Як системи захисту від перехідних процесів захищають електричне обладнання від випадкових підвищень напруги та стрибків напруги?

Як системи захисту від трансієнтних явищ захищають електричне обладнання від перепадів напруги та стрибків напруги

Системи захисту від трансієнтних явищ (TPS) розроблені для захисту електричного обладнання від перепадів напруги та стрибків напруги, які можуть бути спричинені подіями, такими як удар молонії, операції зміни мережі, включення конденсаторних банок, короткі замикання та інші. Ці трансієнтні перепади напруги можуть призвести до пошкодження обладнання або погіршення його роботи. Нижче наведені детальні механізми, через які системи захисту від трансієнтних явищ забезпечують захист:

1. Швидка реакція

Одна з ключових характеристик систем захисту від трансієнтних явищ — це їх здатність швидко реагувати на перепади напруги та стрибки напруги. Зазвичай, ці системи мають час реакції у діапазоні від наносекунд до мікроструменів, що дозволяє їм практично миттєво виявляти та пригнічувати трансієнтні перепади напруги.

• Оксидно-металеві варистори (MOV): MOV — це поширений компонент захисту від трансієнтних явищ з нелінійними характеристиками напруга-струм. Коли напруга перевищує певний поріг, опір MOV гостро знижується, обмежуючи перепад напруги до безпечного рівня.

• Газові розрядні трубки (GDT): GDT розсіюють енергію перепаду напруги, створюючи дугу між двома електродами. Коли напруга досягає певного рівня, газ всередині GDT іонізується, формуючи провідний шлях для потоку струму та розсіяння енергії.

• Діоди пригнічення трансієнтних напруг (TVS): Діоди TVS можуть реагувати протягом наносекунд та обмежувати перепади напруги до певного безпечного діапазону напруги.

2. Поглинання та розсіяння енергії

Окрім швидкої реакції, системи захисту від трансієнтних явищ повинні поглинати та розсіяти енергію від подій перепаду напруги. Різні типи захисних пристроїв мають різні можливості обробки енергії:

• MOV: MOV можуть поглинати велику кількість енергії, що робить їх придатними для обробки високоенергетичних стрибків напруги. Вони зазвичай встановлюються в точках входу живлення для обробки значних перепадів напруги.

• GDT: GDT в основному використовуються в високонапружних застосуваннях, здатні працювати в умовах високої напруги та придатні для захисту від ударів молонії та інших високоенергетичних трансієнтних явищ.

• Діоди TVS: Хоча діоди TVS мають відносно низьку здатність поглинання енергії, їх швидка реакція робить їх ідеальними для точного захисту чутливої електроніки.

3. Многорівневий захист

Для забезпечення всебічного захисту, системи захисту від трансієнтних явищ часто використовують многорівневі стратегії захисту. Цей шаруваний підхід ефективно вирішує проблеми різних масштабів та частот трансієнтних перепадів напруги:

• Первинний захист (грубий захист): Зазвичай розташований в точці входу живлення, використовуючи великі захисні пристрої, такі як MOV та GDT, для поглинання та розсіяння великої енергії стрибків напруги.

• Другорядний захист (тонкий захист): Розташований всередині обладнання або поблизу чутливих електронних компонентів, використовуючи нижчоенергетичні захисні пристрої, такі як діоди TVS, для більш точного захисту.

• Третинний захист (захист ліній сигналізації): Для ліній зв'язку, ліній передачі даних та інших чутливих ліній сигналізації використовуються спеціалізовані захисні пристрої, такі як Протектори Ліній Сигналізації (SLP), для запобігання входу трансієнтних перепадів напруги до обладнання через лінії сигналізації.

4. Ізоляція та фільтрація

Крім прямої абсорбції та розсіяння енергії перепадів напруги, системи захисту від трансієнтних явищ також використовують техніки ізоляції та фільтрації для подальшого зменшення впливу трансієнтних перепадів напруги на обладнання:

• Ізоляційні трансформатори: Ізоляційні трансформатори забезпечують електричну ізоляцію між входом та виходом, запобігаючи передачі трансієнтних перепадів напруги з боку входу на бік виходу.

• Фільтри: Фільтри вилучають високочастотний шум та трансієнтні імпульси, запобігаючи входу цих завад до обладнання. Поширені фільтри включають фільтри електромагнітних втручань (EMI) та фільтри радіочастотних втручань (RFI).

5. Система заземлення

Добре спроектована система заземлення — це важлива частина захисту від трансієнтних явищ. Ефективне заземлення забезпечує низькоімпедансний шлях для швидкого розсіяння трансієнтних перепадів напруги до землі, що запобігає пошкодженню обладнання:

• Опір заземлення: Опір заземлення повинен бути якомога меншим, щоб забезпечити, що трансієнтні перепади напруги могли швидко розсіятися.

• Еквіпотенційне з'єднання: З'єднуючи всі металеві корпуси та заземлювальні термінали обладнання разом, еквіпотенційне з'єднання запобігає дугам та іскрам, спричиненим різницями потенціалів.

6. Моніторинг та сигналізація

Деякі сучасні системи захисту від трансієнтних явищ також мають функції моніторингу та сигналізації, що дозволяють в режимі реального часу моніторити стан системи та активувати сигналізацію або виконувати відповідні дії при виявленні аномалій:

• Індикаторні світлодіоди стану: Відображають робочий стан пристрою захисту від трансієнтних явищ, такий як нормальний, аварійний або відмова.

• Віддалений моніторинг: Через мережеві інтерфейси або модулі зв'язку можна досягти віддаленого моніторингу та управління, що дозволяє своєчасно виявляти та вирішувати потенційні проблеми.

7. Міцність та надійність

При проектуванні систем захисту від трансієнтних явищ необхідно враховувати довготривалу міцність та надійність. Це включає вибір відповідних матеріалів, розробку ефективних структур теплообміну та проведення жорстких тестів та сертифікації:

• Тестування на міцність: Симулювання різних напружень в реальних робочих середовищах, таких як зміна температури, вологість, вібрація тощо, для перевірки довготривалої стабільності захисних пристроїв.

• Сертифікація надійності: Багато продуктів захисту від трансієнтних явищ повинні пройти міжнародні стандартні сертифікації, такі як IEC 61643 (Захисні пристрої від стрибків напруги низької напруги), UL 1449 (Захисні пристрої від стрибків напруги) тощо.

Висновок

Системи захисту від трансієнтних явищ захищають електричне обладнання від перепадів напруги та стрибків напруги шляхом швидкої реакції, поглинання та розсіяння енергії, многорівневого захисту, ізоляції та фільтрації, системи заземлення, моніторингу та сигналізації, а також забезпечуючи міцність та надійність. Правильне проектування та вибір систем захисту від трансієнтних явищ можуть значно підвищити надійність та тривалість служби електричного обладнання.