Nola funtzionatzen du Surge Protective Device (SPD) gailuek
SPD batek banaketa elektrikoaren sareko gain-tentsioak mugatzeko gainkorronteen korronteak desbideratzeko duen ahalmena gainazalak babesteko osagaien, SPDren egitura mekanikoaren eta banaketa elektrikoaren sareko konexioaren funtzioa da. SPD batek gainkarga iragankorrak mugatu eta gainkorronte korrontea edo biak desbideratu nahi ditu. Osagai ez-lineal bat dauka gutxienez. Termino errazenetan, SPDek gain-tentsio iragankorrak mugatzea dute helburu, ekipoen kalteak eta geldialdiak saihesteko helburuarekin, babestutako gailuetara iristen diren tentsio-igoera iragankorren ondorioz.
Adibidez, kontuan hartu presio arintzeko balbula batek babestutako ur errota. Presioa arintzeko balbulak ez du ezer egiten ur horniduran gehiegizko presiozko pultsua gertatu arte. Hori gertatzen denean, balbula irekitzen da eta presio gehigarria alde batera uzten du, ur gurpilera iritsi ez dadin.
Erliebe balbula egongo ez balitz, gehiegizko presioak ur gurpila edo zerrako lotura kaltetu dezake. Erliebe balbula bere lekuan eta behar bezala funtzionatzen badu ere, presio pultsuaren aztarna batzuk gurpilera iritsiko dira. Baina presioa nahikoa murriztuko da ur gurpila ez kaltetzeko edo funtzionamendua eteteko. Honek SPDen ekintza deskribatzen du. Ekipo elektroniko sentikorren funtzionamendua kaltetu edo eragotziko ez duten mailetara murrizten dituzte iragankorrak.
Erabilitako Teknologiak
Zein teknologia erabiltzen dira SPDetan?
IEEE Std. C62.72: SPDak fabrikatzean erabilitako uhin-babeseko osagai arrunt batzuk metal oxidoaren varistoreak (MOV), elur-jausien matxura diodoak (ABDak - lehenago siliziozko elur jausien diodoak edo SADak) eta gas isurketako hodiak (GDT) dira. MOVak korronte alternoko zirkuituak babesteko gehien erabiltzen diren teknologiak dira. MOV baten goranzko korrontearen balorazioa zeharkako sekzioarekin eta bere osaerarekin lotuta dago. Orokorrean, zeharkako sekzioa zenbat eta handiagoa izan, orduan eta handiagoa izango da gailuaren gailentasun korrontea. MOVek, oro har, geometria biribila edo angeluzuzena dute, baina 7 mm (0.28 hazbeteko) eta 80 mm (3.15 hazbeteko) bitarteko dimentsio estandar ugari dituzte. Protekzioaren aurkako osagai horien gainazaleko uneko balorazioak asko aldatzen dira eta fabrikatzailearen mende daude. Klausula honetan lehen aipatu dugun bezala, MOVak array paralelo batean konektatuz gero, korronte korronteen balioa kalkulatu daiteke MOV banakoen gaineko korronte indizeak gehituz arrayaren korrontearen igoera kalifikazioa lortzeko. Hori eginez gero, hautatutako MOVen funtzionamendu-ezaugarriak koordinatzea kontuan hartu behar da.
Hipotesi ugari dago zer osagai, zer topologia eta teknologia espezifikoa hedatzeak SPD onena sortzen duen goranzko korrontea desbideratzeko. Aukera guztiak aurkeztu beharrean, hobe da igoeraren uneko kalifikazioaren, deskarga nominalaren korronteen kalifikazioaren edo uneko unitatearen gaitasunen inguruko eztabaida errendimendu probako datuen inguruan jartzea. Diseinuan erabilitako osagaiak edo zabaldutako egitura mekanikoa kontuan hartu gabe, garrantzitsuena da SPDak aplikaziorako egokia den gainkorronte korrontea edo deskarga korrontearen izendapen nominala izatea.
Osagai horien deskribapen zabalagoa egiten da. SPDetan erabilitako osagaiak nabarmen aldatzen dira. Hona hemen osagai horien lagin bat:
Oxido metalikoen varistor (MOV)
Normalean, MOVak zink oxido sinterizatuko forma biribil edo angeluzuzeneko gorputz batez osatuta daude, gehigarri egokiekin. Erabiltzen diren beste mota batzuk forma tubularrak eta geruza anitzeko egiturak dira. Varistoreek zilarrezko aleazioz edo beste metal batez osatutako partikula metalikoen elektrodoak dituzte. Baliteke elektrodoak gorputzera aplikatzea bahetze eta sinterizazio bidez edo erabilitako metalaren araberako beste prozesu batzuen bidez. Varistoreek ere askotan alanbre edo erloju bidezko kableak edo elektrodoari soldatutako beste amaiera mota batzuk izaten dituzte.
MOVen oinarrizko eroapen-mekanismoa sinterizazio-prozesuan sortutako zink oxido-aleen mugan dauden erdieroaleen loturetatik sortzen da. Varistor bilgune anitzeko gailutzat har daiteke, terminalen arteko serie-paralelo konbinazioan jarduten duten ale asko dituena. Varistor tipiko baten zeharkako ikuspegi eskematikoa 1. irudian ageri da.
Varistoreek beren terminaletan tentsio aldaketa nahiko txikia mantentzeko propietatea dute, haietatik igarotzen den korronte intentsitatea hainbat hamarkadatan zehar aldatzen den bitartean. Ekintza ez-lineal horri esker, uhin baten korrontea desbideratu dezakete lineako shuntean konektatutakoan eta lineako tentsioa linea horri konektatutako ekipamendua babesten duten balioetara mugatzeko.
Elur-jausien matxura diodoa (ADB)
Gailu hauek siliziozko elur-jauzi diodoa (SAD) edo tentsio iragankorreko supresorea (TVS) izenarekin ere ezagutzen dira. PN junturaren matxura diodoa, oinarrizko moduan, anodo batek (P) eta katodo batek (N) osatutako PN juntagailu bakarra da. Ikus 2a irudia. Korronte zirkuituko aplikazioetan, babesak alderantzizko joera du, gailuaren katodoaren (N) aldean potentzial positiboa aplikatuz. Ikus 2b irudia.
Elur-jauzien diodoak hiru eskualde operatibo ditu, 1) aurreranzko alborapena (inpedantzia txikia), 2) itzalitako egoera (inpedantzia altua) eta 3) alderantzizko alderdikeriaren matxura (inpedantzia nahiko baxua). Eskualde hauek 3. Irudian ikus daitezke. P eskualdean tentsio positiboa duten aurrerako alborapen moduan, diodoak inpedantzia oso txikia du behin tentsioak aurreratu alborapen diodoaren tentsioa gainditzen duenean, VFS. VFS normalean 1 V baino txikiagoa da eta jarraian zehazten da. Off egoera 0 V-tik N eskualdean VBR positiboaren azpitik hedatzen da. Eskualde honetan, isurtzen diren korronte bakarrak tenperaturaren araberako ihes korronteak eta matxura tentsio baxuko diodoetarako Zener tunel korronteak dira. Alderantzizko alderantzizko matxuraren eskualdea N eskualdean VBR positiboarekin hasten da. VBRean elkargunea zeharkatzen duten elektroiak lotura-eskualdeko eremu altuak nahikoa azeleratzen ditu elektroien talkek elektroien eta zuloen ur-jauzia edo elur-jausia sortzen dutela. Emaitza diodoaren erresistentziaren beherakada handia da. Bai aurreranzko alborapena eta alderantzizko alderdiketaren matxura eskualdeak erabil daitezke babeserako.
Elur-jauzi baten ezaugarri elektrikoak berez asimetrikoak dira. Atzetik bizkarrerako loturaz osatutako elur-jauzi diodoen babeserako produktu simetrikoak ere fabrikatzen dira.
Gas isurtzeko hodia (GDT)
Gasak deskargatzeko hodiek metalezko elektrodo bi edo gehiago osatzen dituzte hutsune txiki batez bereizita eta zeramikazko edo beirazko zilindro batek eutsita. Zilindroa gas nobleen nahasketa batekin betetzen da, eta horrek dirdira deskargatzen du eta, azkenean, arku egoera sortzen du elektrodoei tentsio nahikoa aplikatzen zaienean.
Hutsean zehar poliki-poliki igotzen den tentsioak elektrodoen tartea, gas presioa eta gas nahasketak zehaztutako balioa lortzen duenean, pizteko prozesua txinparta (matxura) tentsioan hasten da. Txinparta gertatu ondoren, hainbat funtzionamendu egoera posible dira, kanpoko zirkuituen arabera. Egoera hauek 4. Irudian agertzen dira distira-arku trantsizio korrontea baino txikiagoetan, distira eskualde bat existitzen da. Distira eskualdeko korronte baxuetan, tentsioa ia konstantea da; dirdira handiko korronteetan, zenbait gas hodi mota tentsioa handitzen den distira eskualde anormal batean sar daitezke. Distira-eskualde anormal horretatik harago, gasa deskargatzeko hodiaren inpedantzia txikiagotu egiten da trantsizio-eskualdean behe-tentsioko arkuaren egoerara. Arku-distira trantsizio korrontea distira-arku trantsizioa baino txikiagoa izan daiteke. GDT-ren ezaugarri elektrikoak, kanpoko zirkuituekin batera, GDT-k uhin-tentsio bat igaro ondoren itzaltzeko duen gaitasuna zehazten du, eta, gainera, deskargagailuan xahututako energia ere zehazten du.
Aplikatutako tentsioa (adibidez, iragankorra) azkar igotzen bada, ionizazio / arku eraketa prozesurako behar den denborak tentsio iragankorrak aurreko paragrafoan matxuratzeko behar den balioa gainditzea baimendu dezake. Tentsio hau bultzadaren matxura tentsio gisa definitzen da eta, oro har, aplikatutako tentsioaren igoera-tasaren (iragankorra) funtzio positiboa da.
Ganbera bakarreko hiru elektrodo GDT batek eraztuneko elektrodo batez bereizitako bi barrunbe ditu. Erdiko elektrodoaren zuloak barrunbe eroale bateko gas-plasma beste barrunbean eroapena hasteko aukera ematen du, nahiz eta beste barrunbeko tentsioa txinparta-tentsioaren azpitik egon.
Aldatzeko ekintza eta eraikuntza gogorra direla eta, GDTek SPD beste osagai batzuk gainditu ditzakete korrontea eramateko gaitasunean. Telekomunikazioko GDT askok 10 kA (8/20 µs uhin forma) arteko korronte korronteak erraz eraman ditzakete. Gainera, GDTren diseinuaren eta tamainaren arabera,> 100 kA-ko goranzko korronteak lor daitezke.
Gasak deskargatzeko hodien eraikuntza oso kapazitantzia txikia dute, normalean 2 pF baino gutxiago. Horrek maiztasun handiko zirkuitu aplikazio askotan erabiltzea ahalbidetzen du.
GDTak funtzionatzen dutenean, maiztasun handiko erradiazioak sor ditzakete, eta horrek elektronika sentikorrean eragina izan dezake. Beraz, komenigarria da GDT zirkuituak elektronikatik distantzia jakin batera jartzea. Distantzia elektronikaren sentikortasunaren eta elektronikaren babesaren araberakoa da. Efektua ekiditeko beste metodo bat GDT blindatutako itxitura batean kokatzea da.
GDTren definizioak
Hutsune bat, edo metalezko bi edo hiru elektrodo dituzten hutsune batzuk hermetikoki itxita, gas nahasketa eta presioa kontrolpean egon daitezen, aparatuak edo langileak edo biak tentsio iragankor handietatik babesteko diseinatuak.
Or
Aparatu edo langileak edo biak tentsio iragankor handietatik babesteko diseinatutako deskarga-euskarri itxian dagoen hutsunea edo hutsuneak presio atmosferikoan airea ez den beste bat.
- LCR iragazkiak
Osagai hauek aldatu egiten dira:
- energia gaitasuna
- erabilgarritasuna
- fidagarritasuna
- kostua
- eraginkortasuna
IEEE Std C62.72 etik aurrera: SPD batek banaketa elektrikoaren sareko gain-tentsioak mugatzeko gainkorronte korronteak desbideratuz gainkarga babesteko osagaien, SPD egitura mekanikoaren eta banaketa elektrikoaren sareko konexioaren funtzioa da. SPDak fabrikatzean erabilitako uhin-babeseko osagai arrunt batzuk MOVak, SASDak eta gas isurketako hodiak dira, MOVak erabilera handiena dutenak. MOV baten goranzko korrontearen balorazioa zeharkako sekzioarekin eta bere osaerarekin lotuta dago. Orokorrean, zeharkako sekzioa zenbat eta handiagoa izan, orduan eta handiagoa da gailuaren gailurraren korrontea. MOVek, oro har, geometria biribila edo angeluzuzena dute, baina 7 mm (0.28 in) eta 80 mm (3.15 in) bitarteko dimentsio estandar ugari dituzte. Gainazalen aurkako babes osagai horien gaineko uneko balorazioak asko aldatzen dira eta fabrikatzailearen mende daude. MOVak array paralelo batean konektatuz gero, korronte teorikoaren igoera kalkulatu liteke, banakako MOVen uneko balorazioak batera gehituz, array horren korronte nominala lortzeko.
Hipotesi ugari dago zer osagai, zer topologia eta teknologia espezifikoa hedatzeak SPD onena sortzen duen goranzko korrontea desbideratzeko. Argudio horiek guztiak aurkeztu eta irakurleari gai horiek deszifratzen utzi beharrean, hobe da igoeraren uneko kalifikazioaren, deskarga nominalaren korronteen kalifikazioaren edo uneko unitatearen gaitasunen inguruko eztabaida errendimendu probako datuen inguruan jartzea. Diseinuan erabilitako osagaiak edo zabaldutako egitura mekanikoa kontuan hartu gabe, garrantzitsuena da SPD-k aplikazioarentzako egokia den igoera-korronte nominala edo deskarga nominala duen korronte nominala izatea eta, garrantzitsuena, SPD-k iragankorra mugatzen duela ekipamenduan babesten diren kalteak ekiditen dituzten mailetara gain-tentsioak espero den uhin ingurunea kontuan hartuta.
Oinarrizko eragiketa moduak
SPD gehienek oinarrizko hiru funtzionamendu modu dituzte:
- Itxaroten
- desbideratu
Modu bakoitzean, korrontea SPD bidez igarotzen da. Ulertuko ez dena da, ordea, modu bakoitzean korronte mota desberdina egon daitekeela.
Itxaroteko modua
Banaketa elektrikoaren sistema baten barruan "energia garbia" hornitzen den energia normalean, SPDk gutxieneko funtzioa betetzen du. Itxaroteko moduan, SPD gain-tentsioa noiz gertatuko zain dago eta korronte alternoko energia gutxi edo batere ez kontsumitzen du; batez ere monitorizazio zirkuituek erabiltzen dutena.
Desbideratze modua
Gaintentsio iragankorreko gertakari bat sumatzean, SPD desbideratze modura aldatzen da. SPD baten xedea kaltetutako bulkada korrontea karga kritikoetatik aldentzea da, aldi berean sortzen duen tentsio magnitudea maila baxu eta kaltegarrira murrizten duen bitartean.
ANSI / IEEE C62.41.1-2002-k definitzen duen moduan, korronte iragankor tipiko batek ziklo baten zati bat baino ez du irauten (mikrosegunduak), denbora zati bat 60Hz-ko seinale sinusoidalaren etengabeko fluxuarekin alderatuta.
Korronte handiaren magnitudea iturburuaren menpe dago. Tximistek, adibidez, gertakari arraroetan ehunka mila amperetik gorako korronte magnitudeak izan ditzakete. Instalazio baten barruan, ordea, barnean sortutako gertakari iragankorrek korronte magnitude txikiagoak sortuko dituzte (milaka edo ehun amperen baino gutxiago).
SPD gehienak korronte handiko korronte handiak kudeatzeko diseinatuta daudenez, errendimendu-erreferentzia bat da produktuaren probatutako Isurketa Korronte nominala (In). Sarritan akats korrontearekin nahastu ohi da, baina ez du loturarik, korronte magnitude handi hori produktuak probatutako erresistentzia ahalmenaren erakusgarri da.
IEEE Std. C62.72: Deskarga Korronte Nominalak SPDren gaitasuna baliatzen du hautatutako balio bateko korronte-gorakada errepikakorrak (15 igoera guztira) kalteturik, degradaziorik edo SPD baten neurriko tentsio mugatuko errendimenduaren aldaketarik gabe jasateko. Isurketa Korronte Nominalaren probak SPD osoa hartzen du gainazalen aurkako babes osagai guztiak eta barne edo kanpoko SPD deskonektagailuak. Proban zehar, ez dago osagai edo deskonektorerik baimenduta huts egiteko, zirkuitua irekitzeko, hondatzeko edo hondatzeko. Balorazio jakin bat lortzeko, neurtu den tentsio mugatzailearen errendimendu maila mantendu behar da aurreko probaren eta testaren ondorengo konparazioaren artean. Proba hauen helburua SPD baten gaitasuna eta errendimendua erakustea da, kasu batzuetan larriak diren baina zerbitzu ekipamenduan, instalazio batean edo instalazio kokapenean espero litezkeen gorakaden aurrean.
Adibidez, SPD batek deskarga korronte nominala 10,000 edo 20,000 amp-ko ahalmena duen modu bakoitzeko esan nahi du produktuak 10,000 edo 20,000 amp-ko korronte iragankor bat gutxienez 15 aldiz jasan behar duela gutxienez, babes modu bakoitzean.
Bizitzaren amaiera eszenatokiak
IEEE Std C62.72 etik aurrera: SPDen epe luzeko fidagarritasunerako mehatxu handiena ez da igoerak izan, PDS-en gerta daitezkeen aldi baterako edo aldi baterako gain-tentsio errepikatuak (TOV edo "swells") errepikatuak izan daitezke. MCOV duten SPDak - sistema tentsio nominaletik gertu daudenak, tentsio handiagoak jasaten dituzte eta horrek SPD zahartze zaharra edo bizitza amaierako goiztiarra izan dezakete. Askotan erabili ohi den araua SPDren MCOVa gutxienez sistemako tentsio nominalaren% 115a den babes modu zehatz bakoitzerako zehaztea da. Horri esker, SPDak ez du PDSren tentsio aldakuntza arrunten eraginik izango.
Hala ere, tentsio handiko gertaera iraunkorrak alde batera utzita, SPDak zahartu egin daitezke, edo degradatu edo zerbitzu amaierako egoerara irits daitezke denboran zehar gainkorronte elektrikoaren SPDak gainditzen dituzten gorakadak direla eta, gorakadaren gertakarien tasa, gorakadaren iraupena , edo gertaera horien konbinazioa. Denbora-tarte batean anplitude nabarmeneko gorakada errepikakorrek SPD osagaiak berotu ditzakete eta gainazalen babes osagaiak zahartu egin daitezke. Gainera, gorakada errepikakorrek aktibatuta dauden SPD disonektoreak goiztiarra izatea eragin dezakete gainazaleko babes osagaien berokuntzaren ondorioz. SPD baten ezaugarriak alda daitezke zerbitzuaren amaierako egoerara iristean - adibidez, neurtutako tentsio mugatzaileak handitu edo txikitu egin daitezke.
Gorakadek eragindako degradazioa ekiditeko ahaleginean, SPD fabrikatzaile askok korronte handiko gaitasun handiko SPDak diseinatzen dituzte, osagai fisikoki handiagoak erabiliz edo osagai ugari paraleloan konektatuz. SPDren muntaia gisa balorazioak gainditzeko probabilitatea saihesteko egiten da, oso kasu arraro eta salbuespenetan izan ezik. Metodo honen arrakastak modu honetan diseinatutako instalatutako SPDen bizitza luzea eta historia onartzen du.
SPDren koordinazioari dagokionez eta, batez besteko korronteen kalifikazioei dagokienez, esan bezala, logikoa da SPDa gaineko korronteen kalifikazio altuagoa duten zerbitzu ekipamenduan kokatuta egotea, PDSa gehiegikeria gehien jasaten duen zahartze goiztiarra prebenitzen laguntzeko; bien bitartean, kanpoko igoera-iturrien eraginpean ez dauden zerbitzu-ekipamenduetatik beherago dauden SPDek kalifikazio txikiagoak izan ditzakete. Olatuen aurkako babes sistemaren diseinu eta koordinazio onarekin, SPD zahartze goiztiarra ekidin daiteke.
SPD porrotaren beste kausa batzuk hauek dira:
- Instalazio akatsak
- Produktu baten aplikazio okerra bere tentsio kalifikaziorako
- Tentsio handiko gertaera iraunkorrak
Ezabatzeko osagai batek huts egiten duenean, gehienetan labur gisa egiten du eta korrontea huts egiten duen osagaian zehar hasten da. Huts egindako osagai honetatik igarotzeko dagoen korronte kopurua eskuragarri dagoen akats korrontearen funtzioa da eta sistema elektrikoak gidatzen du. Matxuren korronteei buruzko informazio gehiago eskuratzeko, joan SPD segurtasunari buruzko informazioa.
