หลักการป้องกันไฟกระชากของแหล่งจ่ายไฟที่มีการควบคุม
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) หรือที่รู้จักกันในชื่ออุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากเป็นอุปกรณ์ป้องกันแบบไม่เชิงเส้นที่ใช้เพื่อจำกัดแรงดันไฟเกินชั่วคราวและแนะนำกระแสไฟกระชากปล่อยในระบบที่มีกระแสไฟฟ้าและใช้เพื่อปกป้องเครื่องใช้ไฟฟ้าที่มีระดับแรงดันไฟฟ้าทนต่ำหรือระบบอิเล็กทรอนิกส์ ได้รับการปกป้องจากฟ้าผ่าและพัลส์แม่เหล็กไฟฟ้าฟ้าผ่าหรือความเสียหายจากแรงดันไฟฟ้าเกินในการทำงาน ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ระบบข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์ (เช่น โทรทัศน์ โทรศัพท์ การสื่อสาร เครือข่ายคอมพิวเตอร์ ฯลฯ) ได้มีการพัฒนาอย่างรวดเร็ว และอุปกรณ์ข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากก็ได้เกิดขึ้นและได้รับความนิยม ระบบและอุปกรณ์ดังกล่าวมักจะมีราคาแพงและมีความสำคัญ และแรงดันไฟฟ้าในการทำงานและระดับแรงดันไฟฟ้าที่ทนต่อแรงดันไฟฟ้าต่ำมาก ดังนั้นจึงมีความเสี่ยงอย่างยิ่งต่อพัลส์แม่เหล็กไฟฟ้าฟ้าผ่า ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้ SPD สำหรับการป้องกันแรงดันไฟฟ้า
เนื่องจากมาตรฐานที่แตกต่างกันของประเทศต่างๆ ข้อมูลจำเพาะของผลิตภัณฑ์จึงไม่เป็นหนึ่งเดียว และการระบุพารามิเตอร์ก็มีความสำคัญในตัวเองเช่นกัน ซึ่งด้อยกว่าข้อกำหนดทางเทคนิคของผลิตภัณฑ์ไฟฟ้าอื่นๆ มาก ซึ่งนำความไม่สะดวกมาสู่การออกแบบและการเลือกอย่างมาก ในการออกแบบทางวิศวกรรม แบรนด์ทั่วไปสามารถแบ่งออกเป็นผลิตภัณฑ์ภายในประเทศ ผลิตภัณฑ์ยุโรป และผลิตภัณฑ์อเมริกันตามแหล่งกำเนิดสินค้า การตั้งค่าพารามิเตอร์ของผลิตภัณฑ์ในประเทศนั้นวุ่นวาย โดยมีข้อกำหนดเฉพาะที่หลากหลายและแรงดันตกค้างสูง การตั้งค่ารุ่นของผลิตภัณฑ์มาตรฐานบางอย่างจะเลียนแบบผลิตภัณฑ์ของยุโรป และบางรุ่นเป็นไปตามพารามิเตอร์การสอบเทียบระดับประเทศ สินค้าส่วนใหญ่มีเครื่องหมาย In และ Imax เนื่องจากผลิตภัณฑ์ในประเทศมีข้อกำหนดค่อนข้างต่ำสำหรับสถานที่ใช้งาน เกรดอาคารต่ำ และอุปกรณ์ขนาดใหญ่ที่ทนต่อค่าแรงดันไฟฟ้า ความต้องการพารามิเตอร์บางอย่างจึงสามารถผ่อนคลายได้อย่างเหมาะสม
โดยทั่วไปผลิตภัณฑ์ของยุโรปจะทำเครื่องหมายกระแสคายประจุสูงสุด และรุ่นผลิตภัณฑ์จะถูกตั้งค่าตามพารามิเตอร์นี้ด้วย ตัวอย่างเช่น XXX65 และ XXX40 ของแบรนด์ยุโรปที่มีชื่อเสียง ค่า 65 และ 40 คือ Imax อย่างไรก็ตาม มาตรฐานของจีนกำหนดไว้อย่างชัดเจนว่าควรใช้กระแสไฟฟ้า In ที่กำหนดในการเลือกประเภท ซึ่งเป็นสถานการณ์ที่น่าอับอายที่พบในการออกแบบทางวิศวกรรมในปัจจุบัน หลังจากตรวจสอบข้อมูลผลิตภัณฑ์แล้ว ค่า In ของ XX65 จะต้องไม่เกิน 20kA และค่า In ของ XX40 จะต้องไม่เกิน 15kA ตามค่าที่แนะนำของ GB50343 ผลิตภัณฑ์ทั้งสองนี้สามารถใช้ได้เฉพาะสำหรับการป้องกันระดับที่สามของเทอร์มินัลอุปกรณ์เท่านั้น แต่ในการออกแบบจริง ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ได้รับการติดตั้งในระดับที่หนึ่งและสอง ซึ่งเห็นได้ชัดว่าไม่สอดคล้องกับพารามิเตอร์การเลือก ของมาตรฐานแห่งชาติและแรงดันตกค้างสูงกว่ารุ่นธรรมดาโดยทั่วไปเกิน 1200V เมื่อสภาพแวดล้อมการเดินสายไม่ดีก็ง่ายต่อการเกินค่าแรงดันไฟฟ้าที่ทนต่ออุปกรณ์ โดยทั่วไปค่า Uc ของผลิตภัณฑ์ยุโรปมีขนาดเล็ก และแรงดันไฟฟ้าของสายไฟมีการทำเครื่องหมายไว้อย่างฉวยโอกาส ดังนั้นจึงเป็นเรื่องง่ายที่จะเข้าใจผิดเมื่อเลือกรุ่น
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากเหมาะสำหรับการป้องกันแหล่งจ่ายไฟแรงดันต่ำ 220/380V เป็นองค์ประกอบที่ไม่เป็นเชิงเส้น ตามมาตรฐาน IEC อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากเป็นอุปกรณ์ที่ป้องกันแรงดันไฟเกินและกระแสไฟเกินของสายที่ดำเนินการเป็นหลัก อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากมีบทบาทในการป้องกัน ข้อกำหนดพื้นฐานคือต้องทนทานต่อกระแสฟ้าผ่าที่คาดว่าจะไหลผ่าน และด้วยแรงดันไฟฟ้าจับยึดสูงสุดของไฟกระชาก จะสามารถดับกระแสฟ้าผ่าอย่างต่อเนื่องที่เกิดขึ้นหลังจากกระแสฟ้าผ่าผ่านได้อย่างมีประสิทธิภาพ และป้องกันการเกิดกระแสฟ้าผ่าที่เกิดขึ้นทันทีทันใด ไฟกระชากเข้าสู่สายไฟและสายส่งสัญญาณ แรงดันไฟฟ้าเกินจะถูกจำกัดภายในช่วงแรงดันไฟฟ้าที่อุปกรณ์หรือระบบสามารถทนได้ หรือกระแสฟ้าผ่ากำลังแรงรั่วลงสู่พื้นเพื่อปกป้องอุปกรณ์หรือระบบที่ได้รับการป้องกันจากความเสียหายเนื่องจากการกระแทก
ประเภทและโครงสร้างของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแตกต่างกันไปตามวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกัน แต่มีองค์ประกอบจำกัดแรงดันไฟฟ้าแบบไม่เชิงเส้นอย่างน้อยหนึ่งองค์ประกอบรวมอยู่ด้วย อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ MOV (Metal Oxide Varistor) และท่อระบายก๊าซ ไฟกระชากมีพลังงานจำนวนมากและไม่สามารถหยุดได้ ด้วยเหตุนี้ กลยุทธ์ในการปกป้องอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีความละเอียดอ่อนจากความเสียหายจากไฟกระชากคือการแบ่งไฟกระชากออกจากอุปกรณ์และลงดิน
MOV อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากประกอบด้วยสามส่วน ส่วนตรงกลางเป็นวัสดุโลหะออกไซด์ และเซมิคอนดักเตอร์สองตัวเชื่อมต่อกับพลังงานและกราวด์ เมื่อไฟกระชากเกิดขึ้น MOV จะทำงานทันที และเวลาตอบสนองคือ 1 ถึง 3 นาโนวินาที ตัว "V" ใน MOV คือลิโน่ ในขณะที่ตอบสนอง ความต้านทานของ MOV จะลดลงจากค่าสูงสุดจนเกือบเป็นศูนย์โอห์ม และกระแสไฟเกินจะไหลลงสู่พื้นผ่าน MOV อุปกรณ์ไฟฟ้าที่ได้รับการป้องกันยังคงทำงานภายใต้แรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานปกติ องค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์มีคุณสมบัติในการเปลี่ยนแปลงความต้านทานเมื่อแรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนแปลง เมื่อแรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าค่าที่กำหนด การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในเซมิคอนดักเตอร์จะสร้างความต้านทานสูง ในทางกลับกัน เมื่อแรงดันไฟฟ้าเกินค่าเฉพาะนั้น การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจะเปลี่ยนไป และความต้านทานของเซมิคอนดักเตอร์จะลดลงจนเกือบเป็นศูนย์โอห์ม แรงดันไฟฟ้าเป็นปกติ และตัวป้องกันไฟกระชาก MOV ไม่ได้ใช้งาน ซึ่งไม่ส่งผลกระทบต่อสายไฟ
ตัวบ่งชี้ข้อดีและข้อเสียของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก MOV: (1) แรงดันไฟฟ้าในการหนีบ: ระบุค่าแรงดันไฟฟ้าที่จะทำให้ MOV เชื่อมต่อกับกราวด์ ยิ่งแรงดันแคลมป์ต่ำ ประสิทธิภาพการป้องกันก็จะยิ่งดีขึ้น (2) ความสามารถในการดูดซับ/กระจายพลังงาน: ค่าที่ระบุนี้บ่งชี้ว่าอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากสามารถดูดซับพลังงานได้มากน้อยเพียงใดก่อนที่มันจะไหม้ มีหน่วยเป็นจูล ยิ่งค่าสูง ประสิทธิภาพการป้องกันก็จะยิ่งดีขึ้น (3) เวลาตอบสนอง: อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากจะไม่ตัดการเชื่อมต่อทันที แต่มีความล่าช้าเล็กน้อยในการตอบสนองต่อไฟกระชาก
อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากทั่วไปอีกชนิดหนึ่งคือท่อระบายแก๊ส ท่อระบายก๊าซเหล่านี้ทำสิ่งเดียวกับ MOV โดยจะเคลื่อนกระแสส่วนเกินจากที่มีไฟฟ้าลงสู่พื้นโดยใช้ก๊าซเฉื่อยเป็นตัวนำระหว่างสายไฟทั้งสอง เมื่อแรงดันไฟฟ้าอยู่ในช่วงที่กำหนด องค์ประกอบของก๊าซจะกำหนดว่าเป็นตัวนำที่ไม่ดี หากแรงดันไฟฟ้าเกินช่วงนี้ กระแสไฟฟ้าจะแรงพอที่จะทำให้ก๊าซแตกตัวเป็นไอออน ทำให้ท่อระบายก๊าซเป็นตัวนำที่ดีมาก โดยนำกระแสลงกราวด์จนกว่าแรงดันไฟจะกลับสู่ระดับปกติ แล้วกลายเป็นตัวนำที่ไม่ดีอีกครั้ง
