Toitepingekaitse põhimõte
Surge Protective Device (SPD), tuntud ka kui liigpingekaitse, on mittelineaarne kaitseseade, mida kasutatakse pinge all olevates süsteemides, et piirata mööduvat liigpinget ja juhtida tühjenemise liigvoolu. Seda kasutatakse madala pingetaluvusega elektri- või elektroonikasüsteemide kaitsmiseks pikselöögi, elektromagnetiliste impulsside või tööülepingekahjustuste eest. Viimastel aastatel on elektroonilised infosüsteemid (näiteks televisioon, telefon, side, arvutivõrgud jne) kiiresti arenenud ning tekkinud ja populariseerunud on suur hulk elektroonilisi infoseadmeid. Seda tüüpi süsteemid ja seadmed on sageli kallid ja olulised, madala tööpingega ja taluvad pingetaset, muutes need välgu elektromagnetiliste impulsside suhtes väga vastuvõtlikuks. Seetõttu tuleks ülepingekaitseks kasutada SPD-d.
Erinevate riikide järgitavate erinevate standardite tõttu ei ole toodete spetsifikatsioonid ühtsed ning ka parameetrite tuvastamisel on oma rõhk, mis jääb teistele elektritoodete spetsifikatsioonidele kõvasti alla, mis toob projekteerimisele ja valikule suuri ebamugavusi. Inseneridisainis võib levinud kaubamärgid päritolukoha järgi jagada peamiselt kodumaisteks, Euroopa toodeteks ja Ameerika toodeteks. Kodumaiste toodete parameetrite seadistused on kaootilised, erinevate spetsifikatsioonide ja kõrge jääkpingega. Mõned standarditud tootemudelid on seatud jäljendama Euroopa tooteid, teised aga järgivad riiklikke standardseid parameetreid. Enamikul toodetel on märgistus In ja Imax. Kuna kodumaistele toodetele on kasutuskohtadele esitatavad nõuded madalad, hoonete madal tase ja seadmete kõrged pingetaluvusväärtused, saab mõningaid parameetrinõudeid asjakohaselt leevendada.
Euroopa tooted on üldjuhul märgistatud maksimaalse tühjenemisvooluga ja selle parameetri alusel määratakse ka toote mudel. Näiteks Euroopa tuntud kaubamärk XXX65 ja XXX40, kus 65 ja 40 väärtused on Imax. Hiina standardid näevad aga selgelt ette, et valikul tuleb kasutada nimilahendusvoolu In, mis on praegu inseneriprojektis ette tulnud ebamugav olukord. Pärast tooteteabe kontrollimist ei ületa In väärtus XX65 20 kA ja In väärtus XX40 ei ületa 15 kA. Kui järgitakse GB50343 soovituslikke väärtusi, saab neid kahte toodet kasutada ainult kolmeastmeliseks kaitseks varustuse lõpus. Kuid tegelikus projekteerimises on need paigaldatud esimesele ja teisele tasandile, mis on selgelt vastuolus riiklike standardite valikuparameetritega, ja jääkpinge on kõrge. Tavalised mudelid ületavad tavaliselt 1200 V. Kui juhtmestiku keskkond pole hea, on seadme vastupidavuspinge väärtust lihtne ületada. Üldiselt on Euroopa toodetel suhteliselt väike Uc väärtus ja need on liinipinge märgistamisel oportunistlikud, mistõttu on mudelite valimisel lihtsam eksitada.
SPD tööpõhimõte
Ülepingekaitse sobib 220/380V madalpinge toiteallika kaitseks ja on mittelineaarne komponent. IEC standardite kohaselt on liigpingekaitse seade, mida kasutatakse peamiselt ülekandeliini liigpinge ja -voolu summutamiseks. Peamine nõue, et liigpingekaitse täidaks kaitsvat rolli, on taluda eeldatavat piksevoolu ja tõhusalt kustutada piksevoolu järel tekkiv võimsussageduslik pidevvool liigpinge maksimaalse kinnituspinge kaudu. See piirab elektriliinile või signaaliülekandeliinile siseneva hetkelise liigpinge pingevahemikku, mida seade või süsteem talub, või juhib tugeva välguvoolu maasse, et kaitsta kaitstud seadet või süsteemi löögist põhjustatud kahjustuste eest.
Liigpingekaitsmete tüübid ja struktuurid varieeruvad olenevalt nende erinevatest kasutusviisidest, kuid need sisaldavad vähemalt ühte mittelineaarset pinget piiravat elementi. Tavaliselt kasutatavate liigpingekaitsmete hulka kuuluvad MOV-id (MetalOxideVaristorid) ja gaaslahendustorud. Elektripinged sisaldavad võimsat energiat ja neid ei saa peatada. Sel põhjusel on tundlike elektriseadmete kaitsmise strateegia liigpingekahjustuste eest suunata liigpinge seadmetelt ja seejärel voolata maasse.
Ülepingekaitse MOV koosneb kolmest osast: keskel on metalloksiidmaterjal, mis on kahe pooljuhi abil ühendatud toiteallika ja maandusjuhtmega. Kui tekib tõus, tegutseb MOV kohe reaktsiooniajaga 1-3 nanosekundit. MOV-i "V" on reostaat. Reageerimishetkel langeb MOV takistus oma maksimumväärtuselt peaaegu nulli oomini ja MOV kaudu voolab maasse liigvool. Kaitstud elektriseadmed jätkavad tööd tavapärase tööpingega. Selle pooljuhtkomponentidel on omadus muuta takistust pingemuutustega. Kui pinge langeb alla kindla väärtuse, tekitab elektronide liikumine pooljuhis suure takistuse. Vastupidi, kui pinge ületab selle konkreetse väärtuse, muutub elektronide liikumine ja pooljuhtide takistus väheneb peaaegu nulli oomini. Pinge on normaalne ja liigpingekaitse MOV on küljel tühikäigul, ilma et see mõjutaks elektriliini.
Ülepingekaitseseadmete (MOV) eeliste ja puuduste indikaatorid on järgmised: (1) Kinnituspinge: tähistab pinge väärtust, mis põhjustab MOV-ide ühendamise maandusjuhtmega. Mida madalam on kinnituspinge, seda parem on kaitse jõudlus. (2) Energia neeldumis-/hajumisvõime: see nimiväärtus näitab džaulides, kui palju energiat suudab liigpingekaitse enne mahapõletamist neelata. Mida kõrgem väärtus, seda parem on kaitse jõudlus. (3) Reageerimisaeg: liigpingekaitsed ei katke kohe ja nende reageerimine liigpingetele viibib veidi.
Teine levinud liigpingekaitseseade on gaaslahendustoru. Nendel gaaslahendustorudel on sama funktsioon nagu MOV-idel, liigutades liigset voolu pingestatud juhtmest maandusjuhtmele ja saavutades selle funktsiooni, kasutades kahe juhtme vahel juhina inertgaasi. Kui pinge on kindlas vahemikus, määrab gaasi koostis, et tegemist on halva juhiga. Kui pinge tõuseb ja ületab selle vahemiku, on voolu tugevus piisav gaasi ioniseerimiseks, muutes gaaslahendustoru väga heaks juhiks. See juhib voolu maandusjuhtmele, kuni pinge taastub normaalsele tasemele, ja muutub seejärel vigaseks juhiks
