Az az érzésem késztetett ennek a szövegnek a megírására, hogy sokan nem ismerik a működési elveket, a párhuzamos védelem használatát (vagy nem is tudják a létezését) a hálózat túlfeszültségei ellen, beleértve a villámcsapás okozta túlfeszültségeket is.
Az impulzuszaj a hálózatban meglehetősen gyakori, előfordulhat zivatar idején, erős terhelések be- és kikapcsolásakor (mivel a hálózat RLC áramkör, rezgések lépnek fel benne, ami feszültséglökéseket okoz) és sok más tényező. Gyengeáramú áramkörökben, beleértve a digitális áramköröket is, ez még fontosabb, mivel a kapcsolási zaj meglehetősen jól áthatol a tápegységeken (a repülési konverterek a legjobban védettek - bennük a transzformátor energiája a primer tekercs leválasztásakor kerül át a terhelésbe a hálózatról).
Európában már régóta de facto kötelező a túlfeszültség-védelmi modulok (továbbiakban az egyszerűség kedvéért villámvédelemnek vagy SPD-nek) beépítése, bár ezek hálózata jobb, mint a miénk, és kevesebb a villámterület.
Az SPD-k használata különösen fontossá vált az elmúlt 20 évben, amikor a tudósok elkezdték fejleszteni a MOSFET térhatású tranzisztorok egyre több változatát, amelyek nagyon félnek a fordított feszültség túllépésétől. És az ilyen tranzisztorokat szinte minden kapcsolóüzemű tápegységben használják 1 kVA-ig, mint kapcsolót az elsődleges (hálózati) oldalon.
Az SPD-k használatának másik szempontja a feszültségkorlátozás biztosítása a nulla- és a földvezető között. A hálózat nullavezetőjén túlfeszültség léphet fel, például egy osztott nullával rendelkező átviteli kapcsoló kapcsolásakor. A kapcsolás során a nullavezető „levegőben” lesz, és bármi lehet rajta.

Túlfeszültségek jellemzői

A védőeszközök osztályokba sorolhatók, attól függően, hogy milyen impulzusteljesítményt tudnak eloszlatni:
1) 0 (A) osztály - külső villámvédelem (ebben a bejegyzésben nem vesszük figyelembe);
2) I (B) osztály - túlfeszültség elleni védelem, amelyet 25-100 kA amplitúdójú impulzusáramok jellemeznek 10/350 μs hullámformával (védelem az épület bemeneti elosztótábláiban);
3) II (C) osztály - túlfeszültség elleni védelem, amelyet 10-40 kA amplitúdójú impulzusáramok jellemeznek 8/20 μs hullámformával (védelem padlópanelekben, helyiségek elektromos paneljeiben, tápegységek bemeneteinél);
3) III (D) osztály - túlfeszültség elleni védelem, amelyet 10 kA amplitúdóig terjedő impulzusáramok jellemeznek, 8/20 μs hullámformával (a legtöbb esetben a védelem a berendezésbe van beépítve - ha a gyártás ennek megfelelően történik GOST-tal);

Túlfeszültség-védelmi eszközök

Letartóztató

A szikraköz kiválasztása meglehetősen kreatív folyamat, számos "plafonra köpéssel" - elvégre nem tudjuk előre, hogy mekkora áram lesz a hálózatban...
A szikraköz kiválasztásakor a következő szabályokat kell követnie:
1) Ha a bemeneti kártyákba a felsővezetékek védelmét szerelik fel, vagy olyan helyeken, ahol gyakoriak a zivatarok, szereljen fel legalább 35 kA maximális kisülési áramú (10/350) μs levezetőket;
2) Válassza ki a maximális hosszú távú feszültséget valamivel magasabbra, mint a várható maximális hálózati feszültség (ellenkező esetben fennáll annak a lehetősége, hogy magas hálózati feszültségnél a szikraköz kinyílik és túlmelegedés miatt meghibásodik);
3) Válassza ki a lehető legalacsonyabb határfeszültségű levezetőket (az 1. és 2. szabályt be kell tartani). Az I. osztályú levezetők határfeszültsége jellemzően 2,5-5 kV;
4) Szereljen fel kifejezetten erre a célra tervezett levezetőket az N és PE ​​vezetékek közé (a gyártók jelzik, hogy N-PE vezetékekhez való csatlakoztatásra szolgálnak). Ezenkívül ezeket a levezetőket alacsonyabb üzemi feszültség jellemzi, általában 250 V AC (normál üzemmódban egyáltalán nincs feszültség a nulla és a föld között), valamint nagy kisülési áram - 50 kA és 100 kA között. magasabb.
5) A levezetőket legalább 10 mm2 keresztmetszetű vezetékekkel kösse be a hálózatba (akkor is, ha a hálózati vezetékek kisebb keresztmetszetűek) és minél rövidebb hosszúságúak. Például, ha egy 2 méter hosszú, 4 mm2 keresztmetszetű vezetőben 40 kA áram jelenik meg, akkor körülbelül 350 V esik le rá (ideális esetben az induktivitás figyelembevétele nélkül - és itt nagy szerepe van ). Ha egy ilyen vezetőhöz szikraköz van csatlakoztatva, akkor a hálózathoz való csatlakozás helyén a határfeszültség egyenlő lesz a levezető határfeszültségének és a vezető feszültségesésének összegével impulzusárammal ( mi 350 V). Így a védő tulajdonságok jelentősen romlanak.
6) Ha lehetséges, szereljen le levezetőket a bemeneti megszakító elé és mindig az RCD elé (ebben az esetben 80-125 A áramerősségre gL karakterisztikus biztosítékot kell beépíteni sorba a levezetővel győződjön meg arról, hogy a levezető le van választva a hálózatról, ha meghibásodik). Mivel senki sem engedi, hogy SPD-t szereljen fel a bemeneti megszakító elé, kívánatos, hogy a megszakító árama legalább 80A legyen D válaszjellemzővel. Ez csökkenti a megszakító hibás működésének valószínűségét. megszakító, amikor a levezető kiold. Az SPD beszerelése az RCD elé az RCD impulzusáramokkal szembeni alacsony ellenállása miatt van; ráadásul az N-PE levezető aktiválásakor az RCD hamisan aktiválódik. Ezenkívül tanácsos SPD-ket felszerelni a villanyórák elé (amit az energiamérnökök ismét nem engednek meg).

Varisztor

Kiindulási állapotban a varisztor nagy belső ellenállással rendelkezik (több száz kOhm-tól több tíz és száz MOhm-ig). Amikor a varisztorérintkezők feszültsége elér egy bizonyos szintet, az élesen csökkenti az ellenállását, és jelentős áramot kezd vezetni, míg a varisztor érintkezők feszültsége kissé megváltozik. A túlfeszültség-levezetőhöz hasonlóan a varisztor is képes elnyelni egy akár több száz mikromásodpercig tartó túlfeszültség-impulzus energiáját. De hosszan tartó megnövekedett feszültség esetén a varisztor meghibásodik, és nagy mennyiségű hő szabadul fel (felrobban).
Minden DIN-sínre szerelt varisztor hővédelemmel van felszerelve, amelynek célja, hogy elfogadhatatlan túlmelegedés esetén lekapcsolja a varisztort a hálózatról (ebben az esetben a helyi mechanikai jelzés alapján megállapítható, hogy a varisztor meghibásodott).
A képen beépített hőrelével ellátott varisztorok láthatók, miután az üzemi feszültség meghaladta a különböző értékeket. Jelentős túlfeszültség esetén az ilyen beépített hővédelem gyakorlatilag hatástalan - a varisztorok úgy robbannak fel, hogy a fülek elakadnak. A DIN-sínre szerelt varisztor modulokba beépített hővédelem azonban elég hatékony bármilyen hosszan tartó túlfeszültség esetén, és képes leválasztani a varisztort a hálózatról.

Egy rövid videó naturalisztikus tesztekről :) (megnövelt feszültség adása egy 20 mm átmérőjű varisztornak - 50 V többlet)

A varisztor fő jellemzői:
1) Védelmi osztály (lásd fent). A varisztorok általában II (C), III (D) védelmi osztályúak;
2) Névleges üzemi feszültség - a varisztor gyártó által javasolt hosszú távú üzemi feszültsége;
3) Maximális üzemi váltakozó feszültség - a varisztor maximális hosszú távú feszültsége, amelynél garantáltan nem nyílik ki;
4) Maximális impulzuskisülési áram (8/20) μs - az áram amplitúdójának maximális értéke hullámformával (8/20) μs, amelynél a varisztor nem fog meghibásodni, és biztosítja a feszültség korlátozását egy adott szinten;
5) Névleges impulzus-kisülési áram (8/20) μs - az áram amplitúdójának névleges értéke hullámformával (8/20) μs, amelynél a varisztor feszültségkorlátozást biztosít egy adott szinten;
6) Határfeszültség - a varisztor maximális feszültsége, amikor az túlfeszültség-impulzus fellépése miatt nyílik;
7) Válaszidő - a varisztor nyitási ideje (majdnem minden varisztor esetében - kevesebb, mint 25 ns);
8) (a gyártók által ritkán jelzett paraméter) a varisztor osztályozási feszültsége - statikus feszültség (idővel lassan változik), amelynél a varisztor szivárgási árama eléri az 1 mA-t. Ezt állandó feszültség alkalmazásával mérik. A legtöbb esetben 15-20%-kal magasabb, mint az állandóra csökkentett maximális üzemi váltakozó feszültség (a váltakozó feszültség szorozva 2 gyökével);
9) (a gyártók által nagyon ritkán jelzett paraméter) a varisztorparaméterek megengedett hibája szinte minden varisztornál ±10%. Ezt a hibát figyelembe kell venni a varisztor maximális üzemi feszültségének kiválasztásakor.

A varisztorok, valamint a levezetők kiválasztása nehézségekkel jár, amelyek működésük ismeretlen körülményeihez kapcsolódnak.
A varisztorvédelem kiválasztásakor a következő szabályokat kell követnie:
1) A varisztorok a túlfeszültség elleni védelem második vagy harmadik fokozataként vannak felszerelve;
2) A II. osztályú varisztorvédelem és az I. osztályú védelem együttes alkalmazásakor figyelembe kell venni a varisztorok és levezetők eltérő reakciósebességét. Mivel a levezetők lassabbak, mint a varisztorok, ha az SPD nem illeszkedik, a varisztorok elnyelik a túlfeszültség-impulzus nagy részét, és gyorsan meghibásodnak. Az I. és II. villámvédelmi osztály összehangolására speciális illesztő fojtótekercseket használnak (az ultrahanggyártók ilyen esetekre is kínálnak ilyeneket), vagy az I. és II. osztályú SPD-k közötti kábelhossznak legalább 10 méternek kell lennie. Ennek a megoldásnak az a hátránya, hogy fojtótekercseket kell beágyazni a hálózatba, vagy meg kell hosszabbítani, ami növeli az induktív komponensét. Az egyetlen kivétel a német PhoenixContact gyártó, amely speciális, úgynevezett „elektronikus gyújtású” I. osztályú levezetőket fejlesztett ki, amelyeket ugyanazon gyártó varisztormoduljaival „hoznak össze”. Ezek az SPD-kombinációk további jóváhagyás nélkül telepíthetők;
3) Válassza ki a maximális folyamatos feszültséget valamivel magasabbra, mint a várható maximális hálózati feszültség (ellenkező esetben fennáll annak a lehetősége, hogy magas hálózati feszültségnél a varisztor kinyílik és túlmelegedés miatt meghibásodik). De itt nem lehet túlzásba vinni, mivel a varisztor korlátozó feszültsége közvetlenül függ az osztályozási feszültségtől (és így a maximális üzemi feszültségtől). A maximális üzemi feszültség sikertelen megválasztására példa a 440 V maximális folyamatos feszültségű IEK varisztor modulok. Ha 220 V névleges feszültségű hálózatba vannak beépítve, akkor annak működése rendkívül alacsony hatékonyságú lesz. Ezenkívül figyelembe kell venni, hogy a varisztorok hajlamosak „elöregedni” (vagyis idővel, a varisztor számos műveletével az osztályozási feszültsége csökkenni kezd). Oroszország számára optimális a 320-350 V hosszú távú üzemi feszültségű varisztorok használata;
4) Ki kell választania a lehető legalacsonyabb határfeszültségűt (ebben az esetben az 1-3. szabályokat kell követni). A II. osztályú varisztorok határfeszültsége a vonali feszültségekhez általában 900 V és 2,5 kV között van;
5) Ne csatlakoztasson a varisztorokat párhuzamosan a teljes teljesítményveszteség növelése érdekében. Sok túlfeszültség-védelmi készülék gyártója (különösen a III (D) osztályú) vétkezik a varisztorok párhuzamos csatlakoztatásával. De mivel 100%-ban azonos varisztorok nem léteznek (még ugyanabból a tételből is különböznek), az egyik varisztor mindig a leggyengébb láncszemnek bizonyul, és túlfeszültség impulzus közben meghibásodik. A következő impulzusokkal a fennmaradó láncvarisztorok meghibásodnak, mivel már nem biztosítják a szükséges disszipációs teljesítményt (ez ugyanaz, mint a diódák párhuzamos csatlakoztatása a teljes áramerősség növelése érdekében - ezt nem lehet megtenni)
6) A varisztorokat legalább 10 mm2 keresztmetszetű (akkor is, ha a hálózati vezetékek kisebb keresztmetszetűek) és lehetőleg rövidebb vezetékekkel kösse be a hálózatba (az indoklás ugyanaz, mint a levezetőknél).
7) Ha lehetséges, szereljen fel varisztorokat a bemeneti megszakító elé és mindig az RCD elé. Mivel senki sem engedi, hogy SPD-t szereljen fel a bemeneti megszakító elé, kívánatos, hogy a megszakító árama legalább 50 A legyen D válaszjellemzővel (II. osztályú varisztorok esetén). Ez csökkenti a gép hibás működésének valószínűségét, amikor a varisztor kiold.

Az SPD gyártók rövid áttekintése

A III (D) osztályú túlfeszültség-védők használatát és a készülékek digitális áramköreinek védelmét a későbbiekre hagyjuk.
Összegzésként azt mondhatom, hogy ha minden elolvasása után több kérdés merül fel, mint a cím elolvasása után, ez jó, mert a téma érdekelt, és olyan kiterjedt, hogy több könyvet is írhat.

Címkék:

• villámvédelem
• SPD
• túlfeszültség védelem