Pięć metod ochrony za pomocą ograniczników przepięć
Metody ochrony przeciwprzepięciowej
1. Równoległe urządzenia przeciwprzepięciowe (SPD) połączone w poprzek linii energetycznych
W normalnych warunkach warystory wewnątrz ogranicznika przepięć pozostają w stanie wysokiej impedancji. Gdy sieć energetyczna zostanie uderzona piorunem lub wystąpią przejściowe przepięcia spowodowane operacjami przełączania, ogranicznik reaguje w ciągu nanosekund, powodując przełączenie warystorów w stan niskiej impedancji, szybko ograniczając przepięcie do bezpiecznego poziomu. W przypadku długotrwałych przepięć lub przepięć warystor ulega degradacji i nagrzewa się, uruchamiając mechanizm odłączający termicznie, zapobiegając pożarom i chroniąc urządzenia.
2. Filtry przeciwprzepięciowe szeregowe połączone w linii z obwodami zasilania
Te zabezpieczenia zapewniają czyste i bezpieczne zasilanie dla wrażliwego sprzętu elektronicznego. Przepięcia piorunowe niosą ze sobą nie tylko ogromną energię, ale również ekstremalnie strome narastanie napięcia i prądu. Chociaż równoległe urządzenia SPD mogą tłumić amplitudy przepięć, nie są w stanie spłaszczyć ich ostrych frontów falowych. Szeregowe urządzenia SPD z filtrem, połączone szeregowo z obwodami zasilania, wykorzystują MOV (MOV1, MOV2) do ograniczania przepięć w ciągu nanosekund. Dodatkowo, filtr LC zmniejsza stromość narastania napięcia i prądu przepięciowego prawie 1000-krotnie oraz pięciokrotnie obniża napięcie resztkowe, chroniąc wrażliwe urządzenia.
3. Montaż warystorów ograniczających napięcie między fazami i liniami w celu ograniczenia przepięć udarowych
Ta metoda sprawdza się w przypadku oświetlenia, wind, klimatyzatorów i silników, które charakteryzują się wyższą odpornością na przepięcia. Jest jednak mniej skuteczna w przypadku nowoczesnych, kompaktowych układów elektronicznych o wysokim stopniu integracji. Na przykład, w jednofazowych systemach prądu przemiennego 220 V, warystory są zazwyczaj instalowane pomiędzy przewodem neutralnym a uziemieniem, aby absorbować indukowane wyładowania atmosferyczne. Skuteczność ochrony zależy wyłącznie od doboru i niezawodności warystorów.
Napięcie zaciskowe ustalane jest na podstawie szczytowego napięcia sieci (310 V) i uwzględnia:
- 20% wahań sieci,
- tolerancja komponentów 10%,
- 15% współczynników niezawodności (starzenie, wilgoć, ciepło).
Typowe poziomy napięcia zacisków mieszczą się w przedziale od 470 V do 510 V. Przepięcia poniżej 470 V przechodzą bez zakłóceń.
Podczas gdy standardowe urządzenia elektryczne (np. silniki, oświetlenie) wytrzymują napięcie przemienne 1500 V (szczytowe 2500 V), nowoczesne urządzenia elektroniczne działają w zakresie ±5 V do ±15 V, z maksymalną tolerancją poniżej 50 V. Skoki o wysokiej częstotliwości poniżej 470 V mogą nadal oddziaływać poprzez pojemności pasożytnicze w transformatorach i zasilaczach, uszkadzając układy scalone. Ponadto, ze względu na napięcie szczątkowe warystorów i indukcyjność przewodów, silne przepięcia mogą podnieść poziom napięcia do 800–1000 V, co dodatkowo zagraża elektronice.
4. Zwiększanie ochrony za pomocą transformatorów ultraizolacyjnych (metoda izolacji)
Ekranowany transformator izolacyjny jest umieszczony pomiędzy źródłem zasilania a obciążeniem, aby zablokować zakłócenia o wysokiej częstotliwości, umożliwiając jednocześnie prawidłowe uziemienie wtórne. Zakłócenia w trybie wspólnym, względne względem uziemienia, przenoszą się poprzez pojemność międzyuzwojeniową. Uziemiony ekran między uzwojeniem pierwotnym a wtórnym odprowadza te zakłócenia, redukując szum wyjściowy.
5. Metoda absorpcji
Elementy absorpcyjne tłumią przepięcia, przełączając się z wysokiej na niską impedancję po przekroczeniu napięć progowych. Typowe urządzenia obejmują:
- Warystory – Ograniczona zdolność przesyłowa prądu.
- Lampy wyładowcze (GDT)– Powolna reakcja.
- Diody TVS / lampy wyładowcze półprzewodnikowe – Szybciej, ale kosztem pochłaniania energii.
