หลักการป้องกันไฟกระชาก
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) หรือที่เรียกว่าอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก เป็นอุปกรณ์ป้องกันแบบไม่เชิงเส้นที่ใช้ในการจำกัดแรงดันไฟเกินชั่วขณะและปล่อยกระแสไฟกระชากในระบบที่มีไฟฟ้าสถิต และใช้เพื่อป้องกันเครื่องใช้ไฟฟ้าที่มีระดับแรงดันไฟฟ้าต่ำหรือระบบอิเล็กทรอนิกส์ ได้รับการปกป้องจากฟ้าผ่าและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากฟ้าผ่าหรือความเสียหายที่เกิดจากแรงดันไฟฟ้าเกิน ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ระบบข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์ (เช่น โทรทัศน์ โทรศัพท์ การสื่อสาร เครือข่ายคอมพิวเตอร์ ฯลฯ) ได้พัฒนาอย่างรวดเร็ว และอุปกรณ์ข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากได้เกิดขึ้นและเป็นที่นิยม ระบบและอุปกรณ์ดังกล่าวมักมีราคาแพงและมีความสำคัญ และแรงดันใช้งานและระดับแรงดันที่ทนทานต่ำมาก ดังนั้นจึงมีความเสี่ยงสูงต่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากฟ้าผ่า ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมี SPD สำหรับการป้องกันแรงดันไฟฟ้า
ภาพรวม 2SPD
2.1 หลักการทำงานของ SPD
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากเหมาะสำหรับการป้องกันแหล่งจ่ายไฟแรงดันต่ำ 220/380V เป็นองค์ประกอบที่ไม่ใช่เชิงเส้น ตามมาตรฐาน IEC อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากเป็นอุปกรณ์ที่ป้องกันแรงดันไฟเกินและกระแสไฟเกินของสายที่ดำเนินการเป็นหลัก อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากมีบทบาทในการป้องกัน ข้อกำหนดพื้นฐานคือต้องทนต่อกระแสฟ้าผ่าที่คาดว่าจะผ่านไปได้ และผ่านแรงดันไฟกระชากสูงสุดของการหนีบ จะสามารถดับกระแสไฟต่อเนื่องความถี่ไฟฟ้าที่สร้างขึ้นหลังจากกระแสฟ้าผ่าผ่านได้อย่างมีประสิทธิภาพ และป้องกันไม่ให้เกิดทันทีทันใด กระชากเข้าสายไฟและสายส่งสัญญาณ แรงดันไฟฟ้าเกินจะจำกัดอยู่ภายในช่วงแรงดันไฟฟ้าที่อุปกรณ์หรือระบบสามารถทนได้ หรือกระแสไฟฟ้าแรงสูงรั่วไหลลงสู่พื้นเพื่อป้องกันอุปกรณ์หรือระบบที่ได้รับการป้องกันจากความเสียหายเนื่องจากการกระแทก
ประเภทและโครงสร้างของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแตกต่างกันไปตามวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกัน แต่มีองค์ประกอบจำกัดแรงดันไฟฟ้าแบบไม่เชิงเส้นอย่างน้อยหนึ่งรายการรวมอยู่ด้วย อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ MOV (Metal Oxide Varistor) และท่อปล่อยแก๊ส ไฟกระชากมีพลังงานจำนวนมากและไม่สามารถหยุดได้ ด้วยเหตุนี้ กลยุทธ์ในการปกป้องอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ละเอียดอ่อนจากความเสียหายจากไฟกระชากคือ การปัดไฟกระชากออกจากอุปกรณ์และลงดิน
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก MOV ประกอบด้วยสามส่วน: ส่วนตรงกลางเป็นวัสดุออกไซด์ของโลหะ และเซมิคอนดักเตอร์สองตัวเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟและกราวด์ เมื่อเกิดไฟกระชาก MOV จะทำงานทันที และเวลาตอบสนองคือ 1 ถึง 3 นาโนวินาที "V" ใน MOV เป็นรีโอสแตท ในช่วงเวลาของการตอบสนอง ความต้านทานของ MOV จะลดลงจากค่าสูงสุดเป็นเกือบศูนย์โอห์ม และกระแสเกินจะไหลลงสู่พื้นผ่าน MOV อุปกรณ์ไฟฟ้าที่ได้รับการป้องกันยังคงทำงานภายใต้แรงดันไฟฟ้าปกติ องค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์มีคุณสมบัติในการเปลี่ยนความต้านทานเมื่อแรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนแปลง เมื่อแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าค่าหนึ่ง การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในสารกึ่งตัวนำจะสร้างความต้านทานสูง ในทางกลับกัน เมื่อแรงดันไฟฟ้าเกินค่าที่กำหนด การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจะเปลี่ยนไปและความต้านทานของสารกึ่งตัวนำจะลดลงจนเกือบเป็นศูนย์โอห์ม แรงดันไฟฟ้าเป็นปกติ และตัวป้องกันไฟกระชาก MOV ไม่ทำงาน ซึ่งไม่ส่งผลกระทบต่อสายไฟ
ตัวบ่งชี้ข้อดีและข้อเสียของเครื่องป้องกันไฟกระชาก MOV: (1) แรงดันไฟฟ้าหนีบ: ระบุค่าแรงดันไฟฟ้าที่จะทำให้ MOV เชื่อมต่อกับกราวด์ ยิ่งแรงดันในการหนีบต่ำลงเท่าใด ประสิทธิภาพการป้องกันก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น (2) ความสามารถในการดูดซับ/การกระจายพลังงาน: ค่าเล็กน้อยนี้บ่งชี้ว่าอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากสามารถดูดซับพลังงานได้เท่าใดก่อนที่ไฟจะไหม้ในหน่วยจูล ค่ายิ่งสูงประสิทธิภาพการป้องกันยิ่งดี (3) เวลาตอบสนอง: อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากจะไม่ตัดการเชื่อมต่อทันที แต่จะมีความล่าช้าเล็กน้อยในการตอบสนองต่อไฟกระชาก
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากทั่วไปอีกอย่างคือท่อปล่อยแก๊ส ท่อปล่อยก๊าซเหล่านี้ทำสิ่งเดียวกันกับ MOV คือย้ายกระแสไฟฟ้าส่วนเกินจากกระแสไฟฟ้าไปยังกราวด์โดยใช้ก๊าซเฉื่อยเป็นตัวนำระหว่างสายไฟทั้งสอง เมื่อแรงดันไฟฟ้าอยู่ในช่วงที่กำหนด ส่วนประกอบของก๊าซจะระบุว่าเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ไม่ดี หากแรงดันไฟเกินช่วงนี้ กระแสจะแรงพอที่จะทำให้ก๊าซแตกตัวเป็นไอออน ทำให้ท่อระบายก๊าซเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีมาก มันนำกระแสลงกราวด์จนกว่าแรงดันไฟฟ้าจะกลับสู่ระดับปกติ จากนั้นจึงกลายเป็นตัวนำที่ไม่ดีอีกครั้ง
