Πώς λειτουργεί το Surge Protective Device (SPD)
Η ικανότητα ενός SPD να περιορίζει τις υπερτάσεις στο ηλεκτρικό δίκτυο διανομής εκτρέποντας τα ρεύματα υπέρτασης είναι συνάρτηση των εξαρτημάτων προστασίας από υπερτάσεις, της μηχανικής δομής του SPD και της σύνδεσης με το ηλεκτρικό δίκτυο διανομής. Ένα SPD προορίζεται να περιορίσει τις παροδικές υπερτάσεις και να εκτρέψει το ρεύμα υπερτάσεων ή και τα δύο. Περιέχει τουλάχιστον ένα μη γραμμικό συστατικό. Με τους απλούστερους όρους, τα SPD προορίζονται να περιορίσουν τις παροδικές υπερτάσεις, με στόχο την πρόληψη ζημιών και διακοπών λειτουργίας του εξοπλισμού λόγω παροδικών τάσεων τάσης που φθάνουν στις συσκευές που προστατεύουν.
Για παράδειγμα, σκεφτείτε έναν νερόμυλο που προστατεύεται από μια βαλβίδα εκτόνωσης πίεσης. Η βαλβίδα εκτόνωσης πίεσης δεν κάνει τίποτα μέχρι να εμφανιστεί παλμός υπερπίεσης στην παροχή νερού. Όταν συμβεί αυτό, η βαλβίδα ανοίγει και απομακρύνει την επιπλέον πίεση στην άκρη, έτσι ώστε να μην φτάσει στον τροχό νερού.
Εάν δεν υπήρχε η ανακουφιστική βαλβίδα, η υπερβολική πίεση θα μπορούσε να προκαλέσει ζημιά στον τροχό νερού ή ίσως τη σύνδεση του πριονιού. Παρόλο που η βαλβίδα εκτόνωσης είναι στη θέση της και λειτουργεί σωστά, κάποιο υπόλοιπο του παλμού πίεσης θα φτάσει ακόμα στον τροχό. Αλλά η πίεση θα έχει μειωθεί αρκετά ώστε να μην καταστραφεί ο τροχός νερού ή να διαταραχθεί η λειτουργία του. Αυτό περιγράφει τη δράση των SPD. Μειώνουν τα παροδικά σε επίπεδα που δεν θα βλάψουν ή θα διαταράξουν τη λειτουργία του ευαίσθητου ηλεκτρονικού εξοπλισμού.
Χρησιμοποιούμενες τεχνολογίες
Ποιες τεχνολογίες χρησιμοποιούνται στα SPD;
Από IEEE Std. C62.72: Μερικά συνηθισμένα εξαρτήματα προστασίας από την υπέρταση που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή SPD είναι τα βαρίστορ μεταλλικών οξειδίων (MOV), οι διόδους διάσπασης χιονοστιβάδας (ABD-παλαιότερα γνωστές ως δίοδοι χιονοστιβάδας πυριτίου ή SAD) και σωλήνες εκκένωσης αερίου (GDT). Τα MOV είναι η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη τεχνολογία για την προστασία των κυκλωμάτων ισχύος AC. Η βαθμολογία υπερβολικού ρεύματος ενός MOV σχετίζεται με την περιοχή διατομής και τη σύνθεσή της. Σε γενικές γραμμές, όσο μεγαλύτερη είναι η επιφάνεια διατομής, τόσο υψηλότερη είναι η βαθμολογία ρεύματος υπερτάσεων της συσκευής. Τα MOV γενικά έχουν στρογγυλή ή ορθογώνια γεωμετρία, αλλά έρχονται σε πληθώρα τυπικών διαστάσεων που κυμαίνονται από 7 mm (0.28 ίντσες) έως 80 mm (3.15 ίντσες). Οι βαθμολογίες υπερβολικού ρεύματος αυτών των εξαρτημάτων προστασίας από υπέρταση ποικίλλουν σε μεγάλο βαθμό και εξαρτώνται από τον κατασκευαστή. Όπως συζητήθηκε νωρίτερα σε αυτήν τη ρήτρα, με τη σύνδεση των MOV σε έναν παράλληλο πίνακα, θα μπορούσε να υπολογιστεί μια τιμή ρεύματος υπερτάσεων προσθέτοντας απλώς τις βαθμολογίες ρεύματος υπερτάσεων των επιμέρους MOV για να ληφθεί η βαθμολογία ρεύματος υπερτάσεων του πίνακα. Με αυτόν τον τρόπο, θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη ο συντονισμός των χαρακτηριστικών λειτουργίας των επιλεγμένων MOV.
Υπάρχουν πολλές υποθέσεις για το τι συστατικό, τι τοπολογία, και η ανάπτυξη της συγκεκριμένης τεχνολογίας παράγει το καλύτερο SPD για την εκτροπή τρέχον κύμα. Αντί να παρουσιάζει όλες τις επιλογές, το καλύτερο είναι ότι η συζήτηση για αύξηση τωρινή βαθμολογία, Ονομαστικό ρεύμα εκφόρτισης Αξιολόγηση, ή κύμα τρέχουσες δυνατότητες περιστρέφονται γύρω από τα δεδομένα δοκιμής επιδόσεων. Ανεξάρτητα από τα συστατικά που χρησιμοποιούνται στο σχεδιασμό, ή την ειδική μηχανική δομή αναπτυχθεί, αυτό που έχει σημασία είναι ότι το SPD έχει ένα κύμα ρεύματος ή Ονομαστικό ρεύμα εκφόρτισης Αξιολόγηση που είναι κατάλληλα για την εφαρμογή.
Ακολουθεί μια εκτενέστερη περιγραφή αυτών των συστατικών. Τα συστατικά που χρησιμοποιούνται στα SPD ποικίλλουν σημαντικά. Ακολουθεί ένα δείγμα αυτών των συστατικών:
Βαρίστορ οξειδίου μετάλλου (MOV)
Τυπικά, τα MOV αποτελούνται από ένα στρογγυλό ή ορθογώνιο σώμα από συντηγμένο οξείδιο ψευδαργύρου με κατάλληλα πρόσθετα. Άλλοι τύποι σε χρήση περιλαμβάνουν σωληνοειδή σχήματα και πολυεπίπεδες δομές. Τα βαρίστορ έχουν ηλεκτρόδια μεταλλικών σωματιδίων που αποτελούνται από κράμα αργύρου ή άλλο μέταλλο. Τα ηλεκτρόδια μπορεί να έχουν εφαρμοστεί στο σώμα με διαλογή και πυροσυσσωμάτωση ή με άλλες διαδικασίες ανάλογα με το μέταλλο που χρησιμοποιείται. Τα βαρίστορ επίσης συχνά έχουν καλώδια καλωδίων ή γλωττίδων ή κάποιο άλλο είδος τερματισμού που μπορεί να έχουν κολληθεί στο ηλεκτρόδιο.
Ο βασικός μηχανισμός αγωγιμότητας των MOV προκύπτει από συνδέσεις ημιαγωγών στο όριο των κόκκων οξειδίου του ψευδαργύρου που σχηματίζονται κατά τη διάρκεια μιας διαδικασίας πυροσυσσωμάτωσης. Το βαρίστορ μπορεί να θεωρηθεί μια συσκευή πολλαπλών συνδέσεων με πολλούς κόκκους να ενεργούν σε σειρά παράλληλου συνδυασμού μεταξύ των ακροδεκτών. Μια σχηματική όψη διατομής ενός τυπικού βαρίστορ φαίνεται στο σχήμα 1.
Τα βαρίστορ έχουν την ιδιότητα να διατηρούν μια σχετικά μικρή αλλαγή τάσης στους ακροδέκτες τους, ενώ το ρεύμα κύματος που διέρχεται από αυτά ποικίλλει για αρκετές δεκαετίες μεγέθους. Αυτή η μη γραμμική ενέργεια τους επιτρέπει να εκτρέψουν το ρεύμα μιας υπέρτασης όταν συνδέονται σε διακλάδωση κατά μήκος της γραμμής και να περιορίσουν την τάση στη γραμμή σε τιμές που προστατεύουν τον εξοπλισμό που είναι συνδεδεμένος σε αυτήν τη γραμμή.
Δίοδος διάσπασης χιονοστιβάδας (ADB)
Αυτές οι συσκευές είναι επίσης γνωστές ως δίοδος χιονοστιβάδας πυριτίου (SAD) ή παροδικός καταστολέας τάσης (TVS). Η δίοδος ανάλυσης διασταύρωσης PN, στη βασική της μορφή, είναι μια ενιαία διασταύρωση PN που αποτελείται από μια άνοδο (P) και μια κάθοδο (N). Βλέπε εικόνα 2α. Σε εφαρμογές κυκλώματος DC, το προστατευτικό έχει αντίθετη προκατάληψη έτσι ώστε να εφαρμόζεται θετικό δυναμικό στην πλευρά της καθόδου (Ν) της συσκευής. Βλέπε εικόνα 2β.
Η δίοδος χιονοστιβάδας έχει τρεις περιοχές λειτουργίας, 1) πόλωση προς τα εμπρός (χαμηλή σύνθετη αντίσταση), 2) κατάσταση απενεργοποίησης (υψηλή σύνθετη αντίσταση) και 3) ανάλυση αντίστροφης πόλωσης (σχετικά χαμηλή σύνθετη αντίσταση). Αυτές οι περιοχές φαίνονται στο Σχήμα 3. Στη λειτουργία μελλοντικής πόλωσης με θετική τάση στην περιοχή Ρ, η δίοδος έχει πολύ χαμηλή σύνθετη αντίσταση μόλις η τάση υπερβεί την τάση διόδου πόλωσης εμπρός, VFS. Το VFS είναι συνήθως μικρότερο από 1 V και ορίζεται παρακάτω. Η απενεργοποιημένη κατάσταση εκτείνεται από 0 V έως ακριβώς κάτω από ένα θετικό VBR στην περιοχή Ν. Σε αυτήν την περιοχή, τα μόνα ρεύματα που ρέουν είναι ρεύματα διαρροής που εξαρτώνται από τη θερμοκρασία και ρεύματα σήραγγας Zener για διόδους χαμηλής τάσης διάσπασης. Η αντίστροφη περιοχή διάσπασης προκατάληψης ξεκινά με θετικό VBR στην περιοχή Ν. Στα ηλεκτρόνια VBR που διασχίζουν τη διασταύρωση επιταχύνονται αρκετά από το υψηλό πεδίο στην περιοχή των διασταυρώσεων, έτσι ώστε οι συγκρούσεις ηλεκτρονίων να καταλήγουν σε καταρράκτη ή χιονοστιβάδα, δημιουργώντας ηλεκτρόνια και οπές. Το αποτέλεσμα είναι μια απότομη πτώση της αντίστασης της διόδου. Τόσο οι περιοχές διάσπασης προς τα εμπρός όσο και οι αντίστροφες προκαταλήψεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν για προστασία.
Τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά μιας διόδου χιονοστιβάδας είναι εγγενώς ασύμμετρα. Κατασκευάζονται επίσης προϊόντα συμμετρικής διόδου χιονοστιβάδας που αποτελούνται από διασταυρώσεις πλάτης -πλάτης.
Σωλήνας εκκένωσης αερίου (GDT)
σωλήνες εκκένωσης αερίων αποτελούνται από δύο ή περισσότερα μεταλλικά ηλεκτρόδια διαχωρίζονται από ένα μικρό διάκενο και συγκρατείται από ένα κεραμικό ή γυάλινο κύλινδρο. Ο κύλινδρος γεμίζεται με ένα ευγενές αέριο μίγμα, το οποίο πυροδοτεί πάνω σε μια εκφόρτιση πυράκτωσης και τέλος μια κατάσταση τόξου όταν επαρκής τάση εφαρμόζεται στα ηλεκτρόδια.
Όταν μια αργά αυξανόμενη τάση στο διάκενο φθάνει σε μια τιμή που καθορίζεται κυρίως από την απόσταση των ηλεκτροδίων, την πίεση του αερίου και το μείγμα αερίου, η διαδικασία ενεργοποίησης ξεκινά με την τάση σπινθήρα (διάσπασης). Μόλις εμφανιστεί σπινθήρας, είναι δυνατές διάφορες καταστάσεις λειτουργίας, ανάλογα με το εξωτερικό κύκλωμα. Αυτές οι καταστάσεις φαίνονται στο Σχήμα 4. Σε ρεύματα μικρότερα από το ρεύμα μετάβασης λάμψης σε τόξο, υπάρχει μια περιοχή λάμψης. Σε χαμηλά ρεύματα στην περιοχή λάμψης, η τάση είναι σχεδόν σταθερή. σε υψηλά ρεύματα λάμψης, ορισμένοι τύποι σωλήνων αερίου μπορεί να εισέλθουν σε μια ανώμαλη περιοχή λάμψης στην οποία αυξάνεται η τάση. Πέρα από αυτήν την ανώμαλη περιοχή λάμψης, η σύνθετη αντίσταση του σωλήνα εκκένωσης αερίου μειώνεται στην περιοχή μετάβασης στην κατάσταση τόξου χαμηλής τάσης. Το ρεύμα μετάβασης από τόξο σε λάμψη μπορεί να είναι χαμηλότερο από τη μετάβαση από λάμψη σε τόξο. Το ηλεκτρικό χαρακτηριστικό GDT, σε συνδυασμό με το εξωτερικό κύκλωμα, καθορίζει την ικανότητα του GDT να σβήνει μετά από μια υπέρταση, και επίσης καθορίζει την ενέργεια που διαχέεται στον αναστολέα κατά τη διάρκεια της υπερτάσεως.
Εάν η εφαρμοζόμενη τάση (π.χ. παροδική) αυξηθεί γρήγορα, ο χρόνος που απαιτείται για τη διαδικασία ιοντισμού/σχηματισμού τόξου μπορεί να επιτρέψει στην παροδική τάση να υπερβεί την τιμή που απαιτείται για τη διάσπαση στην προηγούμενη παράγραφο. Αυτή η τάση ορίζεται ως τάση διάσπασης παλμού και είναι γενικά μια θετική συνάρτηση του ρυθμού ανόδου της εφαρμοζόμενης τάσης (παροδική).
Ένα GDT τριών ηλεκτροδίων ενός θαλάμου έχει δύο κοιλότητες που χωρίζονται από ένα ηλεκτρόδιο κεντρικού δακτυλίου. Η τρύπα στο κεντρικό ηλεκτρόδιο επιτρέπει στο πλάσμα του αερίου από μια αγώγιμη κοιλότητα να ξεκινήσει την αγωγή στην άλλη κοιλότητα, ακόμη και αν η τάση της άλλης κοιλότητας μπορεί να είναι κάτω από την τάση σπινθήρα.
Λόγω της λειτουργίας αλλαγής και της στιβαρής κατασκευής τους, τα GDT μπορούν να υπερβούν άλλα εξαρτήματα SPD σε ικανότητα μεταφοράς ρεύματος. Πολλά GDT τηλεπικοινωνιών μπορούν εύκολα να μεταφέρουν ρεύματα υπερχείλισης έως και 10 kA (κυματομορφή 8/20 μs). Επιπλέον, ανάλογα με τον σχεδιασμό και το μέγεθος του GDT, μπορούν να επιτευχθούν ρεύματα κύματος> 100 kA.
Η κατασκευή σωλήνων εκκένωσης αερίου είναι τέτοια που έχουν πολύ χαμηλή χωρητικότητα - γενικά μικρότερη από 2 pF. Αυτό επιτρέπει τη χρήση τους σε πολλές εφαρμογές κυκλωμάτων υψηλής συχνότητας.
Όταν λειτουργούν GDTs, που μπορούν να αναπτύσσουν ακτινοβολία υψηλής συχνότητας, τα οποία μπορούν να επηρεάσουν ευαίσθητα ηλεκτρονικά. Ως εκ τούτου, είναι σοφό να τοποθετήσετε κυκλώματα GDT σε μια ορισμένη απόσταση από τα ηλεκτρονικά. Η απόσταση εξαρτάται από την ευαισθησία των ηλεκτρονικών και πόσο καλά τα ηλεκτρονικά θωρακισμένο. Μια άλλη μέθοδος για να αποφευχθεί η επίδραση είναι να τοποθετήσει το GDT σε ένα θωρακισμένο περίβλημα.
Ορισμοί για το GDT
Ένα κενό ή πολλά κενά με δύο ή τρία μεταλλικά ηλεκτρόδια ερμητικά σφραγισμένα έτσι ώστε το μείγμα και η πίεση αερίου να είναι υπό έλεγχο, σχεδιασμένα για να προστατεύουν τη συσκευή ή το προσωπικό ή και τα δύο από υψηλές παροδικές τάσεις.
Or
Ένα κενό ή κενά σε ένα κλειστό μέσο εκκένωσης, εκτός από τον αέρα σε ατμοσφαιρική πίεση, σχεδιασμένο να προστατεύει τη συσκευή ή το προσωπικό, ή και τα δύο, από υψηλές παροδικές τάσεις.
- Φίλτρα LCR
Αυτά τα συστατικά διαφέρουν ως προς:
- ενεργειακή ικανότητα
- διαθεσιμότητα
- αξιοπιστία
- κόστος
- αποτελεσματικότητα
Από IEEE Std C62.72: Η ικανότητα ενός SPD να περιορίζει τις υπερτάσεις στο ηλεκτρικό δίκτυο διανομής εκτρέποντας τα ρεύματα υπερτάσεων είναι συνάρτηση των εξαρτημάτων προστασίας από την υπέρταση, της μηχανικής δομής του SPD και της σύνδεσης με το ηλεκτρικό δίκτυο διανομής. Μερικά κοινά εξαρτήματα προστασίας από τις υπερτάσεις που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή SPD είναι MOV, SASD και σωλήνες εκκένωσης αερίου, με τα MOV να έχουν τη μεγαλύτερη χρήση. Η βαθμολογία υπερβολικού ρεύματος ενός MOV σχετίζεται με την περιοχή διατομής και τη σύνθεσή της. Σε γενικές γραμμές, όσο μεγαλύτερη είναι η επιφάνεια διατομής, τόσο υψηλότερη είναι η βαθμολογία ρεύματος υπερτάσεων της συσκευής. Τα MOV γενικά έχουν στρογγυλή ή ορθογώνια γεωμετρία αλλά έρχονται σε πληθώρα τυπικών διαστάσεων που κυμαίνονται από 7 mm (0.28 in) έως 80 mm (3.15 in). Οι βαθμολογίες ρεύματος υπερτάσεων αυτών των εξαρτημάτων προστασίας από υπέρταση ποικίλλουν σε μεγάλο βαθμό και εξαρτώνται από τον κατασκευαστή. Συνδέοντας τα MOV σε μια παράλληλη συστοιχία, θα μπορούσε να υπολογιστεί μια θεωρητική βαθμολογία ρεύματος υπερτάσεων προσθέτοντας απλώς τις τρέχουσες βαθμολογίες των επιμέρους MOV για να ληφθεί η βαθμολογία ρεύματος υπερτάσεων του πίνακα.
Υπάρχουν πολλές υποθέσεις σχετικά με το ποιο συστατικό, ποια τοπολογία και την ανάπτυξη συγκεκριμένης τεχνολογίας παράγει το καλύτερο SPD για την εκτροπή του ρεύματος υπερτάσεων. Αντί να παρουσιάσετε όλα αυτά τα επιχειρήματα και να αφήσετε τον αναγνώστη να αποκρυπτογραφήσει αυτά τα θέματα, είναι καλύτερο η συζήτηση της βαθμολογίας ρεύματος κύματος, της ονομαστικής τρέχουσας βαθμολογίας απαλλαγής ή των δυνατοτήτων υπερβολικού ρεύματος να περιστρέφεται γύρω από δεδομένα δοκιμών απόδοσης. Ανεξάρτητα από τα εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται στο σχεδιασμό ή τη συγκεκριμένη μηχανική δομή που έχει αναπτυχθεί, αυτό που έχει σημασία είναι ότι το SPD έχει βαθμολογία υπερβολικού ρεύματος ή Ονομαστική Τρέχουσα Εκφόρτιση που είναι κατάλληλη για την εφαρμογή και, πιθανώς το πιο σημαντικό, ότι το SPD περιορίζει το μεταβατικό υπέρταση σε επίπεδα που εμποδίζουν τη ζημιά στον προστατευόμενο εξοπλισμό λόγω του αναμενόμενου περιβάλλοντος κύματος.
Βασικοί τρόποι λειτουργίας
Τα περισσότερα SPD έχουν τρεις βασικούς τρόπους λειτουργίας:
- Περιμένω
- Εκτροπή
Σε κάθε λειτουργία, το ρεύμα ρέει μέσω του SPD. Αυτό που μπορεί να μην γίνει κατανοητό, ωστόσο, είναι ότι μπορεί να υπάρχει διαφορετικός τύπος ρεύματος σε κάθε λειτουργία.
Ο τρόπος αναμονής
Υπό κανονικές καταστάσεις ισχύος όταν παρέχεται «καθαρή ενέργεια» σε ένα ηλεκτρικό σύστημα διανομής, το SPD εκτελεί ελάχιστη λειτουργία. Στη λειτουργία αναμονής, το SPD περιμένει να συμβεί υπέρταση και καταναλώνει ελάχιστη ή καθόλου ισχύ ρεύματος. κυρίως αυτό που χρησιμοποιείται από τα κυκλώματα παρακολούθησης.
Η λειτουργία εκτροπής
Με την αίσθηση ενός παροδικού συμβάντος υπέρτασης, το SPD μετατρέπεται σε λειτουργία εκτροπής. Ο σκοπός ενός SPD είναι να εκτρέψει το επιβλαβές ρεύμα ώσης μακριά από κρίσιμα φορτία, μειώνοντας ταυτόχρονα το μέγεθος της τάσης που προκύπτει σε ένα χαμηλό, ακίνδυνο επίπεδο.
Όπως ορίζεται από το ANSI/IEEE C62.41.1-2002, ένα τυπικό παροδικό ρεύμα διαρκεί μόνο ένα κλάσμα ενός κύκλου (μικρο δευτερόλεπτα), ένα κομμάτι του χρόνου σε σύγκριση με τη συνεχή ροή ενός ημιτονοειδούς σήματος 60Hz.
Το μέγεθος του ρεύματος εξάρτησης εξαρτάται από την πηγή του. Οι κεραυνοί, για παράδειγμα, μπορούν σε σπάνιες περιπτώσεις να περιέχουν ρεύματα που ξεπερνούν τις εκατοντάδες χιλιάδες αμπέρ. Εντός μιας εγκατάστασης, όμως, εσωτερικά παραγόμενα παροδικά γεγονότα θα παράγουν χαμηλότερα ρεύματα (λιγότερο από μερικές χιλιάδες ή εκατό αμπέρ).
Δεδομένου ότι τα περισσότερα SPD έχουν σχεδιαστεί για να χειρίζονται μεγάλα ρεύματα κύματος, ένα σημείο αναφοράς απόδοσης είναι η δοκιμασμένη ονομαστική βαθμολογία ρεύματος εκφόρτισης του προϊόντος (σε). Συχνά συγχέεται με το ρεύμα σφάλματος, αλλά δεν σχετίζεται, αυτό το μεγάλο ρεύμα είναι ένδειξη της δοκιμασμένης ικανότητας επαναλαμβανόμενης αντοχής του προϊόντος.
Από IEEE Std. C62.72: The Nominal Discharge Current Rating ασκεί την ικανότητα ενός SPD να υποβληθεί σε επαναλαμβανόμενες αυξήσεις ρεύματος (15 συνολικές υπερτάσεις) μιας επιλεγμένης τιμής χωρίς ζημιά, υποβάθμιση ή αλλαγή στη μετρημένη απόδοση περιορισμού τάσης ενός SPD. Η δοκιμή ονομαστικού ρεύματος απαλλαγής περιλαμβάνει ολόκληρο το SPD συμπεριλαμβανομένων όλων των εξαρτημάτων προστασίας από υπερτάσεις και εσωτερικών ή εξωτερικών αποζεύξεων SPD. Κατά τη διάρκεια της δοκιμής, κανένα στοιχείο ή αποζεύκτης δεν επιτρέπεται να αποτύχει, να ανοίξει το κύκλωμα, να καταστραφεί ή να υποβαθμιστεί. Για να επιτευχθεί μια συγκεκριμένη βαθμολογία, το μετρημένο επίπεδο απόδοσης περιορισμένης τάσης του SPD πρέπει να διατηρείται μεταξύ της σύγκρισης πριν από τη δοκιμή και μετά τη δοκιμή. Σκοπός αυτών των δοκιμών είναι να καταδείξουν την ικανότητα και την απόδοση ενός SPD ως απόκριση σε υπερτάσεις που σε ορισμένες περιπτώσεις είναι σοβαρές, αλλά μπορεί να αναμένονται στον εξοπλισμό σέρβις, εντός μιας εγκατάστασης ή στη θέση εγκατάστασης.
Για παράδειγμα, ένα SPD με ονομαστική ισχύ ρεύματος εκφόρτισης 10,000 ή 20,000 αμπέρ ανά λειτουργία σημαίνει ότι το προϊόν θα πρέπει να μπορεί να αντέξει με ασφάλεια ένα παροδικό μέγεθος ρεύματος 10,000 ή 20,000 αμπέρ τουλάχιστον 15 φορές, σε κάθε έναν από τους τρόπους προστασίας.
Σενάρια Τέλους Ζωής
Από το IEEE Std C62.72: Η μεγαλύτερη απειλή για τη μακροπρόθεσμη αξιοπιστία των SPD μπορεί να μην είναι οι εξάρσεις, αλλά οι επαναλαμβανόμενες στιγμιαίες ή προσωρινές υπερτάσεις (TOV ή "διογκώσεις") που μπορεί να συμβούν στο PDS. Τα SPD με MCOV-που είναι επισφαλώς κοντά στην ονομαστική τάση του συστήματος είναι πιο ευαίσθητα σε τέτοιες υπερτάσεις που μπορεί να οδηγήσουν σε πρόωρη γήρανση SPD ή πρόωρο τέλος ζωής. Ένας βασικός κανόνας που χρησιμοποιείται συχνά είναι να καθοριστεί εάν το MCOV του SPD είναι τουλάχιστον 115% της ονομαστικής τάσης του συστήματος για κάθε συγκεκριμένο τρόπο προστασίας. Αυτό θα επιτρέψει στο SPD να μην επηρεάζεται από τις κανονικές διακυμάνσεις τάσης του PDS.
Ωστόσο, εκτός από τα συνεχή γεγονότα υπέρτασης, τα SPD μπορεί να γερνούν ή να υποβαθμίζονται ή να φτάνουν στο τέλος της υπηρεσίας τους με την πάροδο του χρόνου λόγω εξάρσεων που υπερβαίνουν τις βαθμολογίες SPD για ρεύμα υπερτάσεων, το ποσοστό εμφάνισης συμβάντων υπερτάσεων, διάρκεια του κύματος , ή ο συνδυασμός αυτών των γεγονότων. Επαναλαμβανόμενα γεγονότα κύματος σημαντικού εύρους για μια χρονική περίοδο μπορεί να υπερθερμάνουν τα συστατικά του SPD και να προκαλέσουν γήρανση των προστατευτικών εξαρτημάτων υπερτάσεων. Επιπλέον, οι επαναλαμβανόμενες αυξήσεις μπορούν να προκαλέσουν πρόωρη λειτουργία αποζεύξεων SPD που ενεργοποιούνται θερμικά λόγω της θέρμανσης των εξαρτημάτων προστασίας από υπερτάσεις. Τα χαρακτηριστικά ενός SPD μπορούν να αλλάξουν καθώς φτάνει στο τέλος της υπηρεσίας του-για παράδειγμα, οι μετρημένες περιοριστικές τάσεις μπορούν να αυξηθούν ή να μειωθούν.
Σε μια προσπάθεια να αποφευχθεί η υποβάθμιση λόγω υπερτάσεων, πολλοί κατασκευαστές SPD σχεδιάζουν SPD με δυνατότητες υψηλής τάσης είτε χρησιμοποιώντας φυσικά μεγαλύτερα εξαρτήματα είτε συνδέοντας παράλληλα πολλαπλά εξαρτήματα. Αυτό γίνεται για να αποφευχθεί η πιθανότητα υπέρβασης των χαρακτηρισμών του SPD ως συγκροτήματος, εκτός από πολύ σπάνιες και εξαιρετικές περιπτώσεις. Η επιτυχία αυτής της μεθόδου υποστηρίζεται από τη μεγάλη διάρκεια ζωής και το ιστορικό των υφιστάμενων εγκατεστημένων SPD που έχουν σχεδιαστεί με αυτόν τον τρόπο.
Όσον αφορά τον συντονισμό SPD και, όπως αναφέρθηκε σε σχέση με τις διακυμάνσεις ρεύματος, είναι λογικό να υπάρχει SPD με υψηλότερες βαθμολογίες ρεύματος κύματος που βρίσκεται στον εξοπλισμό σέρβις όπου το PDS εκτίθεται περισσότερο σε αυξήσεις για την πρόληψη της πρόωρης γήρανσης. Εν τω μεταξύ, τα SPD που βρίσκονται πιο κάτω από τον εξοπλισμό σέρβις και δεν εκτίθενται σε εξωτερικές πηγές εξάρσεων ενδέχεται να έχουν μικρότερες αξιολογήσεις. Με καλό σχεδιασμό και συντονισμό συστήματος προστασίας από υπερτάσεις, η πρόωρη γήρανση SPD μπορεί να αποφευχθεί.
Άλλες αιτίες αποτυχίας SPD περιλαμβάνουν:
- Σφάλματα εγκατάστασης
- Λανθασμένη εφαρμογή ενός προϊόντος για την ονομαστική τάση του
- Διατηρούμενα γεγονότα υπέρτασης
Όταν ένα στοιχείο καταστολής αποτυγχάνει, τις περισσότερες φορές το κάνει βραχυκύκλωμα, με αποτέλεσμα το ρεύμα να αρχίζει να ρέει μέσα από το αποτυχημένο στοιχείο. Η ποσότητα του διαθέσιμου ρεύματος που ρέει μέσω αυτού του αποτυχημένου εξαρτήματος είναι συνάρτηση του διαθέσιμου ρεύματος σφάλματος και καθοδηγείται από το σύστημα ισχύος. Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τα ρεύματα βλάβης, μεταβείτε στις πληροφορίες σχετικές με την ασφάλεια SPD.
