Принцип на защита от пренапрежение
Устройство за защита от пренапрежение (SPD), известно също като устройство за защита от пренапрежение, е нелинейно защитно устройство, използвано в системи под напрежение за ограничаване на преходното пренапрежение и насочване на тока на разреждане. Използва се за защита на електрически или електронни системи с нива на издръжливост на ниско напрежение от удари на мълния, електромагнитни импулси или повреди от пренапрежение при работа. През последните години електронните информационни системи (като телевизия, телефон, комуникация, компютърни мрежи и др.) се развиха бързо и се появиха и популяризираха голям брой електронни информационни устройства. Този тип системи и оборудване често са скъпи и важни, с ниско работно напрежение и нива на издържано напрежение, което ги прави силно податливи на електромагнитни импулси от мълния. Следователно SPD трябва да се използва за защита от пренапрежение.
Поради различните стандарти, следвани от различни страни, спецификациите на продуктите не са унифицирани и идентифицирането на параметрите също има собствен акцент, който е далеч по-нисък от другите спецификации на електрически продукти, което носи голямо неудобство при проектирането и избора. В инженерния дизайн общите марки могат да бъдат разделени главно на местни продукти, европейски продукти и американски продукти въз основа на мястото им на произход. Настройките на параметрите на домашните продукти са хаотични, с различни спецификации и високо остатъчно напрежение. Някои от стандартизираните продуктови модели са настроени да имитират европейски продукти, докато други следват национални стандартни параметри. Повечето продукти са етикетирани с In и Imax. Поради ниските изисквания на местните продукти за местата на приложение, ниските нива на сградата и високите стойности на издържаното напрежение на оборудването, някои изисквания към параметрите могат да бъдат подходящо облекчени.
Европейските продукти обикновено са етикетирани с максималния ток на разреждане и моделът на продукта също се задава въз основа на този параметър. Например добре позната европейска марка XXX65 и XXX40, където стойностите 65 и 40 са Imax. Китайските стандарти обаче ясно постановяват, че номиналният разряден ток In трябва да се използва за избор, което е неудобна ситуация, срещана в инженерния дизайн в момента. След проверка на информацията за продукта In стойността на XX65 не надвишава 20kA, а In стойността на XX40 не надвишава 15kA. Ако се спазват препоръчителните стойности на GB50343, тези два продукта могат да се използват само за защита на три нива в края на оборудването. Въпреки това, в реалния дизайн те са инсталирани на първо и второ ниво, което е очевидно несъвместимо с параметрите за избор на националните стандарти и остатъчното напрежение е високо. Обикновените модели обикновено надвишават 1200V. След като средата на окабеляване не е добра, лесно е да се превиши стойността на издържаното напрежение на оборудването. Като цяло, европейските продукти имат сравнително малка Uc стойност и са опортюнистични при етикетирането на линейното напрежение, което улеснява подвеждането при избора на модели.
Принципът на работа на SPD
Защитата от пренапрежение е подходяща за защита на захранване с ниско напрежение 220/380V и е нелинеен компонент. Съгласно стандартите на IEC защитата от пренапрежение е устройство, използвано главно за потискане на пренапрежението и свръхтока на преносната линия. Основното изискване за защита от пренапрежение, за да играе защитна роля, е да издържа на очаквания ток на мълния и ефективно да гаси непрекъснатия ток на честотата на захранването, генериран след преминаването на мълния през максималното напрежение на затягане на пренапрежението. Той ограничава мигновеното пренапрежение, което навлиза в електропровода или линията за предаване на сигнал до обхвата на напрежението, който оборудването или системата може да издържи, или освобождава силен ток от мълния в земята, за да защити защитеното оборудване или система от повреда, причинена от удар.
Типовете и структурите на предпазителите от пренапрежение варират според различните им приложения, но те съдържат поне един нелинеен елемент за ограничаване на напрежението. Често използваните предпазители от пренапрежение включват MOV (металоксидни варистори) и газоразрядни тръби. Електрическите удари съдържат мощна енергия и не могат да бъдат спрени. Поради тази причина стратегията за защита на чувствително електрическо оборудване от повреда от пренапрежение е пренапрежението да се отклони от оборудването и след това да потече в земята.
Защитата от пренапрежение MOV се състои от три части: материал от метален оксид в средата, свързан с два полупроводника към захранването и заземяващ проводник. Когато възникне пренапрежение, MOV незабавно действа с време за реакция от 1-3 наносекунди. "V" в MOV е реостат. В момента на реагиране съпротивлението на MOV пада от максималната си стойност до почти нула ома и свръхтокът протича в земята през MOV. Защитеното електрическо оборудване продължава да работи при нормално работно напрежение. Неговите полупроводникови компоненти имат свойството да променят съпротивлението с промени в напрежението. Когато напрежението падне под определена стойност, движението на електроните в полупроводника генерира високо съпротивление. Напротив, когато напрежението надвиши тази специфична стойност, движението на електроните ще се промени и съпротивлението на полупроводника ще намалее до почти нула ома. Напрежението е нормално и защитата от пренапрежение MOV не работи отстрани, без да засяга електропровода.
Индикаторите за предимствата и недостатъците на устройствата за защита от пренапрежение (MOVs) са: (1) Затягащо напрежение: представлява стойността на напрежението, която ще накара MOVs да се свържат към заземяващия проводник. Колкото по-ниско е напрежението на затягане, толкова по-добра е защитата. (2) Капацитет на поглъщане/разсейване на енергия: Тази номинална стойност представлява колко енергия може да поеме предпазителят от пренапрежение, преди да бъде изгорен, в джаули. Колкото по-висока е стойността, толкова по-добра е защитата. (3) Време за реакция: Защитите от пренапрежение не се изключват незабавно и ще има леко забавяне в отговора им на пренапрежения.
Друго често срещано устройство за защита от пренапрежение е газоразрядна тръба. Тези газоразрядни тръби имат същата функция като MOV, като преместват излишния ток от живия проводник към заземяващия проводник и постигат тази функция чрез използване на инертен газ като проводник между двата проводника. Когато напрежението е в определен диапазон, съставът на газа определя, че той е лош проводник. Ако напрежението скочи и надхвърли този диапазон, силата на тока ще бъде достатъчна, за да йонизира газа, което прави газоразрядната тръба много добър проводник. Той ще провежда ток към заземяващия проводник, докато напрежението се върне към нормалните нива, и след това ще се превърне в дефектен проводник
