Princip zaštite od prenapona
Uređaj za zaštitu od prenapona (SPD), poznat i kao zaštitnik od prenapona, nelinearni je zaštitni uređaj koji se koristi u sustavima pod naponom za ograničavanje prijelaznog prenapona i vođenje udarne struje pražnjenja. Koristi se za zaštitu električnih ili elektroničkih sustava s niskim razinama otpornosti napona od udara groma, elektromagnetskih impulsa ili oštećenja radnog prenapona. Posljednjih su se godina elektronički informacijski sustavi (kao što su televizija, telefon, komunikacija, računalne mreže itd.) ubrzano razvijali, a pojavio se i popularizirao veliki broj elektroničkih informacijskih uređaja. Ove vrste sustava i opreme često su skupi i važni, s niskim radnim naponom i razinama otpornog napona, što ih čini vrlo osjetljivima na elektromagnetske impulse munje. Stoga se za prenaponsku zaštitu treba koristiti SPD.
Zbog različitih standarda koje slijede različite zemlje, specifikacije proizvoda nisu unificirane, a identifikacija parametara također ima svoj naglasak, koji je daleko inferioran drugim specifikacijama električnih proizvoda, što donosi velike neugodnosti dizajnu i odabiru. U inženjerskom dizajnu, uobičajene marke mogu se uglavnom podijeliti na domaće proizvode, europske proizvode i američke proizvode na temelju njihovog mjesta podrijetla. Postavke parametara domaćih proizvoda su kaotične, s različitim specifikacijama i visokim preostalim naponom. Neki od standardiziranih modela proizvoda postavljeni su tako da imitiraju europske proizvode, dok drugi slijede nacionalne standardne parametre. Većina proizvoda ima oznake In i Imax. Zbog niskih zahtjeva domaćih proizvoda za mjesta primjene, niskih razina zgrada i visokih vrijednosti podnosivog napona opreme, neki zahtjevi za parametre mogu se prikladno ublažiti.
Europski proizvodi općenito su označeni maksimalnom strujom pražnjenja, a model proizvoda također je postavljen na temelju ovog parametra. Na primjer, poznati europski brend XXX65 i XXX40, gdje su vrijednosti 65 i 40 Imax. Međutim, kineski standardi jasno propisuju da se nominalna struja pražnjenja In treba koristiti za odabir, što je neugodna situacija koja se trenutno susreće u inženjerskom projektiranju. Nakon provjere podataka o proizvodu, In vrijednost XX65 ne prelazi 20 kA, a In vrijednost XX40 ne prelazi 15 kA. Ako se poštuju preporučene vrijednosti GB50343, ova dva proizvoda mogu se koristiti samo za zaštitu na tri razine na kraju opreme. Međutim, u stvarnom dizajnu, oni su instalirani na prvoj i drugoj razini, što je očito u suprotnosti s parametrima odabira nacionalnih standarda, a preostali napon je visok. Obični modeli općenito prelaze 1200V. Nakon što okruženje ožičenja nije dobro, lako je premašiti vrijednost podnosivog napona opreme. Općenito, europski proizvodi imaju relativno malu Uc vrijednost i oportunistički su u označavanju mrežnog napona, što olakšava dovođenje u zabludu pri odabiru modela.
Princip rada SPD-a
Zaštita od prenapona prikladna je za zaštitu niskonaponskog napajanja 220/380 V i nelinearna je komponenta. Prema IEC standardima, zaštita od prenapona je uređaj koji se uglavnom koristi za suzbijanje prenapona i prekomjerne struje dalekovoda. Osnovni zahtjev za prenaponsku zaštitu da igra zaštitnu ulogu je izdržati očekivanu struju munje i učinkovito ugasiti kontinuiranu struju električne frekvencije koja se stvara nakon što munja prođe kroz maksimalni napon stezanja prenapona. Ograničava trenutni prenapon koji ulazi u električni vod ili vod za prijenos signala na raspon napona koji oprema ili sustav može izdržati ili ispušta jaku struju munje u zemlju kako bi zaštitio zaštićenu opremu ili sustav od oštećenja uzrokovanih udarcem.
Vrste i strukture prenaponskih zaštitnika razlikuju se ovisno o različitim namjenama, ali sadrže barem jedan nelinearni element za ograničavanje napona. Uobičajeno korišteni zaštitnici od prenapona uključuju MOV (MetalOxideVaristors) i cijevi s plinskim pražnjenjem. Električni udari sadrže snažnu energiju i ne mogu se zaustaviti. Iz tog razloga, strategija za zaštitu osjetljive električne opreme od oštećenja od prenapona je preusmjeravanje prenapona od opreme i zatim otjecanje u zemlju.
Zaštita od prenapona MOV sastoji se od tri dijela: materijal od metalnog oksida u sredini, povezan s dva poluvodiča na napajanje i žice za uzemljenje. Kada dođe do prenapona, MOV odmah djeluje s vremenom odziva od 1-3 nanosekundi. "V" u MOV je reostat. U trenutku odziva, otpor MOV-a pada sa svoje maksimalne vrijednosti na gotovo nula ohma, a prekostruja teče u zemlju kroz MOV. Zaštićena električna oprema nastavlja raditi pri normalnom radnom naponu. Njegove poluvodičke komponente imaju svojstvo mijenjanja otpora s promjenama napona. Kada napon padne ispod određene vrijednosti, kretanje elektrona u poluvodiču stvara veliki otpor. Naprotiv, kada napon prijeđe ovu specifičnu vrijednost, gibanje elektrona će se promijeniti, a otpor poluvodiča će se smanjiti na gotovo nula ohma. Napon je normalan, a zaštita od prenapona MOV miruje sa strane, bez utjecaja na strujni vod.
Indikatori za prednosti i nedostatke prenaponskih zaštitnih uređaja (MOV) su: (1) Napon stezanja: predstavlja vrijednost napona koja će uzrokovati spajanje MOV-a na uzemljenu žicu. Što je niži napon stezanja, to je bolja zaštita. (2) Kapacitet apsorpcije/disipacije energije: Ova nazivna vrijednost predstavlja koliko energije prenaponski zaštitnik može apsorbirati prije nego što izgori, u džulima. Što je veća vrijednost, to je bolja zaštita. (3) Vrijeme odziva: Prenaponski zaštitnici se ne isključuju odmah i doći će do malog kašnjenja u njihovom odgovoru na prenapone.
Drugi uobičajeni uređaj za zaštitu od prenapona je cijev za pražnjenje plina. Ove cijevi s plinskim pražnjenjem imaju istu funkciju kao MOV, premještaju višak struje s žice pod naponom na žicu za uzemljenje, a tu funkciju postižu korištenjem inertnog plina kao vodiča između dvije žice. Kada je napon unutar određenog raspona, sastav plina određuje da je on loš vodič. Ako napon skoči i prijeđe ovaj raspon, jakost struje bit će dovoljna za ionizaciju plina, čineći cijev s izbojem plina vrlo dobrim vodičem. Provodit će struju do žice za uzemljenje dok se napon ne vrati na normalne razine, a zatim će postati neispravan vodič
