสนองได้ภายในนาโนวินาที และควบคุมแรงดันไฟฟ้าเกินให้อยู่ในช่วงแรงดันที่ปลอดภัยเฉพาะ

2. การดูดซับและการกระจายพลังงาน

นอกจากการตอบสนองอย่างรวดเร็วแล้ว ระบบที่ป้องกันสภาวะชั่วคราวยังจำเป็นต้องดูดซับและกระจายพลังงานจากเหตุการณ์แรงดันไฟฟ้าเกิน ประเภทต่างๆ ของอุปกรณ์ป้องกันมีความสามารถในการจัดการกับพลังงานที่แตกต่างกัน:

• MOV: MOV สามารถดูดซับพลังงานจำนวนมาก ทำให้เหมาะสมสำหรับการจัดการกับแรงดันไฟฟ้ากระชากที่มีพลังงานสูง โดยมักจะติดตั้งที่จุดเข้าของพลังงานเพื่อจัดการกับแรงดันไฟฟ้ากระชากที่สำคัญ

• GDT: GDT ใช้ในแอพพลิเคชันแรงดันไฟฟ้าสูง สามารถทำงานภายใต้สภาพแรงดันไฟฟ้าสูงและเหมาะสมสำหรับการป้องกันฟ้าผ่าและเหตุการณ์แรงดันไฟฟ้าชั่วคราวที่มีพลังงานสูง

• ไดโอด์ TVS: แม้ว่าไดโอด์ TVS จะมีความจุในการดูดซับพลังงานต่ำ แต่ความเร็วในการตอบสนองที่รวดเร็วทำให้เหมาะสมสำหรับการป้องกันอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ไวต่อความเสียหาย

3. การป้องกันหลายระดับ

เพื่อให้มั่นใจในการป้องกันอย่างครอบคลุม ระบบที่ป้องกันสภาวะชั่วคราวมักใช้กลยุทธ์การป้องกันหลายระดับ แนวทางแบบชั้นนี้สามารถจัดการกับแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราวที่มีขนาดและความถี่ต่างๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ:

• การป้องกันระดับแรก (Coarse Protection): ทั่วไปจะตั้งอยู่ที่จุดเข้าของพลังงาน ใช้อุปกรณ์ป้องกันที่มีความจุสูง เช่น MOVs และ GDTs เพื่อดูดซับและกระจายพลังงานแรงดันไฟฟ้ากระชากที่มีปริมาณสูง

• การป้องกันระดับที่สอง (Fine Protection): ตั้งอยู่ภายในอุปกรณ์หรือใกล้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ไวต่อความเสียหาย ใช้อุปกรณ์ป้องกันที่มีความจุต่ำ เช่น ไดโอด์ TVS สำหรับการป้องกันที่แม่นยำมากขึ้น

• การป้องกันระดับที่สาม (Signal Line Protection): สำหรับสายส่งสัญญาณ สายส่งข้อมูล และสายส่งสัญญาณอื่นๆ ที่ไวต่อความเสียหาย ใช้อุปกรณ์ป้องกันเฉพาะทาง เช่น โปรเทคเตอร์สายสัญญาณ (SLP) เพื่อป้องกันแรงดันไฟฟ้าชั่วคราวจากการเข้าสู่อุปกรณ์ผ่านสายสัญญาณ

4. การแยกและกรอง

นอกจากการดูดซับและกระจายพลังงานจากแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราวแล้ว ระบบที่ป้องกันสภาวะชั่วคราวยังใช้เทคนิคการแยกและกรองเพื่อลดผลกระทบของแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราวต่ออุปกรณ์:

• ทรานส์ฟอร์เมอร์แยก: ทรานส์ฟอร์เมอร์แยกให้การแยกไฟฟ้าระหว่างขาเข้าและขาออก ป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราวจากการถ่ายทอดจากฝั่งขาเข้าไปยังฝั่งขาออก

• ตัวกรอง: ตัวกรองกำจัดเสียงรบกวนความถี่สูงและชั่วขณะ ป้องกันการรบกวนเหล่านี้จากการเข้าสู่อุปกรณ์ ตัวกรองที่พบบ่อยรวมถึงตัวกรอง EMI (Electromagnetic Interference) และ RFI (Radio Frequency Interference)

5. ระบบกราวด์

ระบบกราวด์ที่ออกแบบมาอย่างดีเป็นส่วนสำคัญของการป้องกันสภาวะชั่วคราว การกราวด์ที่มีประสิทธิภาพให้ทางนำที่มีความต้านทานต่ำสำหรับแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราวที่จะกระจายออกไปยังพื้นโลกอย่างรวดเร็ว ทำให้ป้องกันความเสียหายต่ออุปกรณ์:

• ความต้านทานกราวด์: ความต้านทานกราวด์ควรต่ำที่สุดเท่าที่จะทำได้เพื่อให้แน่ใจว่าแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราวสามารถกระจายออกไปอย่างรวดเร็ว

• การเชื่อมโยงศักย์เท่า: โดยการเชื่อมโยงโครงสร้างโลหะทั้งหมดและขั้วกราวด์ของอุปกรณ์เข้าด้วยกัน การเชื่อมโยงศักย์เท่าป้องกันการเกิดอาร์คและประกายไฟที่เกิดจากความต่างศักย์

6. การตรวจสอบและแจ้งเตือน

บางระบบที่ป้องกันสภาวะชั่วคราวขั้นสูงยังมีฟังก์ชันการตรวจสอบและแจ้งเตือน ทำให้สามารถตรวจสอบสถานะของระบบได้แบบเรียลไทม์ และส่งสัญญาณเตือนหรือดำเนินการที่เหมาะสมเมื่อตรวจพบความผิดปกติ:

• ไฟแสดงสถานะ: แสดงสภาพการทำงานของอุปกรณ์ป้องกันสภาวะชั่วคราว เช่น ปกติ ผิดปกติ หรือเสียหาย

• การตรวจสอบระยะไกล: ผ่านอินเทอร์เฟซเครือข่ายหรือโมดูลการสื่อสาร สามารถตรวจสอบและจัดการจากระยะไกลได้ ทำให้สามารถตรวจพบและแก้ไขปัญหาที่อาจเกิดขึ้นได้ทันท่วงที

7. ความทนทานและความเชื่อถือได้

การออกแบบระบบที่ป้องกันสภาวะชั่วคราวต้องคำนึงถึงความทนทานและความเชื่อถือได้ในระยะยาว ซึ่งรวมถึงการเลือกวัสดุที่เหมาะสม การออกแบบโครงสร้างการระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพ และการทดสอบและรับรองอย่างเข้มงวด:

• การทดสอบความทนทาน: จำลองสภาพแวดล้อมการทำงานที่หลากหลาย เช่น การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ความชื้น การสั่นสะเทือน เพื่อยืนยันความเสถียรในระยะยาวของอุปกรณ์ป้องกัน

• การรับรองความเชื่อถือได้: อุปกรณ์ป้องกันสภาวะชั่วคราวหลายรายการต้องผ่านการรับรองมาตรฐานสากล เช่น IEC 61643 (Surge Protective Devices for Low-Voltage Systems) UL 1449 (Surge Protective Devices) เป็นต้น

สรุป

ระบบที่ป้องกันสภาวะชั่วคราวปกป้องอุปกรณ์ไฟฟ้าจากแรงดันไฟฟ้าเกินและแรงดันไฟฟ้ากระชากผ่านการตอบสนองอย่างรวดเร็ว การดูดซับและกระจายพลังงาน การป้องกันหลายระดับ การแยกและกรอง ระบบกราวด์ การตรวจสอบและแจ้งเตือน และการรับประกันความทนทานและความเชื่อถือได้ การออกแบบและเลือกระบบที่ป้องกันสภาวะชั่วคราวอย่างเหมาะสมสามารถเพิ่มความเชื่อถือได้และความยาวนานของอุปกรณ์ไฟฟ้าอย่างมาก