עקרון מיתוג הגנת נחשולי מתח
התקן מגן נחשולים (SPD), הידוע גם כ-Surge Protector, הוא התקן מגן לא ליניארי המשמש במערכות חיות להגבלת מתח יתר חולף ולהנחות זרם נחשולי פריקה. הוא משמש להגנה על מערכות חשמליות או אלקטרוניות עם רמות עמידות במתח נמוך מפני פגיעות ברק, פולסים אלקטרומגנטיים או נזקי מתח יתר תפעוליים. בשנים האחרונות התפתחו במהירות מערכות מידע אלקטרוניות (כגון טלוויזיה, טלפון, תקשורת, רשתות מחשבים ועוד) ומספר רב של מכשירי מידע אלקטרוניים צצו והפכו פופולריים. סוגים אלה של מערכות וציוד הם לרוב יקרים וחשובים, עם מתח הפעלה נמוך ועמידים ברמות מתח, מה שהופך אותם לרגישים מאוד לפולסים אלקטרומגנטיים של ברק. לכן, יש להשתמש ב-SPD להגנת מתח יתר.
עקרון העבודה של SPD
מגן הנחשולים מתאים להגנה על ספק כוח 220/380V במתח נמוך והוא רכיב לא ליניארי. על פי תקני חברת החשמל, מגן הנחשולים הוא מכשיר המשמש בעיקר לדיכוי מתח יתר וזרם יתר של קו ההולכה. הדרישה הבסיסית למגן נחשולי מתח למלא תפקיד מגן היא לעמוד בזרם הברק הצפוי ולכבות ביעילות את הזרם הרציף בתדר ההספק שנוצר לאחר זרימת הברק דרך מתח ההידוק המרבי של הנחשול. היא מגבילה את מתח היתר המיידי הנכנס לקו החשמל או לקו ההולכה של האותות לטווח המתח שהציוד או המערכת יכולים לעמוד בו, או משחרר זרם ברק חזק לאדמה כדי להגן על הציוד או המערכת המוגנים מפני נזק שנגרם כתוצאה מהשפעה.
הסוגים והמבנים של מגיני מתח משתנים בהתאם לשימושים השונים שלהם, אך הם מכילים לפחות אלמנט מגביל מתח לא ליניארי אחד. מגיני מתח נפוץ כוללים MOVs (MetalOxideVaristors) וצינורות פריקת גז. נחשולי מתח חשמלי מכילים אנרגיה עוצמתית ואי אפשר לעצור אותם. מסיבה זו, האסטרטגיה להגנה על ציוד חשמלי רגיש מפני נזקי נחשולים היא להסיט את הנחשול מהציוד ואז לזרום לאדמה.
מגן הנחשולים MOV מורכב משלושה חלקים: חומר תחמוצת מתכת באמצע, המחובר באמצעות שני מוליכים למחצה לאספקת החשמל ולחוט ההארקה. כאשר מתרחש עלייה, ה-MOV פועל מיד עם זמן תגובה של 1-3 ננו-שניות. ה-"V" ב-MOV הוא ריאוסטט. ברגע התגובה, ההתנגדות של ה-MOV יורדת מערכו המקסימלי לכמעט אפס אוהם, וזרם יתר זורם לאדמה דרך ה-MOV. הציוד החשמלי המוגן ממשיך לפעול במתח הפעלה רגיל. לרכיבי המוליכים למחצה יש את התכונה של שינוי התנגדות עם שינויי מתח. כאשר המתח יורד מתחת לערך מסוים, תנועת האלקטרונים במוליך למחצה יוצרת התנגדות גבוהה. להיפך, כאשר המתח עולה על הערך הספציפי הזה, תנועת האלקטרונים תשתנה, והתנגדות המוליכים למחצה תרד לכמעט אפס אוהם. המתח תקין, ומגן הנחשולים MOV אינו פעיל בצד, מבלי להשפיע על קו החשמל.
אינדיקטורים ליתרונות ולחסרונות של התקני הגנה מפני מתח (MOVs):
(1) מתח הידוק: מייצג את ערך המתח שיגרום ל-MOV להתחבר לחוט ההארקה. ככל שמתח ההידוק נמוך יותר, כך ביצועי ההגנה טובים יותר.
(2) יכולת ספיגה/פיזור אנרגיה: ערך נומינלי זה מייצג את כמות האנרגיה שמגן הנחשולים יכול לספוג בטרם נשרף, בג'אול. ככל שהערך גבוה יותר, כך ביצועי ההגנה טובים יותר.
(3) זמן תגובה: מגיני נחשולי מתח אינם מתנתקים מיד, ויהיה עיכוב קל בתגובתם לנחשולים.
התקן נפוץ נוסף להגנה מפני נחשולי מתח הוא צינור פריקת גז. לצינורות פריקת גז אלה יש את אותה פונקציה כמו MOV, להעביר זרם עודף מהחוט החי אל חוט ההארקה, ומשיגים פונקציה זו על ידי שימוש בגז אינרטי כמוליך בין שני החוטים. כאשר המתח נמצא בטווח מסוים, הרכב הגז קובע כי מדובר במוליך גרוע. אם המתח עולה וחורג מטווח זה, עוצמת הזרם תספיק ליינון הגז, מה שהופך את צינור פריקת הגז למוליך טוב מאוד. הוא יוביל זרם לחוט ההארקה עד שהמתח יחזור לרמות נורמליות, ואז יהפוך למוליך פגום.
