Viisi ylijännitesuojien suojausmenetelmää
Ylijännitesuojausmenetelmät
1. Rinnakkaiset ylijännitesuojalaitteet (SPD) kytkettynä sähkölinjojen yli
Normaalioloissa ylijännitesuojan sisällä olevat varistorit pysyvät korkeaimpedanssisessa tilassa. Kun salama iskee sähköverkkoon tai siinä esiintyy kytkentätoimintojen aiheuttamia ohimeneviä jännitepiikkejä, suoja reagoi nanosekuntien kuluessa, jolloin varistorit siirtyvät matalaimpedanssiseen tilaan ja rauhoittavat ylijännitteen nopeasti turvalliselle tasolle. Jos pitkittyneitä jännitepiikkejä tai ylijännitteitä esiintyy, varistori heikkenee ja kuumenee, mikä laukaisee lämpökatkaisumekanismin tulipalojen estämiseksi ja laitteiden suojaamiseksi.
2. Sarjasuodattimella varustetut ylijännitesuojat, jotka on kytketty linjaan virtapiireihin
Nämä suojat tarjoavat puhdasta ja turvallista virtaa herkille elektronisille laitteille. Salamaniskut kuljettavat paitsi massiivista energiaa, myös erittäin jyrkkiä jännitteen ja virran nousunopeuksia. Vaikka rinnakkaiset ylijännitesuojat voivat vaimentaa ylijänniteamplitudeja, ne eivät voi litistää niiden teräviä aaltorintamia. Sarjasuodatintyyppiset ylijännitesuojat, jotka on kytketty linjaan tehopiirien kanssa, käyttävät MOV-transistoreita (MOV1, MOV2) ylijännitteiden vaimentamiseen nanosekunneissa. Lisäksi LC-suodatin vähentää ylijänniteaaltojen jännitteen ja virran nousunopeuksien jyrkkyyttä lähes 1 000-kertaisesti ja jäännösjännitettä viisinkertaisesti suojaten herkkiä laitteita.
3. Jännitteenrajoitusvaristoreiden asentaminen vaiheiden ja linjojen väliin ylijänniteaaltojen rajoittamiseksi
Tämä menetelmä toimii hyvin valaistuksessa, hisseissä, ilmastointilaitteissa ja moottoreissa, joilla on korkeampi ylijännitekestävyys. Se on kuitenkin vähemmän tehokas nykyaikaisissa kompakteissa elektroniikkalaitteissa, joissa on korkea integraatio. Esimerkiksi yksivaiheisissa 220 V:n vaihtovirtajärjestelmissä varistorit asennetaan tyypillisesti nollan ja maan väliin vaimentamaan indusoituja salamaniskuja. Suojauksen tehokkuus riippuu täysin varistorin valinnasta ja luotettavuudesta.
Lukitusjännite asetetaan verkon huippujännitteen (310 V) perusteella ottaen huomioon:
- 20 %:n verkkojännitevaihtelut,
- 10 % komponenttitoleranssi,
- 15 %:n luotettavuuskertoimet (ikääntyminen, kosteus, lämpö).
Tyypilliset jännitepiikit vaihtelevat siis 470 V:n ja 510 V:n välillä. Alle 470 V:n ylijännitteet kulkevat läpi koskemattomina.
Vaikka tavalliset sähkölaitteet (esim. moottorit, valaisimet) kestävät 1 500 V AC:tä (2 500 V huippu), moderni elektroniikka toimii ±5 V - ±15 V:n jännitteellä, ja maksimitoleranssit ovat alle 50 V. Alle 470 V:n suurtaajuiset piikit voivat silti kytkeytyä muuntajien ja virtalähteiden loiskapasitanssien kautta ja vahingoittaa mikropiirejä. Lisäksi varistorin jäännösjännitteen ja johtimen induktanssin vuoksi voimakkaat jännitepiikit voivat nostaa lukitustasot 800 V:sta 1 000 V:iin, mikä vaarantaa elektroniikkaa entisestään.
4. Suojauksen parantaminen erittäin eristysmuuntajilla (eristysmenetelmä)
Virtalähteen ja kuorman väliin on asetettu suojattu erotusmuuntaja estämään korkeataajuista kohinaa ja mahdollistamaan samalla asianmukaisen toisiopuolen maadoituksen. Maadoituksen suhteen suhteellinen yhteismuotoinen häiriö kytkeytyy käämien välisen kapasitanssin kautta. Ensiö- ja toisiokäämien välinen maadoitettu suoja ohjaa nämä häiriöt pois ja vähentää lähtökohinaa.
5. Absorptiomenetelmä
Absorptiokomponentit vaimentavat jännitepiikkejä vaihtamalla impedanssin korkeasta matalaan, kun kynnysjännitteet ylitetään. Yleisiä laitteita ovat:
- Varistorit – Rajoitettu virrankestokyky.
- Kaasupurkausputket (GDT)– Hidas reagointi.
- TVS-diodit / puolijohdepurkausputket – Nopeampi, mutta energian absorptiossa on tehtävä kompromisseja.
