A túlfeszültség-védelem elve
Surge Protective Device (SPD), más néven Surge Protector, egy nemlineáris védőeszköz, amelyet feszültség alatt álló rendszerekben használnak a tranziens túlfeszültség korlátozására és a kisülési túlfeszültség irányítására. Alacsony feszültségállóságú elektromos vagy elektronikus rendszerek villámcsapás, elektromágneses impulzusok vagy működési túlfeszültség okozta károk elleni védelmére szolgál. Az elmúlt években az elektronikus információs rendszerek (például televízió, telefon, kommunikáció, számítógépes hálózatok stb.) rohamosan fejlődtek, nagyszámú elektronikus információs eszköz jelent meg és vált népszerűvé. Az ilyen típusú rendszerek és berendezések gyakran drágák és fontosak, alacsony üzemi feszültséggel és feszültségállósággal rendelkeznek, így nagyon érzékenyek a villám elektromágneses impulzusaira. Ezért a túlfeszültség elleni védelemre SPD-t kell használni.
Az egyes országok által követett eltérő szabványok miatt a termékek specifikációi nem egységesek, és a paraméterek azonosításának is megvan a maga hangsúlya, ami messze elmarad a többi elektromos termék specifikációjától, ami nagy kényelmetlenséget okoz a tervezésben és a kiválasztásban. A mérnöki tervezésben az elterjedt márkákat származási helyük alapján elsősorban hazai termékekre, európai termékekre és amerikai termékekre oszthatjuk fel. A hazai termékek paraméterbeállításai kaotikusak, változatos specifikációkkal és magas maradékfeszültséggel. A szabványosított termékmodellek egy része az európai termékeket utánozza, míg mások a nemzeti szabvány paramétereit követik. A legtöbb termék In és Imax felirattal van ellátva. A hazai termékek alkalmazási helyekkel szembeni alacsony követelményei, az alacsony épületszint és a berendezések magas feszültségállósági értékei miatt egyes paraméterekre vonatkozó követelmények megfelelően enyhíthetők.
Az európai termékeken általában a maximális kisütési áramot tüntetik fel, és a termékmodellt is ez alapján állítják be. Például egy jól ismert európai márka XXX65 és XXX40, ahol a 65 és 40 értékek Imax. A kínai szabványok azonban egyértelműen előírják, hogy a kiválasztásnál az In névleges kisülési áramot kell használni, ami jelenleg a mérnöki tervezésben tapasztalható kellemetlen helyzet. A termékinformáció ellenőrzése után az XX65 In értéke nem haladja meg a 20kA-t, az XX40-es In értéke a 15kA-t. A GB50343 ajánlott értékeinek betartása esetén ez a két termék csak háromszintű védelemre használható a berendezés végén. A tényleges tervezésben azonban az első és a második szintre vannak beépítve, ami nyilvánvalóan nincs összhangban a nemzeti szabványok kiválasztási paramétereivel, és a maradék feszültség magas. A hagyományos modellek általában meghaladja az 1200 V-ot. Ha a vezetékezési környezet nem megfelelő, könnyen túllépheti a berendezés ellenállási feszültségét. Általában az európai termékek viszonylag kis Uc-értékkel rendelkeznek, és opportunista módon jelölik a hálózati feszültséget, ami megkönnyíti a félrevezetést a modellek kiválasztásakor.
Az SPD működési elve
A túlfeszültségvédő 220/380V-os kisfeszültségű tápegység védelmére alkalmas és nemlineáris alkatrész. Az IEC szabványok szerint a túlfeszültség-védő egy olyan eszköz, amelyet elsősorban a távvezeték túlfeszültségének és túláramának elnyomására használnak. A túlfeszültségvédő védő szerepének alapvető feltétele, hogy a várható villámáramot elviselje, és a villámlás után keletkező teljesítményfrekvenciás folyamatos áramot a túlfeszültség maximális szorítófeszültségén keresztül hatékonyan eloltsa. A tápvezetékbe vagy jelátviteli vezetékbe belépő pillanatnyi túlfeszültséget arra a feszültségtartományra korlátozza, amelyet a berendezés vagy rendszer elvisel, vagy erős villámáramot bocsát ki a talajba, hogy megvédje a védett berendezést vagy rendszert az ütközés okozta sérülésektől.
A túlfeszültség-védők típusai és felépítése eltérő felhasználási területtől függően változik, de legalább egy nemlineáris feszültséghatároló elemet tartalmaznak. Az általánosan használt túlfeszültség-védők közé tartoznak a MOV-k (MetalOxideVaristor) és a gázkisülési csövek. Az elektromos túlfeszültségek hatalmas energiát tartalmaznak, és nem lehet megállítani. Emiatt az érzékeny elektromos berendezések túlfeszültség okozta károktól való védelmének stratégiája az, hogy a túlfeszültséget a berendezésről elvezetik, majd a talajba áramolják.
A MOV túlfeszültségvédő három részből áll: középen egy fémoxid anyagból, amelyet két félvezető köt össze a tápegységgel és a földelő vezetékkel. Ha túlfeszültség lép fel, a MOV azonnal 1-3 nanoszekundum válaszidővel lép fel. A "V" a MOV-ban egy reosztát. A válasz pillanatában a MOV ellenállása a maximális értékről majdnem nulla ohmra csökken, és a MOV-on keresztül túláram folyik a talajba. A védett elektromos berendezés normál üzemi feszültség mellett működik tovább. Félvezető alkatrészei rendelkeznek azzal a tulajdonsággal, hogy feszültségváltozással az ellenállást változtatják. Ha a feszültség egy meghatározott érték alá esik, az elektronok mozgása a félvezetőben nagy ellenállást generál. Éppen ellenkezőleg, amikor a feszültség meghaladja ezt a fajlagos értéket, az elektronok mozgása megváltozik, és a félvezető ellenállása közel nulla ohmra csökken. A feszültség normális, a MOV túlfeszültség-védő pedig üresjáratban van az oldalon, anélkül, hogy az elektromos vezetéket érintené.
A túlfeszültség-védelmi eszközök (MOV-k) előnyeit és hátrányait jelző mutatók a következők: (1) Befogófeszültség: azt a feszültségértéket jelöli, amely miatt a MOV-ok a földelővezetékhez csatlakoznak. Minél alacsonyabb a szorítófeszültség, annál jobb a védelmi teljesítmény. (2) Energiaelnyelési/leadási kapacitás: Ez a névleges érték azt mutatja, hogy a túlfeszültség-védő mennyi energiát képes elnyelni, mielőtt leégne, joule-ban. Minél magasabb az érték, annál jobb a védelmi teljesítmény. (3) Válaszidő: A túlfeszültség-védők nem kapcsolódnak le azonnal, és kis késéssel reagálnak a túlfeszültségekre.
Egy másik gyakori túlfeszültség-védelmi eszköz a gázkisüléses cső. Ezek a gázkisülési csövek ugyanazt a funkciót látják el, mint a MOV-k, a felesleges áramot a feszültség alatt álló vezetékről a földvezetékre mozgatják, és ezt a funkciót úgy érik el, hogy inert gázt használnak vezetőként a két vezeték között. Ha a feszültség egy meghatározott tartományon belül van, a gáz összetétele határozza meg, hogy rossz vezető. Ha a feszültség túllép, és meghaladja ezt a tartományt, az áram erőssége elegendő lesz a gáz ionizálásához, így a gázkisülési cső nagyon jó vezető lesz. Addig vezeti az áramot a földelővezetékhez, amíg a feszültség vissza nem tér a normál szintre, majd hibás vezetővé válik
