עקרון הגנה מפני נחשולי מתח מיתוג
SurgeProtectiveDevice, SPD, המכונה גם מגן נחשולי מתח, הוא התקן הגנה לא ליניארי המשמש להגבלת מתח יתר חולף ולהנחות זרם נחשולי פריקה במערכות חיות, ומשמש להגנה על מערכות חשמליות או אלקטרוניות בעלות רמות מתח נמוכות מפני פגיעות ברק ונזקים. מפולס אלקטרומגנטי של ברק או מתח יתר הפעלה. בשנים האחרונות התפתחו במהירות מערכות מידע אלקטרוניות (כמו טלוויזיה, טלפון, תקשורת, רשת מחשבים ועוד) ומספר רב של מכשירי מידע אלקטרוניים צצו והפכו פופולריים. מערכות וציוד כאלה הם לרוב יקרים וחשובים, ומתח העבודה ורמת המתח שלהם נמוכים מאוד, ולכן הם פגיעים ביותר לפולסים אלקטרומגנטיים של ברק. לכן, SPD נדרש להגנת מתח.
בשל התקנים השונים שמדינות שונות עוקבות אחריהם, מפרטי המוצר אינם מאוחדים, וגם לזיהוי הפרמטרים יש דגש משלו, שהוא נחות בהרבה ממפרטי מוצרי חשמל אחרים, מה שמביא אי נוחות רבה לתכנון ולבחירה. בתכנון הנדסי ניתן לחלק את המותגים הנפוצים למוצרים ביתיים, מוצרים אירופאים ומוצרים אמריקאים לפי מקום המוצא. הגדרות הפרמטרים של מוצרים מקומיים הן כאוטיות, עם מפרטים שונים ולחץ שיורי גבוה. חלק מהגדרות הדגם של מוצרים סטנדרטיים מחקים מוצרים אירופיים, וחלק עוקבות אחר פרמטרי הכיול הלאומיים. רוב המוצרים מסומנים ב-In ו-Imax. מכיוון שלמוצרים ביתיים יש דרישות נמוכות יחסית לאתרי יישומים, ציוני בנייה נמוכים וציוד גדול עומד בערכי מתח, ניתן להקל על כמה דרישות פרמטרים.
מוצרים אירופאים מסמנים בדרך כלל את זרם הפריקה המרבי, וגם דגם המוצר נקבע לפי פרמטר זה. לדוגמה, XXX65 ו-XXX40 של מותג אירופאי מפורסם, הערכים 65 ו-40 הם Imax. עם זאת, התקן הסיני קובע בבירור שיש להשתמש בזרם הפריקה הנומינלי In לבחירת סוג, שזה מצב מביך שנתקל בו בתכנון הנדסי כיום. לאחר בדיקת מידע המוצר, ערך In של XX65 אינו עולה על 20kA, וערך In של XX40 אינו עולה על 15kA. על פי הערך המומלץ של GB50343, שני מוצרים אלה יכולים לשמש רק להגנה ברמה השלישית של מסוף הציוד, אך בתכנון בפועל, הם מותקנים ברמה הראשונה והשנייה, מה שכמובן אינו עולה בקנה אחד עם פרמטרי הבחירה של התקן הלאומי, והמתח השיורי גבוה יותר, דגמים רגילים בדרך כלל עולים על 1200V, ברגע שסביבת החיווט אינה טובה, קל לחרוג מערך המתח של הציוד. בדרך כלל, ערך Uc של מוצרים אירופיים קטן, ומתח הקו מסומן בצורה אופורטוניסטית, כך שקל להטעות בעת בחירת דגם.
סיווג מגיני מתח
SPD הוא מכשיר הכרחי בהגנת ברקים של ציוד אלקטרוני. תפקידו להגביל את מתח היתר המיידי הנכנס לקו החשמל ולקו העברת האותות בטווח המתח שהציוד או המערכת יכולים לעמוד בו, או להדליף את זרם הברק החזק אל האדמה. , כדי להגן על הציוד או המערכת המוגנים מפני פגיעה.
מסווג לפי עקרון עבודה
על פי עקרון העבודה שלו, ניתן לחלק את SPD לסוג מתג מתח, סוג מגביל מתח וסוג שילוב.
(1) מתג מתח מסוג SPD. הוא מציג עכבה גבוהה כאשר אין מתח-יתר מיידי, וברגע שהוא מגיב למתח-יתר מיידי של ברק, העכבה שלו משתנה לפתע לעכבה נמוכה, ומאפשרת לעבור לזרם ברק, הידוע גם בשם "מתג קצר-מעגל מסוג SPD".
(2) SPD מגביל לחץ. כאשר אין מתח יתר מיידי, מדובר בעכבה גבוהה, אך עם עליית זרם הנחשולים והמתח, העכבה שלו תמשיך לרדת, ומאפייני המתח-זרם שלו הם מאוד לא ליניאריים, הנקראים לפעמים "הדק SPD".
(3) SPD משולב. שילוב של רכיבי מיתוג מתח ומגבלת מתח שיכולים להפגין מאפיינים של מיתוג מתח או מגביל מתח או שניהם, בהתאם למאפייני המתח המופעל.
סיווג לפי מטרה
על פי השימוש בו, ניתן לחלק את SPD לשני סוגים: קו מתח SPD וקו אות SPD.
(1) SPD קו מתח
מכיוון שאנרגיה של פגיעות ברק גדולה מאוד, יש צורך לשחרר את האנרגיה של פגיעות ברק לקרקע צעד אחר צעד בשיטת הפריקה ההיררכית. באזור ללא הגנה מפני ברקים ישירים (LPZ0A) או במפגש של אזור הגנת ברקים ישיר (LPZ0B) ואזור ההגנה הראשון (LPZ1), התקן מגן מתח או מגן נחשולי מתח מגביל שעבר את מבחן הסיווג Class I בתור הראשון. רמת ההגנה הראשונה היא פריקת זרם הברק הישיר, או כאשר קו הולכת הכוח נפגע ישירות מברק, הוא יפרוק את האנרגיה העצומה המתנהלת. התקן מגן נחשולי מתח מגביל בצומת של כל חטיבה (כולל אזור LPZ1) לאחר אזור ההגנה הראשון, כרמת הגנה שנייה, שלישית או גבוהה יותר. המגן ברמה השנייה הוא התקן הגנה למתח השיורי של המגן ברמה הקודמת ולפגיעת ברק המושרה באזור. כאשר מתרחשת קליטת אנרגיה גדולה של מכת ברק במפלס הקדמי, עדיין יש חלק די גדול עבור הציוד או המגן ברמה השלישית. האנרגיה תועבר וצריכה להיספג עוד יותר על ידי המגן ברמה השנייה. במקביל, קו התמסורת העובר דרך התקן ההגנה מפני ברקים ברמה הראשונה יגרום גם לקרינת פולס אלקטרומגנטי של ברק. כאשר הקו ארוך מספיק, האנרגיה של הברק המושרה הופכת גדולה מספיק, מה שמצריך מגן ברמה שנייה כדי לפרוק עוד יותר את אנרגיית הברק. המגן ברמה השלישית מגן על שארית אנרגיית הברק העוברת דרך המגן ברמה השנייה. על פי רמת מתח העמידות של הציוד המוגן, אם הגנת ברקים דו-מפלסית יכולה להגביל את המתח הנמוך מרמת מתח העמידות של הציוד, נדרשות רק שתי רמות הגנה; אם רמת המתח של הציוד נמוכה, ארבע רמות או אפילו יותר רמות של הגנה.
(2) קו אות SPD
עם היישום הרחב של מערכות מידע, בשל המספר הרב של קווי רשת ורמת המתח הנמוכה של ציוד אלקטרוני, פגיעות ברק מזיקות יותר ויותר למערכות המידע. נזקי הברק למערכת המידע נגרמת בעיקר מהדופק האלקטרומגנטי של הברק, לרבות גל מתח יתר הברק המוליך לאורך הקו, מתקפת הנגד בפוטנציאל גבוה הנוצר מזרם הברק על חוט ההארקה, ההשראה האלקטרוסטטית וההשראה האלקטרומגנטית של הברק. שדה אלקרומגנטי. אמצעי ההגנה עבור פולסים אלקטרומגנטיים כוללים יירוט, shunting, חיבור שווי פוטנציאל, מיגון, הארקה וחיווט סביר. התקנת SPD על קו האות היא אמצעי חשוב למערכת המידע למניעת פולסים אלקטרומגנטיים. זה יכול לשחק בו זמנית את התפקיד של יירוט, shunting וחיבור שווי פוטנציאל. יש לחבר את קו האות SPD ליציאת האות של הציוד המוגן. מסוף המוצא שלו מחובר ליציאה של הציוד המוגן, שניתן לחלק לחיבור טורי וחיבור מקבילי, ומותקן בדרך כלל בסדרה על קו האות. לכן, בעת בחירת אות SPD, יש לבחור SPD עם אובדן הכנסה קטן יותר.
