อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) ทำงานอย่างไร

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) ทำงานอย่างไร

ความสามารถของ SPD ในการจำกัดแรงดันไฟฟ้าเกินในเครือข่ายการจ่ายไฟฟ้าโดยการเปลี่ยนกระแสไฟกระชากเป็นหน้าที่ของส่วนประกอบป้องกันไฟกระชาก โครงสร้างทางกลของ SPD และการเชื่อมต่อกับเครือข่ายการจ่ายไฟฟ้า SPD มีวัตถุประสงค์เพื่อจำกัดแรงดันไฟเกินชั่วคราวและเปลี่ยนกระแสไฟกระชาก หรือทั้งสองอย่าง ประกอบด้วยองค์ประกอบที่ไม่เชิงเส้นอย่างน้อยหนึ่งองค์ประกอบ ในแง่ที่ง่ายที่สุด SPD มีวัตถุประสงค์เพื่อจำกัดแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราวโดยมีเป้าหมายในการป้องกันความเสียหายของอุปกรณ์และการหยุดทำงานเนื่องจากแรงดันไฟกระชากชั่วคราวไปถึงอุปกรณ์ที่ป้องกัน

ตัวอย่างเช่น พิจารณาโรงสีน้ำที่มีวาล์วระบายแรงดันป้องกันไว้ วาล์วระบายแรงดันไม่ทำอะไรเลยจนกว่าจะเกิดแรงดันเกินเกิดขึ้นในแหล่งจ่ายน้ำ เมื่อเกิดเหตุการณ์ดังกล่าว วาล์วจะเปิดขึ้นและแบ่งแรงดันส่วนเกินออกไป เพื่อไม่ให้ไปถึงกังหันน้ำ

หากไม่มีวาล์วระบายแรงดัน แรงดันที่มากเกินไปอาจทำให้วงล้อน้ำเสียหาย หรือบางทีข้อต่อของเลื่อยอาจเสียหายได้ แม้ว่าวาล์วระบายจะเข้าที่และทำงานอย่างถูกต้อง แต่พัลส์แรงดันบางส่วนจะยังคงไปถึงล้อ แต่แรงดันจะลดลงจนไม่ทำให้กังหันน้ำเสียหายหรือขัดขวางการทำงานของกังหันน้ำ สิ่งนี้อธิบายการกระทำของ SPD ลดระดับชั่วคราวให้อยู่ในระดับที่จะไม่เกิดความเสียหายหรือขัดขวางการทำงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความละเอียดอ่อน

เทคโนโลยีที่ใช้

เทคโนโลยีใดบ้างที่ใช้ใน SPD

จาก IEEE มาตรฐาน C62.72: ส่วนประกอบป้องกันไฟกระชากทั่วไปบางส่วนที่ใช้ในการผลิต SPD ได้แก่ วาริสเตอร์ของโลหะ (MOV) ไดโอดพังทลาย (ABDs - เดิมเรียกว่าไดโอดหิมะถล่มซิลิคอนหรือ SAD) และท่อปล่อยก๊าซ (GDT) MOV เป็นเทคโนโลยีที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับการป้องกันวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ พิกัดกระแสไฟกระชากของ MOV สัมพันธ์กับพื้นที่หน้าตัดและองค์ประกอบของมัน โดยทั่วไป ยิ่งพื้นที่หน้าตัดใหญ่เท่าใด ค่ากระแสไฟกระชากของอุปกรณ์ก็จะยิ่งสูงขึ้น MOV โดยทั่วไปมีรูปทรงทรงกลมหรือสี่เหลี่ยม แต่มีขนาดมาตรฐานมากมายตั้งแต่ 7 มม. (0.28 นิ้ว) ถึง 80 มม. (3.15 นิ้ว) พิกัดกระแสไฟกระชากของส่วนประกอบป้องกันไฟกระชากเหล่านี้แตกต่างกันอย่างมากและขึ้นอยู่กับผู้ผลิต ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ในข้อนี้ โดยการเชื่อมต่อ MOVs ในอาร์เรย์แบบขนาน ค่ากระแสไฟกระชากสามารถคำนวณได้โดยเพียงแค่เพิ่มการจัดอันดับกระแสไฟกระชากของ MOV แต่ละรายการเข้าด้วยกันเพื่อให้ได้อัตรากระแสไฟกระชากของอาร์เรย์ ในการทำเช่นนั้น ควรพิจารณาถึงการประสานงานลักษณะการทำงานของ MOV ที่เลือก

มีสมมติฐานมากมายเกี่ยวกับองค์ประกอบใด โทโพโลยีใด และการใช้เทคโนโลยีเฉพาะทำให้เกิด SPD ที่ดีที่สุดสำหรับการเปลี่ยนกระแสไฟกระชาก แทนที่จะนำเสนอตัวเลือกทั้งหมด เป็นการดีที่สุดที่การอภิปรายเกี่ยวกับการจัดอันดับกระแสไฟกระชาก พิกัดกระแสไฟจ่ายที่กำหนด หรือความสามารถกระแสไฟกระชากจะหมุนรอบข้อมูลการทดสอบประสิทธิภาพ โดยไม่คำนึงถึงส่วนประกอบที่ใช้ในการออกแบบ หรือโครงสร้างทางกลเฉพาะที่ปรับใช้ สิ่งที่สำคัญคือ SPD มีพิกัดกระแสไฟกระชากหรือพิกัดกระแสไฟที่คายประจุที่เหมาะสมกับการใช้งาน

คำอธิบายที่กว้างขวางยิ่งขึ้นของส่วนประกอบเหล่านี้มีดังนี้ ส่วนประกอบที่ใช้ใน SPD แตกต่างกันมาก นี่คือตัวอย่างส่วนประกอบเหล่านั้น:

• วาริสเตอร์เมทัลออกไซด์ (MOV)

โดยทั่วไปแล้ว MOVs ประกอบด้วยสังกะสีออกไซด์ที่เผาผนึกรูปร่างกลมหรือสี่เหลี่ยมพร้อมสารเติมแต่งที่เหมาะสม การใช้งานประเภทอื่นๆ ได้แก่ รูปทรงท่อและโครงสร้างหลายชั้น วาริสเตอร์มีอิเล็กโทรดอนุภาคโลหะซึ่งประกอบด้วยโลหะผสมเงินหรือโลหะอื่นๆ อิเล็กโทรดอาจถูกนำไปใช้กับร่างกายโดยการคัดกรองและการเผาผนึกหรือโดยกระบวนการอื่น ๆ ขึ้นอยู่กับโลหะที่ใช้ วาริสเตอร์มักจะมีสายหรือตะกั่วแท็บ หรือการสิ้นสุดประเภทอื่นที่อาจบัดกรีกับอิเล็กโทรด

กลไกการนำพื้นฐานของ MOVs เป็นผลมาจากจุดเชื่อมต่อเซมิคอนดักเตอร์ที่ขอบของเมล็ดซิงค์ออกไซด์ที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการเผาผนึก วาริสเตอร์อาจถือได้ว่าเป็นอุปกรณ์ที่มีหลายจุดเชื่อมต่อซึ่งมีเกรนจำนวนมากทำหน้าที่ผสมกันแบบอนุกรม-ขนานระหว่างขั้ว มุมมองตัดขวางแบบแผนผังของวาริสเตอร์ทั่วไปแสดงไว้ในรูปที่ 1

วาริสเตอร์มีคุณสมบัติในการรักษาการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าที่ค่อนข้างเล็กทั่วทั้งขั้ว ในขณะที่กระแสไฟกระชากที่ไหลผ่านนั้นจะแตกต่างกันไปตามขนาดหลายทศวรรษ การกระทำที่ไม่เป็นเชิงเส้นนี้ช่วยให้พวกเขาสามารถเปลี่ยนกระแสของไฟกระชากเมื่อเชื่อมต่อแบบแบ่งข้ามเส้นและจำกัดแรงดันไฟฟ้าข้ามเส้นให้เป็นค่าที่ป้องกันอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อกับสายนั้น

• ไดโอดพังทลาย (ADB)

อุปกรณ์เหล่านี้เรียกอีกอย่างว่าซิลิคอนหิมะถล่ม (SAD) หรือตัวป้องกันแรงดันไฟชั่วขณะ (TVS) ไดโอดแยกสลาย PN ในรูปแบบพื้นฐานคือจุดต่อ PN เดี่ยวที่ประกอบด้วยแอโนด (P) และแคโทด (N) ดูรูปที่ 2a ในการใช้งานวงจรไฟฟ้ากระแสตรง ตัวป้องกันจะเอนเอียงแบบย้อนกลับเพื่อให้ศักย์บวกถูกนำไปใช้กับด้านแคโทด (N) ของอุปกรณ์ ดูรูปที่ 2b.

ไดโอดหิมะถล่มมีพื้นที่การทำงานสามส่วน 1) ไบแอสไปข้างหน้า (อิมพีแดนซ์ต่ำ) 2) สถานะปิด (อิมพีแดนซ์สูง) และ 3) การแยกไบแอสย้อนกลับ (อิมพีแดนซ์ค่อนข้างต่ำ) บริเวณเหล่านี้สามารถเห็นได้ในรูปที่ 3 ในโหมดไบแอสไปข้างหน้าที่มีแรงดันบวกบนภูมิภาค P ไดโอดจะมีอิมพีแดนซ์ต่ำมากเมื่อแรงดันไฟฟ้าเกินแรงดันไบแอสไดโอดไปข้างหน้า VFS VFS มักจะน้อยกว่า 1 V และถูกกำหนดไว้ด้านล่าง สถานะปิดขยายจาก 0 V ไปอยู่ต่ำกว่า VBR บวกบนขอบเขต N ในภูมิภาคนี้ กระแสที่ไหลเพียงอย่างเดียวคือกระแสรั่วไหลที่ขึ้นกับอุณหภูมิและกระแสของอุโมงค์ซีเนอร์สำหรับไดโอดแรงดันพังทลายต่ำ บริเวณการแยกส่วนอคติแบบย้อนกลับเริ่มต้นด้วย VBR ที่เป็นบวกในพื้นที่ N ที่ VBR อิเล็กตรอนที่ข้ามทางแยกจะถูกเร่งให้เพียงพอโดยสนามสูงในบริเวณทางแยกที่การชนกันของอิเล็กตรอนส่งผลให้เกิดน้ำตกหรือหิมะถล่มของอิเล็กตรอนและรูที่ถูกสร้างขึ้น ผลที่ได้คือความต้านทานของไดโอดลดลงอย่างรวดเร็ว ทั้งบริเวณอคติไปข้างหน้าและส่วนการแยกส่วนอคติย้อนกลับสามารถใช้สำหรับการป้องกันได้

ลักษณะทางไฟฟ้าของไดโอดหิมะถล่มนั้นไม่สมมาตรอย่างแท้จริง นอกจากนี้ยังมีการผลิตผลิตภัณฑ์ป้องกันไดโอดหิมะถล่มแบบสมมาตรซึ่งประกอบด้วยทางแยกแบบ back-to-back

• ท่อระบายแก๊ส (GDT)

ท่อจ่ายก๊าซประกอบด้วยอิเล็กโทรดโลหะตั้งแต่สองขั้วขึ้นไปคั่นด้วยช่องว่างเล็กๆ และยึดไว้โดยกระบอกเซรามิกหรือแก้ว กระบอกสูบเต็มไปด้วยส่วนผสมของก๊าซมีตระกูล ซึ่งจะเกิดประกายไฟออกมาเป็นการปล่อยแสงและสุดท้ายจะเกิดสภาวะอาร์คเมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าที่เพียงพอกับอิเล็กโทรด

เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ ข้ามช่องว่างถึงค่าที่กำหนดโดยระยะห่างของอิเล็กโทรด แรงดันแก๊ส และส่วนผสมของแก๊ส กระบวนการเปิดเครื่องจะเริ่มต้นที่แรงดันไฟฟ้าจุดประกายไฟ (การพัง) เมื่อเกิดประกายไฟขึ้น สถานะการทำงานต่างๆ จะเป็นไปได้ ขึ้นอยู่กับวงจรภายนอก สถานะเหล่านี้แสดงในรูปที่ 4 ที่กระแสน้อยกว่ากระแสการเปลี่ยนจากเรืองแสงสู่ส่วนโค้ง จะมีขอบเขตการเรืองแสงอยู่ ที่กระแสต่ำในบริเวณเรืองแสง แรงดันไฟจะเกือบคงที่ ที่กระแสไฟเรืองแสงสูง ท่อก๊าซบางชนิดอาจเข้าสู่บริเวณที่เรืองแสงผิดปกติซึ่งแรงดันไฟเพิ่มขึ้น นอกเหนือจากบริเวณเรืองแสงที่ผิดปกตินี้ อิมพีแดนซ์ของท่อจ่ายก๊าซจะลดลงในช่วงการเปลี่ยนภาพเป็นสภาวะอาร์กแรงดันต่ำ กระแสการเปลี่ยนจากอาร์คเป็นโกลว์อาจต่ำกว่าการเปลี่ยนจากแสงเป็นอาร์ค ลักษณะทางไฟฟ้าของ GDT ร่วมกับวงจรภายนอก จะกำหนดความสามารถของ GDT ในการดับไฟหลังจากผ่านกระแสไฟกระชาก และยังกำหนดพลังงานที่กระจายไปในตัวดักจับระหว่างไฟกระชาก

หากแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ (เช่น ชั่วคราว) เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว เวลาที่ใช้สำหรับกระบวนการไอออไนซ์/การเกิดอาร์คอาจทำให้แรงดันไฟฟ้าชั่วคราวเกินค่าที่จำเป็นสำหรับการแยกย่อยในย่อหน้าก่อนหน้า แรงดันไฟฟ้านี้ถูกกำหนดให้เป็นแรงดันพังทลายของแรงกระตุ้น และโดยทั่วไปแล้วเป็นฟังก์ชันเชิงบวกของอัตราการเพิ่มของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ (ชั่วคราว)

GDT สามขั้วในห้องเดียวมีช่องว่างสองช่องคั่นด้วยอิเล็กโทรดวงแหวนตรงกลาง รูในอิเล็กโทรดตรงกลางช่วยให้แก๊สพลาสมาจากช่องนำไฟฟ้าเพื่อเริ่มต้นการนำไฟฟ้าในอีกช่องหนึ่ง แม้ว่าแรงดันในโพรงอื่นอาจต่ำกว่าแรงดันไฟเหนือประกายไฟก็ตาม

เนื่องจากการสลับการทำงานและโครงสร้างที่ทนทาน GDT สามารถเกินส่วนประกอบ SPD อื่นๆ ในความสามารถในการรองรับกระแสไฟ GDT โทรคมนาคมจำนวนมากสามารถบรรทุกกระแสไฟกระชากได้สูงถึง 10 kA (รูปคลื่น 8/20 µs) ได้อย่างง่ายดาย นอกจากนี้ ขึ้นอยู่กับการออกแบบและขนาดของ GDT กระแสไฟกระชากที่ >100 kA สามารถทำได้

โครงสร้างท่อระบายแก๊สมีความจุต่ำมาก โดยทั่วไปแล้วจะน้อยกว่า 2 pF ซึ่งช่วยให้ใช้งานวงจรความถี่สูงได้หลายแบบ

เมื่อ GDT ทำงาน พวกมันอาจสร้างรังสีความถี่สูง ซึ่งอาจส่งผลต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความละเอียดอ่อน ดังนั้นจึงควรวางวงจร GDT ที่ระยะห่างจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ระยะทางขึ้นอยู่กับความไวของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และการป้องกันอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้ดีเพียงใด อีกวิธีหนึ่งในการหลีกเลี่ยงผลกระทบคือการวาง GDT ไว้ในกล่องหุ้มที่มีฉนวนหุ้ม

คำจำกัดความสำหรับ GDT

ช่องว่างหรือช่องว่างหลายช่องที่มีอิเล็กโทรดโลหะสองหรือสามอันปิดผนึกอย่างผนึกแน่นเพื่อให้ส่วนผสมของก๊าซและความดันอยู่ภายใต้การควบคุม ออกแบบมาเพื่อปกป้องเครื่องมือหรือบุคลากร หรือทั้งสองอย่าง จากแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะสูง

Or

ช่องว่างหรือช่องว่างในตัวกลางปล่อยแบบปิด นอกเหนือจากอากาศที่ความดันบรรยากาศ ออกแบบมาเพื่อป้องกันเครื่องมือหรือบุคลากร หรือทั้งสองอย่าง จากแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะสูง

• ฟิลเตอร์ LCR

ส่วนประกอบเหล่านี้แตกต่างกันไปตาม:

• ความสามารถด้านพลังงาน
• ความพร้อมใช้งาน
• ความเชื่อถือได้
• ราคา
• ประสิทธิผล

จาก IEEE Std C62.72: ความสามารถของ SPD ในการจำกัดแรงดันไฟเกินบนเครือข่ายการจ่ายไฟฟ้าโดยการเปลี่ยนกระแสไฟกระชากเป็นหน้าที่ของส่วนประกอบป้องกันไฟกระชาก โครงสร้างทางกลของ SPD และการเชื่อมต่อกับเครือข่ายการจ่ายไฟฟ้า ส่วนประกอบป้องกันไฟกระชากทั่วไปบางส่วนที่ใช้ในการผลิต SPD ได้แก่ MOV, SASD และท่อจ่ายก๊าซ โดย MOV มีการใช้งานมากที่สุด พิกัดกระแสไฟกระชากของ MOV สัมพันธ์กับพื้นที่หน้าตัดและองค์ประกอบของมัน โดยทั่วไป ยิ่งพื้นที่หน้าตัดกว้างเท่าใด ค่ากระแสไฟกระชากของอุปกรณ์ก็จะยิ่งสูงขึ้น MOV โดยทั่วไปมีรูปทรงทรงกลมหรือสี่เหลี่ยม แต่มีขนาดมาตรฐานมากมายตั้งแต่ 7 มม. (0.28 นิ้ว) ถึง 80 มม. (3.15 นิ้ว) พิกัดกระแสไฟกระชากของส่วนประกอบป้องกันไฟกระชากเหล่านี้แตกต่างกันอย่างมากและขึ้นอยู่กับผู้ผลิต โดยการเชื่อมต่อ MOVs ในอาร์เรย์แบบขนาน สามารถคำนวณอัตรากระแสไฟกระชากตามทฤษฎีได้โดยเพียงแค่เพิ่มการจัดอันดับปัจจุบันของ MOV แต่ละรายการเข้าด้วยกันเพื่อรับคะแนนกระแสไฟกระชากของอาร์เรย์

มีสมมติฐานมากมายเกี่ยวกับองค์ประกอบใด โทโพโลยีใด และการใช้เทคโนโลยีเฉพาะทำให้เกิด SPD ที่ดีที่สุดสำหรับการเปลี่ยนกระแสไฟกระชาก แทนที่จะนำเสนอข้อโต้แย้งทั้งหมดเหล่านี้และให้ผู้อ่านถอดรหัสหัวข้อเหล่านี้ เป็นการดีที่สุดที่การอภิปรายเกี่ยวกับการจัดอันดับกระแสไฟกระชาก พิกัดกระแสไฟที่จ่ายออกเล็กน้อย หรือความสามารถกระแสไฟกระชากจะพิจารณาจากข้อมูลการทดสอบประสิทธิภาพ โดยไม่คำนึงถึงส่วนประกอบที่ใช้ในการออกแบบหรือโครงสร้างทางกลเฉพาะที่ปรับใช้ สิ่งที่สำคัญคือ SPD มีพิกัดกระแสไฟกระชากหรือพิกัดกระแสไฟที่คายประจุที่เหมาะสมกับการใช้งาน และที่สำคัญที่สุดคือ SPD จะจำกัดกระแสไฟชั่วขณะ แรงดันไฟเกินจนถึงระดับที่ป้องกันความเสียหายต่ออุปกรณ์ที่ได้รับการปกป้องจากสภาวะแวดล้อมที่คาดไว้

โหมดการทำงานพื้นฐาน

SPD ส่วนใหญ่มีโหมดการทำงานพื้นฐานสามโหมด:

• รอ
• สนุก

ในแต่ละโหมด กระแสจะไหลผ่าน SPD อย่างไรก็ตาม สิ่งที่อาจไม่เข้าใจก็คือ กระแสประเภทต่าง ๆ สามารถมีอยู่ได้ในแต่ละโหมด

โหมดรอคอย

ภายใต้สถานการณ์พลังงานปกติเมื่อมีการจ่าย "พลังงานสะอาด" ภายในระบบจำหน่ายไฟฟ้า SPD จะทำหน้าที่น้อยที่สุด ในโหมดรอ SPD กำลังรอให้เกิดแรงดันไฟเกินและกินไฟ ac น้อยหรือไม่มีเลย เป็นหลักที่ใช้โดยวงจรตรวจสอบ

โหมดเปลี่ยนเส้นทาง

เมื่อตรวจพบเหตุการณ์แรงดันไฟเกินชั่วคราว SPD จะเปลี่ยนเป็นโหมดเปลี่ยนเส้นทาง จุดประสงค์ของ SPD คือเพื่อเบี่ยงเบนกระแสอิมพัลส์ที่สร้างความเสียหายออกจากโหลดที่สำคัญ ในขณะที่ลดขนาดแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นไปพร้อมกันให้อยู่ในระดับที่ต่ำและไม่เป็นอันตราย

ตามที่กำหนดโดย ANSI/IEEE C62.41.1-2002 กระแสชั่วคราวโดยทั่วไปจะกินเวลาเพียงเสี้ยวของรอบ (ไมโครวินาที) ซึ่งเป็นเศษส่วนของเวลาเมื่อเปรียบเทียบกับการไหลต่อเนื่องของสัญญาณไซน์ 60Hz

ขนาดของกระแสไฟกระชากขึ้นอยู่กับแหล่งที่มา ตัวอย่างเช่น สายฟ้าฟาด ซึ่งในเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นได้ยากอาจมีขนาดปัจจุบันเกินหลายแสนแอมป์ ภายในอาคารสถานที่ เหตุการณ์ชั่วคราวที่สร้างขึ้นภายในจะสร้างกระแสไฟที่ต่ำกว่า (น้อยกว่าสองสามพันหรือร้อยแอมป์)

เนื่องจาก SPD ส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบมาเพื่อรองรับกระแสไฟกระชากขนาดใหญ่ เกณฑ์มาตรฐานประสิทธิภาพอย่างหนึ่งคือค่าพิกัดกระแสไฟที่กำหนด (ใน) ที่ทดสอบแล้วของผลิตภัณฑ์ มักสับสนกับกระแสไฟฟ้าขัดข้อง แต่ไม่เกี่ยวข้อง กระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่นี้เป็นเครื่องบ่งชี้ว่าผลิตภัณฑ์ผ่านการทดสอบความสามารถในการทนต่อการทำซ้ำแล้ว

จาก IEEE มาตรฐาน C62.72: Nominal Discharge Current Rating ใช้ความสามารถของ SPD ในการรับกระแสไฟกระชากซ้ำ ๆ (ไฟกระชากทั้งหมด 15 ครั้ง) ของค่าที่เลือกโดยไม่มีความเสียหาย การเสื่อมสภาพ หรือการเปลี่ยนแปลงในการจำกัดประสิทธิภาพแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้ของ SPD การทดสอบ Nominal Discharge Current รวมถึง SPD ทั้งหมด รวมถึงส่วนประกอบป้องกันไฟกระชากและตัวถอด SPD ภายในหรือภายนอก ในระหว่างการทดสอบ ห้ามมิให้ส่วนประกอบหรือตัวตัดการเชื่อมต่อทำงานล้มเหลว เปิดวงจร เสียหายหรือเสื่อมคุณภาพ เพื่อให้ได้คะแนนเฉพาะ ระดับประสิทธิภาพแรงดันไฟฟ้าจำกัดที่วัดได้ของ SPD จะต้องคงไว้ระหว่างการเปรียบเทียบก่อนการทดสอบและหลังการทดสอบ จุดประสงค์ของการทดสอบเหล่านี้คือเพื่อแสดงให้เห็นถึงความสามารถและประสิทธิภาพของ SPD ในการตอบสนองต่อไฟกระชากที่ในบางกรณีอาจรุนแรงแต่อาจเกิดขึ้นที่อุปกรณ์บริการ ภายในโรงงาน หรือที่สถานที่ติดตั้ง

ตัวอย่างเช่น SPD ที่มีความจุกระแสไฟดิสชาร์จที่ระบุ 10,000 หรือ 20,000 แอมป์ต่อโหมดหมายความว่าผลิตภัณฑ์ควรสามารถทนต่อขนาดกระแสไฟชั่วคราวที่ 10,000 หรือ 20,000 แอมป์ได้อย่างปลอดภัยอย่างน้อย 15 ครั้ง ในแต่ละโหมดการป้องกัน

ฉากจบชีวิต

จาก IEEE Std C62.72: ภัยคุกคามที่ยิ่งใหญ่ที่สุดต่อความน่าเชื่อถือในระยะยาวของ SPD อาจไม่ใช่ไฟกระชาก แต่แรงดันไฟเกินชั่วขณะหรือชั่วคราว (TOVs หรือ "swells") ที่อาจเกิดขึ้นบน PDS SPD ที่มี MCOV – ซึ่งอยู่ใกล้กับแรงดันไฟฟ้าของระบบเล็กน้อยอย่างล่อแหลมจะอ่อนไหวต่อแรงดันไฟเกินดังกล่าว ซึ่งอาจนำไปสู่การเสื่อมสภาพของ SPD ก่อนวัยอันควรหรือการสิ้นสุดอายุการใช้งานก่อนวัยอันควร กฎทั่วไปที่มักใช้คือการพิจารณาว่า MCOV ของ SPD มีอย่างน้อย 115% ของแรงดันไฟฟ้าระบบที่ระบุสำหรับโหมดการป้องกันเฉพาะแต่ละโหมดหรือไม่ ซึ่งจะทำให้ SPD ไม่ได้รับผลกระทบจากความแปรผันของแรงดันไฟฟ้าปกติของ PDS

อย่างไรก็ตาม นอกเหนือจากเหตุการณ์แรงดันไฟเกินที่คงอยู่ SPD สามารถมีอายุ หรือลดลง หรือถึงสภาวะสิ้นสุดการให้บริการเมื่อเวลาผ่านไป เนื่องจากไฟกระชากที่เกินพิกัด SPD สำหรับกระแสไฟกระชาก อัตราการเกิดเหตุการณ์ไฟกระชาก ระยะเวลาของไฟกระชาก หรือการรวมกันของเหตุการณ์เหล่านี้ เหตุการณ์ไฟกระชากซ้ำๆ ของแอมพลิจูดที่มีนัยสำคัญในช่วงระยะเวลาหนึ่งอาจทำให้ส่วนประกอบ SPD ร้อนเกินไป และทำให้ส่วนประกอบป้องกันไฟกระชากมีอายุมากขึ้น นอกจากนี้ ไฟกระชากซ้ำๆ อาจทำให้ตัวตัดการเชื่อมต่อ SPD ที่ถูกกระตุ้นด้วยความร้อนทำงานก่อนเวลาอันควรเนื่องจากความร้อนของส่วนประกอบป้องกันไฟกระชาก ลักษณะของ SPD สามารถเปลี่ยนแปลงได้เมื่อถึงสภาวะสิ้นสุดการให้บริการ ตัวอย่างเช่น แรงดันไฟฟ้าจำกัดที่วัดได้สามารถเพิ่มหรือลดลงได้

ในความพยายามที่จะหลีกเลี่ยงการเสื่อมสภาพอันเนื่องมาจากไฟกระชาก ผู้ผลิต SPD หลายรายจึงออกแบบ SPD ที่มีความสามารถกระแสไฟกระชากสูงโดยใช้ส่วนประกอบที่มีขนาดใหญ่กว่าจริงหรือโดยการเชื่อมต่อส่วนประกอบหลายชิ้นแบบขนานกัน สิ่งนี้ทำเพื่อหลีกเลี่ยงโอกาสที่คะแนนของ SPD ในการประกอบจะเกินพิกัด ยกเว้นในกรณีที่หายากมากและพิเศษ ความสำเร็จของวิธีนี้ได้รับการสนับสนุนจากอายุการใช้งานที่ยาวนานและประวัติของ SPD ที่มีอยู่ซึ่งติดตั้งไว้ซึ่งได้รับการออกแบบในลักษณะนี้

ในส่วนที่เกี่ยวกับการประสานงานของ SPD และตามที่ระบุไว้ในส่วนที่เกี่ยวกับการจัดอันดับกระแสไฟกระชาก มีเหตุผลที่จะมี SPD ที่มีพิกัดกระแสไฟกระชากที่สูงกว่าตั้งอยู่ที่อุปกรณ์บริการที่ PDS สัมผัสกับไฟกระชากมากที่สุดเพื่อช่วยในการป้องกันการชราภาพก่อนวัยอันควร ในขณะเดียวกัน SPD ดาวน์ไลน์เพิ่มเติมจากอุปกรณ์บริการที่ไม่ได้สัมผัสกับแหล่งไฟกระชากภายนอกอาจมีคะแนนน้อยกว่า ด้วยการออกแบบและการประสานงานของระบบป้องกันไฟกระชากที่ดี จึงสามารถหลีกเลี่ยงการเสื่อมสภาพของ SPD ก่อนวัยอันควรได้

สาเหตุอื่นๆ ของความล้มเหลวของ SPD ได้แก่:

• ข้อผิดพลาดในการติดตั้ง
• การใช้ผลิตภัณฑ์ในทางที่ผิดสำหรับระดับแรงดันไฟฟ้า
• เหตุการณ์แรงดันไฟเกินอย่างต่อเนื่อง

เมื่อส่วนประกอบการปราบปรามล้มเหลว มักจะทำอย่างนั้นในระยะสั้น ทำให้กระแสเริ่มไหลผ่านส่วนประกอบที่ล้มเหลว ปริมาณกระแสที่สามารถไหลผ่านส่วนประกอบที่ล้มเหลวนี้เป็นฟังก์ชันของกระแสไฟฟ้าขัดข้องที่มีอยู่และขับเคลื่อนโดยระบบไฟฟ้า สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ Fault Currents ให้ไปที่ข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยของ SPD