Princip zaštite od prenapona
Zaštitni uređaj od prenapona (SPD), također poznat kao zaštitnik od prenapona, je nelinearni zaštitni uređaj koji se koristi u sistemima pod naponom za ograničavanje prolaznog prenapona i vođenje prenaponske struje pražnjenja. Koristi se za zaštitu električnih ili elektronskih sistema sa niskim nivoom otpornosti na napon od udara groma, elektromagnetnih impulsa ili oštećenja zbog prenapona. Poslednjih godina elektronski informacioni sistemi (kao što su televizija, telefon, komunikacija, računarske mreže itd.) su se brzo razvijali, a pojavio se i popularizovao veliki broj elektronskih informacionih uređaja. Ovi tipovi sistema i opreme su često skupi i važni, sa niskim radnim naponom i otpornim nivoima napona, što ih čini veoma podložnim elektromagnetnim impulsima groma. Stoga, SPD treba koristiti za zaštitu od prenapona.
Zbog različitih standarda koje slijede različite zemlje, specifikacije proizvoda nisu unificirane, a identifikacija parametara također ima svoj naglasak, koji je daleko inferiorniji u odnosu na ostale specifikacije električnih proizvoda, što donosi velike neugodnosti dizajnu i odabiru. U inženjerskom dizajnu, uobičajeni brendovi se uglavnom mogu podijeliti na domaće proizvode, evropske proizvode i američke proizvode prema mjestu porijekla. Postavke parametara domaćih proizvoda su haotične, sa različitim specifikacijama i visokim rezidualnim naponom. Neki od standardizovanih modela proizvoda su postavljeni da imitiraju evropske proizvode, dok drugi prate nacionalne standardne parametre. Većina proizvoda je označena sa In i Imax. Zbog niskih zahtjeva domaćih proizvoda za mjesta primjene, niskih nivoa zgrada i visokih vrijednosti otpornog napona opreme, neki zahtjevi parametara mogu se na odgovarajući način ublažiti.
Evropski proizvodi su uglavnom označeni maksimalnom strujom pražnjenja, a model proizvoda se takođe postavlja na osnovu ovog parametra. Na primjer, poznati evropski brend XXX65 i XXX40, gdje su vrijednosti 65 i 40 Imax. Međutim, kineski standardi jasno propisuju da se za odabir treba koristiti nazivna struja pražnjenja In, što je nezgodna situacija koja se trenutno susreće u inženjerskom dizajnu. Nakon provjere informacija o proizvodu, In vrijednost XX65 ne prelazi 20kA, a In vrijednost XX40 ne prelazi 15kA. Ako se poštuju preporučene vrijednosti GB50343, ova dva proizvoda mogu se koristiti samo za trostepenu zaštitu na kraju opreme. Međutim, u stvarnom dizajnu, oni su instalirani na prvom i drugom nivou, što je očigledno u suprotnosti sa izbornim parametrima nacionalnih standarda, a preostali napon je visok. Obični modeli uglavnom prelaze 1200V. Jednom kada okruženje ožičenja nije dobro, lako je premašiti vrijednost otpornog napona opreme. Uopšteno govoreći, evropski proizvodi imaju relativno malu Uc vrijednost i oportunistički su u označavanju mrežnog napona, što olakšava zabludu pri odabiru modela.
Princip rada SPD-a
Zaštita od prenapona je pogodna za zaštitu niskonaponskog napajanja 220/380V i predstavlja nelinearnu komponentu. Prema IEC standardima, zaštita od prenapona je uređaj koji se uglavnom koristi za suzbijanje prenapona i prekomjerne struje dalekovoda. Osnovni zahtjev da zaštitnik od prenapona ima zaštitnu ulogu je da izdrži očekivanu struju groma i efikasno ugasi kontinuiranu struju frekvencije struje koja nastaje nakon što munja protiče kroz maksimalni napon stezanja prenapona. Ograničava trenutni prenapon koji ulazi u dalekovod ili vod za prijenos signala na raspon napona koji oprema ili sistem mogu izdržati, ili ispušta jaku struju groma u zemlju kako bi zaštitio zaštićenu opremu ili sistem od oštećenja uzrokovanih udarom.
Tipovi i strukture štitnika od prenapona variraju u zavisnosti od njihove upotrebe, ali sadrže najmanje jedan nelinearni element za ograničavanje napona. Uobičajeni štitnici od prenapona uključuju MOV (MetalOxideVaristors) i cijevi za pražnjenje plina. Električni udari sadrže moćnu energiju i ne mogu se zaustaviti. Iz tog razloga, strategija zaštite osjetljive električne opreme od oštećenja od prenapona je da se prenapon preusmjeri sa opreme i zatim teče u zemlju.
Zaštita od prenapona MOV sastoji se od tri dijela: metalnog oksidnog materijala u sredini, spojenog sa dva poluvodiča na napajanje i žice za uzemljenje. Kada dođe do prenapona, MOV odmah djeluje s vremenom odziva od 1-3 nanosekundi. "V" u MOV je reostat. U trenutku odziva, otpor MOV pada sa svoje maksimalne vrijednosti na gotovo nula oma, a prekomjerna struja teče u zemlju kroz MOV. Zaštićena električna oprema nastavlja da radi na normalnom radnom naponu. Njegove poluvodičke komponente imaju svojstvo promjene otpora s promjenama napona. Kada napon padne ispod određene vrijednosti, kretanje elektrona u poluvodiču stvara visok otpor. Naprotiv, kada napon pređe ovu specifičnu vrijednost, kretanje elektrona će se promijeniti, a otpor poluvodiča će se smanjiti na gotovo nula oma. Napon je normalan, a zaštita od prenapona MOV miruje sa strane, bez utjecaja na strujni vod.
Indikatori za prednosti i nedostatke uređaja za zaštitu od prenapona (MOV) su: (1) Napon stezanja: predstavlja vrijednost napona koji će uzrokovati spajanje MOV-ova na žicu za uzemljenje. Što je niži napon stezanja, to su bolje performanse zaštite. (2) Kapacitet apsorpcije/disipanja energije: Ova nominalna vrijednost predstavlja koliko energije zaštitnik od prenapona može apsorbirati prije nego što se izgori, u džulima. Što je veća vrijednost, to su bolje performanse zaštite. (3) Vrijeme odziva: Zaštitnici od prenapona se ne isključuju odmah i doći će do malog kašnjenja u njihovom odgovoru na prenapone.
Još jedan uobičajeni uređaj za zaštitu od prenapona je cijev za pražnjenje plina. Ove cijevi za plinsko pražnjenje imaju istu funkciju kao i MOV, pomičući višak struje od žice pod naponom do žice za uzemljenje, i postižu ovu funkciju korištenjem inertnog plina kao provodnika između dvije žice. Kada je napon unutar određenog raspona, sastav plina određuje da je loš provodnik. Ako napon poraste i prijeđe ovaj raspon, jačina struje će biti dovoljna da ionizira plin, čineći cijev za pražnjenje vrlo dobrim provodnikom. Provest će struju do žice za uzemljenje dok se napon ne vrati na normalne nivoe, a zatim će postati neispravan provodnik
