Πέντε μέθοδοι προστασίας από υπερτάσεις

Μέθοδοι προστασίας από υπερτάσεις

1. Παράλληλες συσκευές προστασίας από υπερτάσεις (SPD) συνδεδεμένες σε γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας

Υπό κανονικές συνθήκες, τα βαρίστορ στο εσωτερικό του προστατευτικού υπερτάσεων παραμένουν σε κατάσταση υψηλής σύνθετης αντίστασης. Όταν το ηλεκτρικό δίκτυο χτυπηθεί από κεραυνό ή παρουσιάσει παροδικές υπερτάσεις λόγω λειτουργιών μεταγωγής, το προστατευτικό ανταποκρίνεται εντός νανοδευτερολέπτων, προκαλώντας τη μετάβαση των βαρίστορ σε κατάσταση χαμηλής σύνθετης αντίστασης, μειώνοντας γρήγορα την υπέρταση σε ασφαλές επίπεδο. Εάν προκύψουν παρατεταμένες υπερτάσεις ή υπερτάσεις, το βαρίστορ υποβαθμίζεται και θερμαίνεται, ενεργοποιώντας έναν μηχανισμό θερμικής αποσύνδεσης για την πρόληψη πυρκαγιών και την προστασία του εξοπλισμού.

2. Σειριακά προστατευτικά υπερτάσεων τύπου φίλτρου συνδεδεμένα σε σειρά με κυκλώματα ισχύος

Αυτά τα προστατευτικά παρέχουν καθαρή και ασφαλή ισχύ για ευαίσθητο ηλεκτρονικό εξοπλισμό. Οι υπερτάσεις από κεραυνούς μεταφέρουν όχι μόνο τεράστια ενέργεια αλλά και εξαιρετικά απότομους ρυθμούς αύξησης τάσης και ρεύματος. Ενώ οι παράλληλοι SPD μπορούν να καταστείλουν τα πλάτη των υπερτάσεων, δεν μπορούν να ισοπεδώσουν τα αιχμηρά μέτωπα κύματος τους. Οι SPD τύπου φίλτρου σε σειρά, συνδεδεμένοι σε σειρά με κυκλώματα ισχύος, χρησιμοποιούν MOV (MOV1, MOV2) για να συγκρατήσουν τις υπερτάσεις σε νανοδευτερόλεπτα. Επιπλέον, ένα φίλτρο LC μειώνει την απότομη αύξηση της τάσης και του ρεύματος των υπερτάσεων κατά σχεδόν 1.000 φορές και μειώνει την υπολειπόμενη τάση κατά πέντε φορές, προστατεύοντας τις ευαίσθητες συσκευές.

3. Εγκατάσταση βαρίστορ σύσφιξης τάσης μεταξύ φάσεων και γραμμών για τον περιορισμό των υπερτάσεων υπερτάσεων

Αυτή η μέθοδος λειτουργεί καλά για φωτισμό, ανελκυστήρες, κλιματιστικά και κινητήρες, τα οποία έχουν υψηλότερες δυνατότητες αντοχής σε υπερτάσεις. Ωστόσο, είναι λιγότερο αποτελεσματική για σύγχρονα συμπαγή ηλεκτρονικά συστήματα με υψηλή ενσωμάτωση. Για παράδειγμα, σε μονοφασικά συστήματα 220V AC, τα βαρίστορ συνήθως εγκαθίστανται μεταξύ ουδέτερου και γείωσης για την απορρόφηση των επαγόμενων αιχμών κεραυνού. Η αποτελεσματικότητα της προστασίας εξαρτάται εξ ολοκλήρου από την επιλογή και την αξιοπιστία των βαρίστορ.

Η τάση σύσφιξης ρυθμίζεται με βάση την μέγιστη τάση του δικτύου (310V), λαμβάνοντας υπόψη:
- Διακυμάνσεις δικτύου 20%,
- 10% ανοχή εξαρτημάτων,
- 15% συντελεστές αξιοπιστίας (γήρανση, υγρασία, θερμότητα).
Έτσι, τα τυπικά επίπεδα σύσφιξης κυμαίνονται από 470V έως 510V. Οι υπερτάσεις κάτω από 470V διέρχονται ανεπηρέαστες.

Ενώ ο τυπικός ηλεκτρικός εξοπλισμός (π.χ. κινητήρες, φωτισμός) μπορεί να αντέξει 1.500V AC (κορυφή 2.500V), τα σύγχρονα ηλεκτρονικά λειτουργούν από ±5V έως ±15V, με μέγιστες ανοχές κάτω από 50V. Οι αιχμές υψηλής συχνότητας κάτω από 470V μπορούν ακόμα να συνδεθούν μέσω παρασιτικών χωρητικοτήτων σε μετασχηματιστές και τροφοδοτικά, καταστρέφοντας τα ολοκληρωμένα κυκλώματα. Επιπλέον, λόγω της υπολειπόμενης τάσης βαρίστορ και της επαγωγής του ηλεκτροδίου, οι ισχυρές υπερτάσεις μπορεί να ωθήσουν τα επίπεδα σύσφιξης στα 800V–1.000V, θέτοντας περαιτέρω σε κίνδυνο τα ηλεκτρονικά.

4. Ενίσχυση της προστασίας με μετασχηματιστές υπερ-απομόνωσης (Μέθοδος απομόνωσης)

Ένας θωρακισμένος μετασχηματιστής απομόνωσης εισάγεται μεταξύ της πηγής ισχύος και του φορτίου για να μπλοκάρει τον θόρυβο υψηλής συχνότητας, επιτρέποντας παράλληλα την κατάλληλη δευτερεύουσα γείωση. Οι παρεμβολές κοινής λειτουργίας, οι οποίες είναι σχετικές με τη γείωση, συνδέονται μέσω της χωρητικότητας μεταξύ των περιελίξεων. Μια γειωμένη θωράκιση μεταξύ των πρωτευόντων και των δευτερευόντων περιελίξεων εκτρέπει αυτές τις παρεμβολές, μειώνοντας τον θόρυβο εξόδου.

5. Μέθοδος Απορρόφησης

Τα απορροφητικά εξαρτήματα καταστέλλουν τις υπερτάσεις μεταβαίνοντας από υψηλή σε χαμηλή σύνθετη αντίσταση όταν υπερβαίνουν τα όρια τάσης. Κοινές συσκευές περιλαμβάνουν:
- Βαρίστορ – Περιορισμένη ικανότητα διαχείρισης ρεύματος.
- Σωλήνες εκκένωσης αερίου (GDT)– Αργή απόκριση.
- Δίοδοι TVS / Λυχνίες εκκένωσης στερεάς κατάστασης – Ταχύτερα αλλά με συμβιβασμούς στην απορρόφηση ενέργειας.