Βασικά σημεία επιλογής προστασίας από υπερτάσεις και ανάλυση σχετικών προβλημάτων

Ο προστάτης υπερτάσεων είναι ένας προστάτης κυκλώματος υψηλής απόδοσης, όταν αντέχει σε παροδική υψηλή τάση, παλμό υψηλής ενέργειας, γρήγορο (10-9s) από την αρχική υψηλή σύνθετη αντίσταση στη χαμηλή σύνθετη αντίσταση, και τον παροδικό παλμό παρεμβολής υψηλής τάσης στην προκαθορισμένη τάση, έτσι ώστε να προστατεύεται αποτελεσματικά ο εξοπλισμός και οι ευαίσθητες συσκευές από ζημιές, κυκλώματα χωρίς παρεμβολές.

(1) Οι συσκευές προστασίας από υπερτάσεις διαιρούνται σε τρία επίπεδα
Το πρώτο επίπεδο μπορεί να εκκενώσει το συνεχές ρεύμα κεραυνού ή την τεράστια ενέργεια που μεταδίδεται όταν η γραμμή μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας χτυπηθεί απευθείας από κεραυνό. Η προστασία του πρώτου επιπέδου θα πρέπει να είναι ένας τριφασικός απαγωγός κεραυνού με τάση μεταγωγής και η ροή κεραυνού του δεν θα πρέπει να είναι μικρότερη από 60kA. Χρησιμοποιείται γενικά για γενική διανομή.
Σκοπός του δεύτερου σταδίου είναι να περιοριστεί περαιτέρω η τιμή της υπολειπόμενης τάσης υπερτάσεων μέσω του αλεξικέραυνου πρώτου σταδίου στα 1500-2000v και να εφαρμοστεί ισοδυναμική σύνδεση για lpz1-lpz2. Όταν η έξοδος αλεξικέραυνου ισχύος από τη γραμμή του πίνακα διανομής χρησιμοποιείται ως προστασία δεύτερου επιπέδου, θα πρέπει να χρησιμοποιείται ο αλεξικέραυνος ισχύος περιορισμού τάσης και η χωρητικότητα ρεύματος αστραπής του δεν πρέπει να είναι μικρότερη από 20KA.

Ο σκοπός του τρίτου επιπέδου είναι η τελική προστασία του εξοπλισμού και η μείωση της τιμής της υπολειπόμενης τάσης υπερτάσεων σε λιγότερο από 1000V. Ως προστασία τρίτου επιπέδου, θα πρέπει να είναι ένας αλεξικέραυνος που περιορίζει την τάση σε σειρά και η χωρητικότητα ρεύματος κεραυνού του δεν θα πρέπει να είναι μικρότερη από 10kA. Χρησιμοποιείται γενικά για τερματικό εξοπλισμό διανομής ισχύος.
Τα διαφορετικά συστήματα διανομής θα πρέπει να επιλέγουν αντίστοιχες συσκευές προστασίας από υπερτάσεις, οι οποίες μπορούν να χωριστούν σε TN (TN-S, NC, TN-CS), it και TT.

1) Πρωτογενής προστασία
Ο σκοπός είναι να αποτραπεί η άμεση αγωγή της τάσης υπερτάσεων από την περιοχή lpz0 στην περιοχή lpz1 και να περιοριστεί η τάση υπερτάσεων από δεκάδες χιλιάδες έως εκατοντάδες χιλιάδες βολτ στα 2500-3000v.
Όταν ο αλεξικέραυνος ισχύος που είναι εγκατεστημένος στην πλευρά χαμηλής τάσης του οικιακού μετασχηματιστή ισχύος χρησιμοποιείται ως προστασία πρώτου επιπέδου, θα πρέπει να είναι ένας αλεξικέραυνος ισχύος τριφασικής εναλλαγής τάσης και η ροή κεραυνού του δεν πρέπει να είναι μικρότερη από 60kA. Αυτός ο αλεξικέραυνος ισχύος πρέπει να είναι ένας αλεξικέραυνος ισχύος υψηλής χωρητικότητας συνδεδεμένος μεταξύ κάθε φάσης της εισερχόμενης γραμμής στην είσοδο του συστήματος τροφοδοσίας του χρήστη και της γης. Ο καθηγητής Di της διαδικτυακής διδασκαλίας του ηλεκτρικού σχεδιασμού απαιτεί γενικά ότι αυτός ο αλεξικέραυνος ισχύος επιπέδου έχει μέγιστη ικανότητα κρούσης μεγαλύτερη από 100kA ανά φάση και η απαιτούμενη τάση περιορισμού είναι μικρότερη από 1500V, η οποία ονομάζεται αλεξικέραυνο ισχύος κατηγορίας. Αυτοί οι ηλεκτρομαγνητικοί αλεξικέραυνοι έχουν σχεδιαστεί για να αντέχουν το μεγάλο ρεύμα κεραυνού και επαγόμενου κεραυνού και να προσελκύουν υπερτάσεις υψηλής ενέργειας, οι οποίες μπορούν να εκτρέψουν μια μεγάλη ποσότητα ρεύματος υπερτάσεων στη γη. Παρέχουν μόνο την οριακή τάση (όταν το ρεύμα ώθησης ρέει μέσω του αλεξικέραυνου ισχύος, η μέγιστη τάση στη γραμμή ονομάζεται οριακή τάση) ως προστασία μεσαίου επιπέδου, επειδή ο προστατευτικός διακόπτης στάθμης classi απορροφά κυρίως το μεγάλο ρεύμα υπερτάσεων και από μόνος του δεν μπορεί να προστατεύσει πλήρως τον ευαίσθητο ηλεκτρικό εξοπλισμό μέσα στο σύστημα τροφοδοσίας.

Ο πρώτος απαγωγέας κεραυνού ισχύος μπορεί να αποτρέψει τα κύματα κεραυνού 10/350us και 100kA, φτάνοντας στο υψηλότερο πρότυπο προστασίας που καθορίζεται από την IEC.
Η τεχνική αναφορά είναι: η ροή κεραυνού είναι μεγαλύτερη ή ίση με 100kA (10 / 350us). Η υπολειμματική τιμή τάσης δεν πρέπει να είναι μεγαλύτερη από 2,5KV. Ο χρόνος απόκρισης είναι μικρότερος ή ίσος με 100ns.
2) Δευτερογενής προστασία
Σκοπός είναι να περιοριστεί περαιτέρω η τιμή της υπολειπόμενης τάσης υπερτάσεων μέσω του αλεξικέραυνου πρώτου επιπέδου στα 1500-2000v και να εφαρμοστεί ισοδυναμική σύνδεση για τα lpz1-lpz2.
Όταν η έξοδος του αλεξικέραυνου ισχύος από τη γραμμή του πίνακα διανομής χρησιμοποιείται ως προστασία δεύτερου επιπέδου, ο αλεξικέραυνος περιορισμού τάσης ισχύος πρέπει να εγκαθίσταται στο σημείο διανομής του κλάδου, παρέχοντας ισχύ σε σημαντικό ή ευαίσθητο ηλεκτρικό εξοπλισμό, και η χωρητικότητα ρεύματος κεραυνού του δεν πρέπει να είναι μικρότερη από 20KA. Ο κ. Di, διαδικτυακή διδασκαλία ηλεκτρικού σχεδιασμού, αυτοί οι αλεξικέραυνοι ισχύος μπορούν να απορροφήσουν καλύτερα την υπολειμματική ενέργεια κύματος που διέρχεται από τον αλεξικέραυνο στην είσοδο τροφοδοσίας του χρήστη και να έχουν εξαιρετική ανασταλτική επίδραση στην παροδική υπέρταση.

Η μέγιστη κρουστική ικανότητα του αλεξικέραυνου ισχύος που χρησιμοποιείται εδώ πρέπει να είναι μεγαλύτερη από 45kA ανά φάση και η απαιτούμενη οριακή τάση πρέπει να είναι μικρότερη από 1200V, η οποία ονομάζεται αλεξικέραυνο ισχύος Κλάσης II. Γενικά, εάν το σύστημα τροφοδοσίας του χρήστη επιτύχει προστασία δεύτερου επιπέδου, μπορεί να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις λειτουργίας του ηλεκτρικού εξοπλισμού.
Ο προστάτης κατηγορίας C υιοθετείται για τον αλεξικέραυνο τροφοδοσίας κατηγορίας II για προστασία πλήρους λειτουργίας φάσης Ι, φάσης Ι και φάσης Ι, και οι κύριες τεχνικές παράμετροι είναι: η χωρητικότητα ρεύματος κεραυνού είναι μεγαλύτερη ή ίση με 40ka (8/20us). Η μέγιστη τιμή της υπολειπόμενης τάσης δεν πρέπει να είναι μεγαλύτερη από 1000V. Ο χρόνος απόκρισης δεν πρέπει να είναι μεγαλύτερος από 25ns.

3) Προστασία τρίτου επιπέδου
Ο σκοπός είναι να προστατευθεί τελικά ο εξοπλισμός μειώνοντας την υπολειπόμενη τάση υπερτάσεων σε λιγότερο από 1000V, έτσι ώστε η ενέργεια υπερτάσεων να μπορεί να προκαλέσει ζημιά στον εξοπλισμό.
Όταν ο αλεξικέραυνος ισχύος που είναι εγκατεστημένος στο εισερχόμενο άκρο της τροφοδοσίας εναλλασσόμενου ρεύματος του ηλεκτρονικού εξοπλισμού πληροφοριών χρησιμοποιείται ως προστασία τρίτου επιπέδου, θα πρέπει να είναι αλεξικέραυνος ισχύος περιορισμού τάσης σε σειρά και η χωρητικότητα ρεύματος κεραυνού του δεν πρέπει να είναι μικρότερη από 10kA.
Τέλος, ένας ενσωματωμένος αλεξικέραυνος ισχύος μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην εσωτερική τροφοδοσία του ηλεκτρικού εξοπλισμού για την πλήρη εξάλειψη μικρών παροδικών υπερτάσεων. Ο κ. Di, διαδικτυακή διδασκαλία ηλεκτρικού σχεδιασμού, αναφέρει ότι η μέγιστη ικανότητα κρούσης του αλεξικέραυνου ισχύος που χρησιμοποιείται εδώ πρέπει να είναι 20KA ανά φάση ή χαμηλότερη και η απαιτούμενη τάση περιορισμού πρέπει να είναι μικρότερη από 1000V. Για ορισμένους ιδιαίτερα σημαντικούς ή ευαίσθητους ηλεκτρονικούς εξοπλισμούς, είναι απαραίτητο να υπάρχει προστασία τρίτου επιπέδου, η οποία μπορεί επίσης να προστατεύσει τον ηλεκτρικό εξοπλισμό από τις παροδικές υπερτάσεις που παράγονται στο εσωτερικό του συστήματος. Για την τροφοδοσία ανορθωτή που χρησιμοποιείται για εξοπλισμό επικοινωνίας μικροκυμάτων, εξοπλισμό επικοινωνίας κινητού σταθμού βάσης και εξοπλισμό ραντάρ, οι αλεξικέραυνοι συνεχούς ρεύματος με κατάλληλη τάση λειτουργίας θα πρέπει να επιλέγονται ως μη στάθμη προστασίας ανάλογα με τις ανάγκες προστασίας της τάσης λειτουργίας τους.

4) Σύμφωνα με το επίπεδο αντοχής τάσης του προστατευμένου εξοπλισμού
Εάν η προστασία από κεραυνούς δύο επιπέδων μπορεί να περιορίσει την τάση κάτω από το επίπεδο τάσης αντοχής του εξοπλισμού, απαιτείται μόνο προστασία δύο επιπέδων. Εάν το επίπεδο τάσης αντοχής του εξοπλισμού είναι χαμηλό, ενδέχεται να απαιτούνται τέσσερα ή περισσότερα επίπεδα προστασίας. Η ικανότητα ρεύματος κεραυνού της προστασίας τέταρτου επιπέδου δεν πρέπει να είναι μικρότερη από 5ka.
(2) Γιατί πρέπει να τοποθετηθούν ασφάλεια και διακόπτης κυκλώματος μπροστά από τον απαγωγό υπερτάσεων;
Όταν το ρεύμα εισροής που διέρχεται από τον απαγωγέα υπερτάσεων είναι μεγαλύτερο από το IMAX του, ο απαγωγέας υπερτάσεων θα υποστεί βλάβη και θα παρουσιάσει βλάβη, με αποτέλεσμα βραχυκύκλωμα στο κύκλωμα. Για να διακοπεί το βραχυκύκλωμα, είναι απαραίτητο να εγκατασταθεί ένας διακόπτης κυκλώματος ή μια ασφάλεια. Ο κ. Di, διαδικτυακή διδασκαλία ηλεκτρικού σχεδιασμού, αναφέρει ότι κάθε κεραυνός θα προκαλέσει γήρανση του απαγωγέα υπερτάσεων. Για παράδειγμα, εάν το ρεύμα υπάρχει για μεγάλο χρονικό διάστημα, ο απαγωγέας υπερτάσεων θα υπερθερμανθεί και θα επιταχύνει τη γήρανση. Σε αυτή τη φάση, το σύστημα θερμικής προστασίας του διακόπτη κυκλώματος ή της ασφάλειας πρέπει να ενεργήσει για να αποσυνδέσει τον απαγωγέα υπερτάσεων πριν ο απαγωγέας υπερτάσεων φτάσει στη μέγιστη επιτρεπόμενη θερμότητα.

Απαιτήσεις για την προστασία από υπερτάσεις για ασφάλεια και διακόπτη κυκλώματος: όταν εφαρμόζονται 20 τυπικοί παλμοί δοκιμής 8/20 μικροδευτερολέπτων και 1,2/50 μικροδευτερολέπτων υπό ονομαστικό ρεύμα, ο διακόπτης κυκλώματος ή η ασφάλεια δεν θα ενεργοποιηθεί. Όταν η προστασία από υπερτάσεις υποστεί βλάβη και βραχυκυκλωθεί, ο διακόπτης κυκλώματος ή η ασφάλεια θα πρέπει να ενεργοποιηθεί. Εάν η προστασία από υπερτάσεις είναι μια μονάδα μεταγωγής, επειδή η λειτουργία βλάβης της είναι ανοιχτό κύκλωμα, μπορεί να προστατευθεί χωρίς μικροδιακόπτη κυκλώματος και ασφάλεια.
Τόσο η ασφάλεια όσο και ο διακόπτης μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ανώτερη προστασία του προστατευτικού από υπερτάσεις. Χαρακτηριστικά της ασφάλειας: Η ασφάλεια έχει δύο λειτουργίες προστασίας: μεγάλη χρονική καθυστέρηση και στιγμιαίο ρεύμα με χαρακτηριστικά αντίστροφου χρονικού ορίου. Ο κ. Di, διαδικτυακή διδασκαλία ηλεκτρικού σχεδιασμού, χρησιμοποιείται ως προστασία υπερφόρτωσης και βραχυκυκλώματος αντίστοιχα, δηλαδή, ο σύνδεσμος της ασφάλειας πρέπει να αντικατασταθεί μετά από ασφάλεια σφάλματος. Χαρακτηριστικά του διακόπτη: ο διακόπτης διαθέτει προστασία στιγμιαίου ρεύματος και θερμική προστασία υπερφόρτωσης. Μετά την αποσύνδεση σφάλματος, μπορεί να επαναφερθεί χειροκίνητα χωρίς αντικατάσταση εξαρτημάτων.
Εξετάστε τη διαφορά μεταξύ των εισερχόμενων γραμμών: Θα πρέπει να επιλεγεί προστατευτικό υπερτάσεων 440V για τριφασικό σύστημα πέντε καλωδίων 280v ή τριφασικό σύστημα τεσσάρων καλωδίων 380V. Θα πρέπει να επιλεγεί προστατευτικό υπερτάσεων 220V για μονοφασικό σύστημα δύο καλωδίων 220V ή μονοφασικό σύστημα τριών καλωδίων 220V. Επιπλέον, σημειώστε: το επίπεδο προστασίας του επιλεγμένου προστατευτικού υπερτάσεων είναι επίπεδο 2 για τριφασικό σύστημα 280v στην εισερχόμενη γραμμή του κτιρίου κατοικιών· Βαθμός 3 για μονοφασικό σύστημα 220V.
Αφού η γραμμή συστήματος TN-CS εισέλθει στον γενικό πίνακα διανομής του κτιρίου, η γραμμή τύπου pen χωρίζεται σε γραμμή N και γραμμή PE. Απαιτείται μόνο η εγκατάσταση προστασίας από υπερτάσεις μεταξύ της γραμμής φάσης I και της γραμμής τύπου pen.
Ο διακόπτης μπροστά από την προστασία από υπερτάσεις μπορεί να επιλέξει ασφάλεια και διακόπτη κυκλώματος. Γενικά, θα πρέπει να επιλεγούν 40 ~ 63A για IMAX > 40ka και 20 ~ 32A για IMAX < 40ka.

(3) Είναι το ίδιο πράγμα ο απαγωγός υπερτάσεων και ο απαγωγός κεραυνού;
Παρόλο που τόσο ο προστάτης υπερτάσεων όσο και ο απαγωγός κεραυνών έχουν τη λειτουργία της πρόληψης της υπέρτασης, ιδιαίτερα της υπέρτασης κεραυνού, εξακολουθούν να έχουν πολλές διαφορές στην εφαρμογή τους.
1) Οι απαγωγείς έχουν πολλαπλά επίπεδα τάσης, που κυμαίνονται από χαμηλή τάση 0,38kv έως 500kV UHV, ενώ οι συσκευές προστασίας από υπερτάσεις έχουν γενικά μόνο προϊόντα χαμηλής τάσης.

2) Τα αλεξικέραυνα εγκαθίστανται κυρίως στο πρωτεύον σύστημα για να αποτρέψουν την άμεση εισβολή κεραυνικού κύματος, ενώ τα προστατευτικά υπερτάσεων εγκαθίστανται κυρίως στο δευτερεύον σύστημα, το οποίο αποτελεί συμπληρωματικό μέτρο αφού το αλεξικέραυνο εξαλείφει την άμεση εισβολή κεραυνικού κύματος ή όταν το αλεξικέραυνο δεν εξαλείφει το κεραυνικό κύμα.

3) Ο αλεξικέραυνος χρησιμοποιείται για την προστασία του ηλεκτρικού εξοπλισμού και ο προστάτης κύματος χρησιμοποιείται κυρίως για την προστασία ηλεκτρονικών οργάνων ή μετρητών.
4) Δεδομένου ότι ο απαγωγέας είναι συνδεδεμένος στο πρωτεύον ηλεκτρικό σύστημα, θα πρέπει να έχει επαρκή απόδοση εξωτερικής μόνωσης και μεγάλο μέγεθος εμφάνισης. Επειδή ο απαγωγός υπερτάσεων είναι συνδεδεμένος σε χαμηλή τάση, το μέγεθος μπορεί να είναι πολύ μικρό.