П'ять методів захисту від перенапруги
Методи захисту від перенапруги
1. Паралельні пристрої захисту від перенапруги (SPD), підключені до ліній електропередач
За нормальних умов варистори всередині пристрою захисту від перенапруги залишаються у стані високого опору. Коли в електромережу вдаряє блискавка або виникають короткочасні стрибки напруги внаслідок комутаційних операцій, пристрій захисту реагує протягом наносекунд, змушуючи варистори перемикатися у стан низького опору, швидко обмежуючи перенапругу до безпечного рівня. Якщо відбуваються тривалі стрибки або перенапруги, варистор деградує та нагрівається, запускаючи механізм теплового відключення для запобігання пожежам та захисту обладнання.
2. Серійні фільтрувальні фільтри, підключені до силових кіл
Ці захисні пристрої забезпечують чисте та безпечне живлення для чутливого електронного обладнання. Блискавкові перенапруги несуть не лише величезну енергію, але й надзвичайно круті швидкості наростання напруги та струму. Хоча паралельні SPD можуть пригнічувати амплітуди перенапруг, вони не можуть вирівнювати їхні гострі хвильові фронти. Послідовні SPD фільтрувального типу, підключені лінійно до силових кіл, використовують MOV (MOV1, MOV2) для обмеження перенапруг за наносекунду. Крім того, LC-фільтр зменшує крутизну швидкостей наростання напруги та струму під час перенапруги майже в 1000 разів і зменшує залишкову напругу в п'ять разів, захищаючи чутливі пристрої.
3. Встановлення варисторів з фіксацією напруги між фазами та лініями для обмеження перенапруг
Цей метод добре працює для освітлення, ліфтів, кондиціонерів та двигунів, які мають вищу стійкість до перенапруги. Однак він менш ефективний для сучасної компактної електроніки з високою інтеграцією. Наприклад, в однофазних системах змінного струму 220 В варистори зазвичай встановлюються між нейтраллю та землею для поглинання індукованих спалахів блискавки. Ефективність захисту повністю залежить від вибору та надійності варистора.
Напруга блокування встановлюється на основі пікової напруги мережі (310 В) з урахуванням:
- 20% коливань мережі,
- допуск компонентів 10%,
- 15% факторів надійності (старіння, волога, тепло).
Таким чином, типові рівні затискання коливаються від 470 В до 510 В. Сплески напруги нижче 470 В проходять без змін.
Хоча стандартне електрообладнання (наприклад, двигуни, освітлення) може витримувати змінну напругу 1500 В (пікове значення 2500 В), сучасна електроніка працює в діапазоні від ±5 В до ±15 В, з максимальними допусками нижче 50 В. Високочастотні сплески нижче 470 В все ще можуть проявлятися через паразитні ємності в трансформаторах і блоках живлення, пошкоджуючи мікросхеми. Більше того, через залишкову напругу варистора та індуктивність виводів, сильні сплески можуть підвищити рівні обмеження до 800–1000 В, що ще більше наражає на небезпеку електроніку.
4. Посилення захисту за допомогою ультраізоляційних трансформаторів (метод ізоляції)
Екранований ізоляційний трансформатор вставляється між джерелом живлення та навантаженням для блокування високочастотних шумів, забезпечуючи при цьому належне вторинне заземлення. Синфазні перешкоди, що виникають відносно землі, проникають через міжобмоткову ємність. Заземлений екран між первинною та вторинною обмотками відводить ці перешкоди, зменшуючи вихідний шум.
5. Метод абсорбції
Поглинаючі компоненти пригнічують перенапруги, перемикаючись з високого на низький імпеданс при перевищенні порогових значень напруги. До поширених пристроїв належать:
- Варистори – Обмежена потужність обробки струму.
- Газорозрядні трубки (ГРТ)– Повільна реакція.
- TVS діоди / Твердотільні розрядні трубки – Швидше, але з компромісами у поглинанні енергії.
