Princíp ochrany proti prepätiu
Prepäťové ochranné zariadenie (SPD), tiež známe ako Surge Protector, je nelineárne ochranné zariadenie používané v živých systémoch na obmedzenie prechodného prepätia a vedenie výbojového nárazového prúdu. Používa sa na ochranu elektrických alebo elektronických systémov s nízkym napätím pred údermi blesku, elektromagnetickými impulzmi alebo poškodením prevádzkovým prepätím. V posledných rokoch sa rýchlo rozvíjali elektronické informačné systémy (ako televízia, telefón, komunikácia, počítačové siete a pod.) a vzniklo a spopularizovalo sa veľké množstvo elektronických informačných zariadení. Tieto typy systémov a zariadení sú často drahé a dôležité, s nízkym prevádzkovým napätím a odolávajú napäťovým úrovniam, vďaka čomu sú vysoko citlivé na elektromagnetické impulzy blesku. Preto by sa na prepäťovú ochranu malo použiť SPD.
Vzhľadom na rozdielne normy, ktorými sa riadia rôzne krajiny, nie sú špecifikácie produktov zjednotené a identifikácia parametrov má tiež svoj vlastný dôraz, ktorý je oveľa nižší ako ostatné špecifikácie elektrických produktov, čo prináša veľké nepríjemnosti pri navrhovaní a výbere. V inžinierskom dizajne možno bežné značky rozdeliť najmä na domáce výrobky, európske výrobky a americké výrobky podľa miesta pôvodu. Nastavenia parametrov domácich produktov sú chaotické, s rôznymi špecifikáciami a vysokým zvyškovým napätím. Niektoré zo štandardizovaných modelov výrobkov sú nastavené tak, aby napodobňovali európske výrobky, zatiaľ čo iné sa riadia národnými štandardnými parametrami. Väčšina produktov je označená In a Imax. Vzhľadom na nízke požiadavky domácich produktov na miesta aplikácie, nízke úrovne budov a vysoké hodnoty napätia zariadení, možno niektoré požiadavky na parametre primerane zmierniť.
Európske výrobky sú spravidla označené maximálnym vybíjacím prúdom a na základe tohto parametra je nastavený aj model výrobku. Napríklad známa európska značka XXX65 a XXX40, kde hodnoty 65 a 40 sú Imax. Čínske normy však jasne stanovujú, že na výber by sa mal použiť nominálny vybíjací prúd In, čo je nepríjemná situácia, s ktorou sa v súčasnosti stretávame v inžinierskom dizajne. Po skontrolovaní informácií o produkte hodnota In XX65 nepresahuje 20 kA a hodnota In XX40 nepresahuje 15 kA. Ak sú dodržané odporúčané hodnoty GB50343, tieto dva produkty je možné použiť len na trojstupňovú ochranu na konci výbavy. V skutočnom prevedení sú však inštalované na prvej a druhej úrovni, čo je zjavne v rozpore s výberovými parametrami národných noriem a zvyškové napätie je vysoké. Bežné modely vo všeobecnosti presahujú 1200 V. Keď prostredie elektroinštalácie nie je dobré, je ľahké prekročiť hodnotu výdržného napätia zariadenia. Vo všeobecnosti majú európske výrobky relatívne malú hodnotu Uc a sú oportunistické pri označovaní sieťového napätia, čo uľahčuje zavádzanie pri výbere modelov.
Princíp činnosti SPD
Prepäťová ochrana je vhodná na ochranu nízkonapäťového zdroja 220/380V a je nelineárnym komponentom. Podľa noriem IEC je prepäťová ochrana zariadenie používané najmä na potlačenie prepätia a nadprúdu prenosového vedenia. Základnou požiadavkou, aby prepäťová ochrana plnila ochrannú úlohu, je odolávať očakávanému bleskovému prúdu a efektívne zhášať nepretržitý prúd výkonovej frekvencie generovaný po pretečení blesku cez maximálne upínacie napätie prepätia. Obmedzuje okamžité prepätie, ktoré vstupuje do elektrického vedenia alebo vedenia na prenos signálu, na rozsah napätia, ktorý zariadenie alebo systém znesie, alebo vybíja silný bleskový prúd do zeme, aby chránil chránené zariadenie alebo systém pred poškodením spôsobeným nárazom.
Typy a štruktúry prepäťových ochrán sa líšia podľa ich rôzneho použitia, ale obsahujú aspoň jeden nelineárny prvok obmedzujúci napätie. Medzi bežne používané prepäťové ochrany patria MOV (MetalOxideVaristors) a plynové výbojky. Elektrické prepätia obsahujú silnú energiu a nemožno ich zastaviť. Z tohto dôvodu je stratégiou ochrany citlivých elektrických zariadení pred poškodením prepätím odviesť prepätie zo zariadenia a následne prúdiť do zeme.
Prepäťová ochrana MOV pozostáva z troch častí: materiálu z oxidu kovu v strede, spojeného dvoma polovodičmi s napájacím zdrojom a uzemňovacím vodičom. Keď dôjde k prepätiu, MOV okamžite zareaguje s dobou odozvy 1-3 nanosekúnd. "V" v MOV je reostat. V momente odozvy odpor MOV klesne z maximálnej hodnoty na takmer nulové ohmy a cez MOV tečie do zeme nadprúd. Chránené elektrické zariadenie pokračuje v prevádzke pri normálnom prevádzkovom napätí. Jeho polovodičové súčiastky majú vlastnosť meniť odpor so zmenami napätia. Keď napätie klesne pod určitú hodnotu, pohyb elektrónov v polovodiči generuje vysoký odpor. Naopak, keď napätie prekročí túto špecifickú hodnotu, pohyb elektrónov sa zmení a polovodičový odpor sa zníži na takmer nulové ohmy. Napätie je normálne a prepäťová ochrana MOV je nečinná na boku bez ovplyvnenia elektrického vedenia.
Indikátory výhod a nevýhod prepäťových ochranných zariadení (MOV) sú: (1) Upínacie napätie: predstavuje hodnotu napätia, ktorá spôsobí pripojenie MOV k uzemňovaciemu vodiču. Čím nižšie je upínacie napätie, tým lepšia je ochrana. (2) Kapacita absorpcie/disipácie energie: Táto nominálna hodnota predstavuje, koľko energie môže prepäťová ochrana absorbovať pred spálením v jouloch. Čím vyššia hodnota, tým lepšia ochrana. (3) Čas odozvy: Prepäťové ochrany sa neodpoja okamžite a ich odozva na prepätie bude mierne oneskorená.
Ďalším bežným zariadením na ochranu proti prepätiu je plynová výbojka. Tieto plynové výbojky majú rovnakú funkciu ako MOV, presúvajú nadbytočný prúd z živého vodiča do uzemňovacieho vodiča a dosahujú túto funkciu použitím inertného plynu ako vodiča medzi dvoma vodičmi. Keď je napätie v určitom rozsahu, zloženie plynu určuje, že ide o zlý vodič. Ak sa napätie zvýši a prekročí tento rozsah, sila prúdu bude dostatočná na ionizáciu plynu, čím sa plynová výbojka stane veľmi dobrým vodičom. Bude viesť prúd do uzemňovacieho vodiča, kým sa napätie nevráti na normálnu úroveň, a potom sa stane chybným vodičom
