หลักการป้องกันไฟกระชากของสวิตชิ่งพาวเวอร์ซัพพลาย

หลักการป้องกันไฟกระชากของสวิตชิ่งพาวเวอร์ซัพพลาย

SurgeProtectiveDevice, SPD หรือที่รู้จักในชื่ออุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก เป็นอุปกรณ์ป้องกันแบบไม่เชิงเส้นที่ใช้ในการจำกัดแรงดันไฟเกินชั่วคราวและนำกระแสไฟกระชากที่ปล่อยออกในระบบที่มีกระแสไฟฟ้า และใช้เพื่อป้องกันระบบไฟฟ้าหรืออิเล็กทรอนิกส์ที่มีระดับแรงดันไฟฟ้าต่ำที่ทนต่อการถูกฟ้าผ่าและความเสียหาย จากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าฟ้าผ่าหรือแรงดันไฟฟ้าเกิน ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ระบบข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์ (เช่น โทรทัศน์ โทรศัพท์ การสื่อสาร เครือข่ายคอมพิวเตอร์ ฯลฯ) ได้พัฒนาอย่างรวดเร็ว และอุปกรณ์ข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากได้เกิดขึ้นและเป็นที่นิยม ระบบและอุปกรณ์ดังกล่าวมักมีราคาแพงและมีความสำคัญ และแรงดันใช้งานและระดับแรงดันที่ทนทานต่ำมาก ดังนั้นจึงมีความเสี่ยงสูงต่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากฟ้าผ่า ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมี SPD สำหรับการป้องกันแรงดันไฟฟ้า

เนื่องจากมาตรฐานที่แตกต่างกันตามประเทศต่างๆ ข้อมูลจำเพาะของผลิตภัณฑ์จึงไม่เป็นเอกภาพ และการระบุพารามิเตอร์ก็มีความสำคัญในตัวเองเช่นกัน ซึ่งด้อยกว่าข้อกำหนดของผลิตภัณฑ์ไฟฟ้าอื่นๆ มาก ซึ่งทำให้การออกแบบและการเลือกใช้งานไม่สะดวกอย่างมาก ในการออกแบบทางวิศวกรรม แบรนด์ทั่วไปสามารถแบ่งออกเป็นผลิตภัณฑ์ในประเทศ ผลิตภัณฑ์ของยุโรป และผลิตภัณฑ์ของอเมริกาตามแหล่งกำเนิด การตั้งค่าพารามิเตอร์ของผลิตภัณฑ์ในประเทศนั้นวุ่นวาย ด้วยข้อกำหนดที่หลากหลายและความดันตกค้างสูง การตั้งค่ารุ่นของผลิตภัณฑ์ที่ได้มาตรฐานบางส่วนเลียนแบบผลิตภัณฑ์ของยุโรป และบางรุ่นเป็นไปตามพารามิเตอร์การสอบเทียบระดับประเทศ สินค้าส่วนใหญ่มีเครื่องหมาย In และ Imax เนื่องจากผลิตภัณฑ์ในประเทศมีข้อกำหนดค่อนข้างต่ำสำหรับไซต์งาน เกรดอาคารต่ำ และอุปกรณ์ขนาดใหญ่ที่ทนทานต่อค่าแรงดันไฟฟ้า ความต้องการพารามิเตอร์บางอย่างจึงผ่อนปรนได้อย่างเหมาะสม

โดยทั่วไปผลิตภัณฑ์ของยุโรปจะทำเครื่องหมายกระแสไฟสูงสุดและรุ่นของผลิตภัณฑ์จะถูกตั้งค่าตามพารามิเตอร์นี้ด้วย ตัวอย่างเช่น XXX65 และ XXX40 ของแบรนด์ยุโรปที่มีชื่อเสียง ค่า 65 และ 40 คือ Imax อย่างไรก็ตาม มาตรฐานของจีนกำหนดไว้อย่างชัดเจนว่าควรใช้กระแสไฟเข้าเล็กน้อยสำหรับการเลือกประเภท ซึ่งเป็นสถานการณ์ที่น่าอายที่พบในการออกแบบทางวิศวกรรมในปัจจุบัน หลังจากตรวจสอบข้อมูลผลิตภัณฑ์แล้ว ค่า In ของ XX65 ไม่เกิน 20kA และค่า In ของ XX40 ไม่เกิน 15kA ตามค่าที่แนะนำของ GB50343 ผลิตภัณฑ์ทั้งสองนี้สามารถใช้สำหรับการป้องกันระดับที่สามของเทอร์มินัลอุปกรณ์เท่านั้น แต่ในการออกแบบจริง ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ได้รับการติดตั้งในระดับที่หนึ่งและสอง ซึ่งไม่สอดคล้องกับพารามิเตอร์การเลือกอย่างเห็นได้ชัด ของมาตรฐานแห่งชาติและแรงดันตกค้าง สูงกว่ารุ่นทั่วไปทั่วไปเกิน 1200V เมื่อสภาพแวดล้อมการเดินสายไฟไม่ดี มันเป็นเรื่องง่ายที่จะเกินค่าแรงดันไฟฟ้าที่ทนต่ออุปกรณ์ โดยทั่วไป ค่า Uc ของผลิตภัณฑ์ในยุโรปจะมีค่าน้อย และแรงดันไฟฟ้าของสายถูกทำเครื่องหมายไว้ตามโอกาส ดังนั้นจึงง่ายต่อการเข้าใจผิดเมื่อเลือกรุ่น

การจำแนกประเภทของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก

SPD เป็นอุปกรณ์ที่ขาดไม่ได้ในการป้องกันฟ้าผ่าของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ หน้าที่ของมันคือการจำกัดแรงดันไฟฟ้าเกินทันทีที่เข้าสู่สายไฟและสายส่งสัญญาณภายในช่วงแรงดันไฟฟ้าที่อุปกรณ์หรือระบบสามารถทนได้ หรือเพื่อรั่วไหลของกระแสฟ้าผ่าที่รุนแรงลงสู่พื้นดิน เพื่อป้องกันอุปกรณ์หรือระบบที่ได้รับการป้องกันจากการกระแทก

จำแนกตามหลักการทำงาน

ตามหลักการทำงานของ SPD สามารถแบ่งออกเป็นประเภทสวิตช์แรงดัน ประเภทจำกัดแรงดัน และประเภทรวมกัน

(1) สวิตช์แรงดันชนิด SPD นำเสนออิมพีแดนซ์สูงเมื่อไม่มีแรงดันเกินทันที และเมื่อตอบสนองต่อฟ้าผ่าทันที อิมพีแดนซ์จะเปลี่ยนเป็นอิมพีแดนซ์ต่ำทันที ทำให้กระแสฟ้าผ่าผ่านได้ หรือที่เรียกว่า "สวิตช์ลัดวงจรประเภท SPD"

(2) SPD จำกัดแรงดัน เมื่อไม่มีแรงดันไฟเกินในทันที แสดงว่ามีอิมพีแดนซ์สูง แต่ด้วยการเพิ่มขึ้นของกระแสไฟกระชากและแรงดัน อิมพีแดนซ์ของมันจะลดลงอย่างต่อเนื่อง และลักษณะของกระแสแรงดันจะไม่เชิงเส้นอย่างมาก บางครั้งเรียกว่า "แคลมป์ SPD"

(3) ความเร็วรวม การรวมกันของส่วนประกอบการสลับแรงดันไฟฟ้าและการจำกัดแรงดันไฟฟ้าที่สามารถแสดงการสลับแรงดันไฟฟ้าหรือการจำกัดแรงดันไฟฟ้าหรือทั้งสองอย่าง ขึ้นอยู่กับคุณลักษณะของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้

การจำแนกประเภทตามวัตถุประสงค์

ตามการใช้งาน SPD สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: SPD ของสายไฟและ SPD ของสายสัญญาณ

(1) สายไฟ SPD
เนื่องจากพลังงานของสายฟ้าฟาดนั้นมีขนาดใหญ่มาก จึงจำเป็นต้องปล่อยพลังงานของสายฟ้าฟาดลงสู่พื้นทีละขั้นตอนด้วยวิธีการปล่อยตามลำดับชั้น ในเขตป้องกันฟ้าผ่าโดยตรง (LPZ0A) หรือที่จุดเชื่อมต่อของเขตป้องกันฟ้าผ่าโดยตรง (LPZ0B) และเขตป้องกันแรก (LPZ1) ให้ติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากหรือ เครื่องป้องกันไฟกระชากแบบจำกัดแรงดันไฟฟ้าที่ผ่านการทดสอบการจำแนกประเภท Class I เป็นอันดับแรก การป้องกันระดับแรกคือการปล่อยกระแสฟ้าผ่าโดยตรง หรือเมื่อสายส่งไฟฟ้าถูกฟ้าผ่าโดยตรง มันจะปล่อยพลังงานมหาศาลที่ดำเนินการ ติดตั้งเครื่องป้องกันไฟกระชากแบบจำกัดแรงดันไฟฟ้าที่ทางแยกของแต่ละส่วน (รวมถึงพื้นที่ LPZ1) หลังจากเขตป้องกันแรก เป็นการป้องกันระดับที่สอง สาม หรือสูงกว่า ตัวป้องกันระดับที่สองเป็นอุปกรณ์ป้องกันแรงดันตกค้างของตัวป้องกันระดับก่อนหน้าและฟ้าผ่าที่เหนี่ยวนำในพื้นที่ เมื่อการดูดซับพลังงานสายฟ้าฟาดขนาดใหญ่เกิดขึ้นที่ระดับด้านหน้า ยังมีส่วนที่ค่อนข้างใหญ่สำหรับอุปกรณ์หรือตัวป้องกันระดับที่สาม พลังงานจะถูกส่งและจำเป็นต้องดูดซับเพิ่มเติมโดยตัวป้องกันระดับที่สอง ในเวลาเดียวกัน สายส่งสัญญาณที่ผ่านอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าระดับแรกจะเหนี่ยวนำการแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของฟ้าผ่า เมื่อสายยาวเพียงพอ พลังงานของฟ้าผ่าที่เหนี่ยวนำจะมีมากเพียงพอ โดยต้องใช้ตัวป้องกันระดับที่สองเพื่อปล่อยพลังงานฟ้าผ่าเพิ่มเติม ตัวป้องกันระดับที่สามจะป้องกันพลังงานฟ้าผ่าที่ตกค้างผ่านตัวป้องกันระดับที่สอง ตามระดับแรงดันไฟฟ้าที่ทนต่ออุปกรณ์ที่มีการป้องกัน หากการป้องกันฟ้าผ่าสองระดับสามารถจำกัดแรงดันไฟฟ้าให้ต่ำกว่าระดับแรงดันไฟฟ้าที่ทนต่ออุปกรณ์ได้ จำเป็นต้องมีการป้องกันเพียงสองระดับ หากระดับแรงดันไฟฟ้าที่ทนต่ออุปกรณ์ต่ำ สี่ระดับหรือระดับการป้องกันที่มากกว่า

(2) สายสัญญาณ SPD
ด้วยการประยุกต์ใช้ระบบข้อมูลอย่างกว้างขวาง เนื่องจากมีสายเครือข่ายจำนวนมากและระดับแรงดันไฟฟ้าต่ำของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ฟ้าผ่าจึงเป็นอันตรายต่อระบบข้อมูลมากขึ้นเรื่อยๆ อันตรายจากฟ้าผ่าต่อระบบข้อมูลส่วนใหญ่เกิดจากพัลส์แม่เหล็กไฟฟ้าของฟ้าผ่า ซึ่งรวมถึงคลื่นไฟฟ้าแรงสูงฟ้าผ่าที่เกิดขึ้นตามสาย การโต้กลับที่มีศักยภาพสูงที่เกิดจากกระแสฟ้าผ่าบนสายดิน การเหนี่ยวนำไฟฟ้าสถิตและการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของฟ้าผ่า สนามแม่เหล็กไฟฟ้า มาตรการป้องกันสำหรับพัลส์แม่เหล็กไฟฟ้ารวมถึงการสกัดกั้น การแบ่ง การเชื่อมศักย์เท่ากัน การป้องกัน การต่อลงดิน และการเดินสายที่เหมาะสม การติดตั้ง SPD บนสายสัญญาณเป็นมาตรการที่สำคัญสำหรับระบบข้อมูลเพื่อป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า มันสามารถเล่นบทบาทของการสกัดกั้น การหลบเลี่ยง และการเชื่อมโยงที่มีศักยภาพเท่าเทียมกัน สายสัญญาณ SPD ควรเชื่อมต่อกับพอร์ตสัญญาณของอุปกรณ์ที่ได้รับการป้องกัน เทอร์มินัลเอาต์พุตเชื่อมต่อกับพอร์ตของอุปกรณ์ที่ได้รับการป้องกัน ซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นการเชื่อมต่อแบบอนุกรมและการเชื่อมต่อแบบขนาน และโดยทั่วไปจะติดตั้งเป็นอนุกรมบนสายสัญญาณ ดังนั้น เมื่อเลือก SPD ของสัญญาณ ควรเลือก SPD ที่มีการสูญเสียการแทรกน้อยกว่า