Pet metod zaščite pred prenapetostnimi ščitniki
Metode za zaščito pred prenapetostjo
1. Vzporedne prenapetostne zaščitne naprave (SPD), priključene na daljnovode
V normalnih pogojih varistorje znotraj prenapetostne zaščite ohranjajo v stanju visoke impedance. Ko v električno omrežje udari strela ali pride do prehodnih prenapetosti zaradi preklopnih operacij, se zaščita odzove v nanosekundah, zaradi česar varistorje preklopi v stanje nizke impedance in hitro omeji prenapetost na varno raven. Če pride do dolgotrajnih prenapetosti ali prenapetosti, se varistor degradira in segreje, kar sproži mehanizem termičnega odklopa, ki preprečuje požare in ščiti opremo.
2. Serijske filtrirne prenapetostne zaščite, priključene v linijo z močnostnimi tokokrogi
Te zaščite zagotavljajo čisto in varno napajanje za občutljivo elektronsko opremo. Strele ne nosijo le ogromne energije, temveč tudi izjemno strme naraščajoče napetosti in toka. Vzporedni SPD-ji lahko sicer zatrejo amplitude prenapetosti, vendar ne morejo sploščiti njihovih ostrih valovnih front. Serijski filtrirni SPD-ji, priključeni v linijo z močnostnimi vezji, uporabljajo MOV (MOV1, MOV2) za zajezitev prenapetosti v nanosekundah. Poleg tega LC filter zmanjša strmino naraščanja napetosti in toka strele za skoraj 1000-krat in zmanjša preostalo napetost za petkrat, s čimer zaščiti občutljive naprave.
3. Namestitev varistorjev z napetostno vpenjalno napetostjo med fazami in linijami za omejitev prenapetosti
Ta metoda je primerna za razsvetljavo, dvigala, klimatske naprave in motorje, ki imajo višjo odpornost proti prenapetosti. Vendar je manj učinkovita za sodobno kompaktno elektroniko z visoko integracijo. Na primer, v enofaznih sistemih z izmenično napetostjo 220 V so varistorje običajno nameščene med nevtralnim vodnikom in ozemljitvijo, da absorbirajo inducirane strele. Učinkovitost zaščite je v celoti odvisna od izbire in zanesljivosti varistorjev.
Vpenjalna napetost se nastavi na podlagi najvišje napetosti omrežja (310 V), pri čemer se upošteva:
- 20 % nihanja omrežja,
- 10-odstotna toleranca komponent,
- 15 % faktorjev zanesljivosti (staranje, vlaga, toplota).
Tipične ravni vpenjanja se tako gibljejo od 470 V do 510 V. Prenapetosti pod 470 V prehajajo brez vpliva.
Medtem ko standardna električna oprema (npr. motorji, razsvetljava) prenese 1500 V izmenične napetosti (z vrhom 2500 V), sodobna elektronika deluje pri ±5 V do ±15 V, z največjimi tolerancami pod 50 V. Visokofrekostne konice pod 470 V se lahko še vedno prenašajo preko parazitskih kapacitivnosti v transformatorjih in napajalnikih ter poškodujejo integrirana vezja. Poleg tega lahko zaradi preostale napetosti varistorjev in induktivnosti vodnikov močni prenapetostni sunki dvignejo prag vpenjanja na 800 V–1000 V, kar dodatno ogroža elektroniko.
4. Izboljšanje zaščite z ultraizolacijskimi transformatorji (izolacijska metoda)
Med vir napajanja in breme je vstavljen oklopljeni izolacijski transformator, ki blokira visokofrekvenčni šum, hkrati pa omogoča ustrezno sekundarno ozemljitev. Motnje skupnega načina, ki so relativne glede na ozemljitev, se prenašajo preko mednavitne kapacitivnosti. Ozemljen ščit med primarnim in sekundarnim navitjem preusmeri te motnje in zmanjša izhodni šum.
5. Absorpcijska metoda
Absorptivne komponente preprečujejo prenapetostne udarce tako, da preklopijo z visoke na nizko impedanco, ko so presežene pragovne napetosti. Med pogoste naprave spadajo:
- Varistori – Omejena zmogljivost prenosa toka.
- Plinski razelektrilniki (GDT)– Počasen odziv.
- TVS diode / Trdne elektronke – Hitreje, vendar s kompromisi pri absorpciji energije.
