Устройство защиты от перенапряжения постоянного тока предназначено для обеспечения защиты систем и оборудования, питающихся от постоянного тока, от внезапных скачков или перепадов напряжения. DC SPD подавляют или отводят скачки напряжения, предотвращая повреждение чувствительных электронных компонентов, сбои в работе системы и даже потерю данных.
Принцип работы
Правильный выбор, установка и обслуживание устройств защиты от перенапряжений постоянного тока необходимы для обеспечения эффективного защита от скачков напряжения в системах постоянного тока. Эффективность работы СДП постоянного тока зависит от таких факторов, как номинал перенапряжения, напряжение зажима, время срабатывания и особенности применения.
Работа устройства защиты от перенапряжения постоянного тока может быть описана следующим образом:
Рисунок 1 Устройство защиты от перенапряжения постоянного тока
Обнаружение перенапряжения
Устройство защиты от перенапряжения постоянного тока обнаруживает скачок напряжения, превышающий его номинал, в системе постоянного тока. Это устройство обычно контролирует уровень напряжения, используя специальную схему для обнаружения скачков.
Зажим напряжения
В устройствах защиты от перенапряжений постоянного тока используются такие компоненты, как металлооксидные варисторы (MOVs) или газоразрядные трубки (GDTs), обеспечивающие блокировку напряжения. Эти компоненты демонстрируют высокое сопротивление напряжению в пределах нормы, обеспечивая нормальное протекание электрического тока.
Тем не менее, скачок напряжения за пороговым значением значительно снижает сопротивление компонента, создавая низкоомный путь для тока скачка. Порог, за которым напряжение считается импульсным, называется напряжением фиксации или проходным напряжением.
Поглощение энергии
Первичные компоненты устройства защиты от перенапряжения поглощают избыточную энергию при прохождении через него скачка напряжения. Конструкция металлооксидных варисторов (MOV) такова, что они разрушаются при высоких напряжениях, рассеивая импульс в виде тепла.
Рисунок 2 Принцип работы защиты от перенапряжения постоянного тока
Классификация СПД постоянного тока
Существуют различные способы классификации устройств защиты от импульсных перенапряжений постоянного тока с учетом их конфигурации и использования общей основы. Общий метод классификации устройств защиты от импульсных перенапряжений постоянного тока основан на их основном компоненте:
Автомобильные СПД
Устройства защиты от импульсных перенапряжений в автомобильной промышленности предохраняют электронные системы и компоненты транспортных средств от разрушительных переходных процессов и скачков напряжения. Они могут возникать из-за электромагнитных помех, сброса нагрузки и индуктивной отдачи.
СПД постоянного тока с металлооксидными варисторами (MOVs)
MOV являются общими компонентами в SPD постоянного тока, которые обеспечивают фиксацию напряжения и поглощение энергии для защиты оборудования путем отвода перенапряжений. Существуют различные номиналы напряжения и конфигурации СПД постоянного тока, в которых используются металлооксидные варисторы в соответствии с их требованиями к постоянному току.
СПД постоянного тока с газоразрядными трубками (ГРТ)
GDT также являются компонентами защиты от перенапряжений, используемыми в SPD постоянного тока, обеспечивая быстрое время отклика и способность выдерживать большие импульсные токи. Такие СПД постоянного тока находят применение в системах постоянного тока, где требуется надежная защита от перенапряжений, например в телекоммуникационных системах.
СДП постоянного тока с кремниевыми лавинными диодами (SAD)
SAD - это полупроводниковые приборы, предназначенные для защиты от переходных процессов напряжения, обеспечивающие низкое напряжение фиксации и быстрое время отклика. СПД на основе SAD используются в чувствительном электронном оборудовании и системах связи, требующих точной фиксации напряжения и низких проходных напряжений.
Гибридное устройство защиты от импульсных перенапряжений
Эти устройства защиты от импульсных перенапряжений сочетают в себе множество технологий, таких как SAD, MOV и GDT, обеспечивая повышенную эффективность защиты от переходных процессов. Они используют сильные стороны отдельных компонентов для обеспечения комплексной защиты от широкого спектра переходных процессов и скачков напряжения.
Рисунок 3 Гибридное устройство защиты от перенапряжения
Фотоэлектрические устройства защиты от перенапряжения
Эти устройства защиты от перенапряжения специально разработаны для защиты фотоэлектрических систем солнечных батарей от электрических помех. Их конструкция способна справиться с исключительными требованиями солнечных установок, питающихся от постоянного тока, и обеспечить надежную работу фотоэлектрических панелей.
Рисунок 4 фотоэлектрический сетевой фильтр
Особенности DC SPD
При выборе устройства защиты от перенапряжений постоянного тока необходимо учитывать его характеристики и системные требования. Это позволит вам убедиться в том, что выбранное устройство подходит для решения поставленных задач, что снижает риск повреждения и простоя.
Различные характеристики определяют эксплуатационные возможности и надежность устройств защиты от перенапряжений постоянного тока (УЗП) в системах с постоянным током. Вот некоторые общие характеристики, описанные в устройствах защиты от перенапряжений постоянного тока:
Номинальное напряжение
Устройства защиты от импульсных перенапряжений постоянного тока имеют различные номиналы напряжения, соответствующие конкретной системе питания постоянного тока, для защиты которой они предназначены. Выбор устройства защиты от перенапряжений постоянного тока, номинальное напряжение которого соответствует или превышает номинальное напряжение системы постоянного тока, является идеальным для обеспечения эффективности работы.
Напряжение зажима
Напряжение срабатывания DC SPD - это максимальное напряжение, которое может пройти во время импульсного перенапряжения. Когда напряжение превышает напряжение фиксации, DC SPD отводит и/или поглощает переходное напряжение, защищая оборудование.
Предпочтительнее использовать SPD постоянного тока с более низким напряжением срабатывания, поскольку они ограничивают величину напряжения, доступную для оборудования. Следовательно, они обеспечивают лучшую защиту оборудования, работающего от постоянного тока.
Обработка импульсных токов
Мощность импульсного тока, которую выдерживает СДП постоянного тока, определяет максимальный импульсный ток, который он может безопасно отвести или поглотить без повреждения. СДП постоянного тока предназначены для работы с определенными импульсными токами, что делает эту характеристику жизненно важной при выборе СДП для вашего приложения.
Время отклика
Время срабатывания устройства защиты от импульсных перенапряжений постоянного тока определяет скорость реакции на импульсное перенапряжение. Устройства защиты от импульсных перенапряжений постоянного тока с быстрым временем срабатывания обеспечивают более быструю защиту от импульсных перенапряжений, начиная отвод импульсного тока раньше, что снижает вероятность повреждения.
Рисунок 5 Детали СПД постоянного тока
Сравнение СПД постоянного тока с СПД переменного тока
Основное различие между устройствами защиты от перенапряжений постоянного и переменного тока основано на используемой системе электропитания. Поэтому между ними существуют незначительные различия в отношении номинального напряжения, возможностей обработки перенапряжений, времени срабатывания и стандартов.
Следующие утверждения подчеркивают некоторые сходства и различия между устройствами защиты от импульсных перенапряжений (SPD) постоянного и переменного тока:
Обработка частот
Устройства защиты от импульсных перенапряжений, используемые в системах постоянного тока, не имеют частотных требований благодаря постоянству постоянного напряжения. С другой стороны, устройства, используемые в системах переменного тока, имеют различные частотные характеристики, требующие разного обращения.
Чувствительность к полярности
Устройства защиты от перенапряжений в системах постоянного тока чувствительны к полярности и требуют установки с правильным расположением клемм. Из-за постоянно меняющегося направления напряжения в системах переменного тока они не имеют специальных обозначений клемм.
Обнаружение и фиксация перенапряжений
В зависимости от конструкции системы SPD как постоянного, так и переменного тока противодействуют скачкам напряжения, поглощая или отводя их до безопасного уровня. Однако различия в характеристиках напряжения могут привести к изменению механизмов, применяемых для обнаружения и фиксации.
Номинальные значения напряжения
Вы найдете устройства защиты от перенапряжения постоянного и переменного тока с номинальным напряжением, соответствующим системам, в которых они используются. Большинство систем постоянного тока имеют более низкие номиналы напряжения, чем системы переменного тока, которые могут достигать 400 В.
Тип напряжения
Это принципиальное отличие: SPD постоянного тока предназначены для систем постоянного тока, а SPD переменного тока - для систем переменного тока.
Рисунок 6 AC SPD
Основные параметры СПД постоянного тока
Параметры устройства защиты от импульсных перенапряжений постоянного тока определяют его производительность и пригодность для конкретной системы постоянного тока от скачков напряжения. Поэтому для эффективного согласования необходимо тщательно учитывать эти параметры и предполагаемую систему использования.
Основные параметры, предусмотренные для устройств защиты от перенапряжений постоянного тока, включают в себя:
- Ток утечки: Когда устройство защиты от перенапряжений постоянного тока работает нормально, ток утечки характеризует минимальный ток, протекающий через него. Малый ток утечки предпочтителен, так как он приводит к уменьшению тепловыделения и потерь мощности.
- Максимальное непрерывное рабочее напряжение: Определяет напряжение постоянного тока, при превышении которого срабатывает устройство защиты от перенапряжения, в зависимости от номинального напряжения системы.
- Номинальный ток разряда: Описывает наибольшее значение тока, которое может выдать устройство защиты от перенапряжения постоянного тока при возникновении перенапряжения.
- Диапазон рабочих температур: Определяет температуру, при которой устройство защиты от перенапряжений постоянного тока может работать оптимально. Этот параметр зависит от конкретного применения, особенно если система постоянного тока, нуждающаяся в защите, работает в экстремальных температурных условиях.
- Уровень защиты по напряжению: Представляет собой максимальное напряжение на клеммах активированного устройства защиты от импульсных перенапряжений постоянного тока. Оно достигается, когда ток, проходящий через устройство защиты от перенапряжений, соответствует номинальному разряду.
Основные компоненты в СПД постоянного тока
В устройствах защиты от перенапряжений постоянного тока используются различные электронные компоненты для смягчения последствий высоковольтных перенапряжений. Эти компоненты можно разделить на различные типы, в некоторых из которых используется комбинация технологий, позволяющая использовать сильные стороны.
Некоторые из основных компонентов, используемых в устройствах защиты от перенапряжений постоянного тока, включают в себя:
- Газоотводная трубка (GDT)
Состоит из двух холодных отрицательных пластин, заключенных в стеклянную или керамическую трубку и разделенных инертным газом, обычно аргоном. В них используется вспомогательное пусковое вещество для повышения вероятности инициирования разряда, и они выпускаются в двух- и трехполюсных конфигурациях.
- Диод для подавления переходного напряжения (TVS)
Это специальные диоды, работающие в зоне пробоя, обозначенной как обратная. Они зажимают и регулируют напряжение. Сниженное напряжение зажима и быстрый отклик позволяют использовать их в многоуровневых схемах защиты в качестве последнего слоя.
- Металлооксидный варистор (MOV)
MOV - это полупроводник, в котором в качестве оксида металла используется оксид цинка, обладающий нелинейным сопротивлением. Колебания напряжения отражают изменение величины сопротивления, а принцип работы аналогичен нескольким последовательно и параллельно соединенным P-N-переходам.
- Искровой промежуток
Обычно состоит из пары металлических стержней с воздушной прослойкой и разделительным расстоянием, один стержень подключен к нейтрали или фазе силовой линии. Другой подключается к клемме заземления, и скачок напряжения разрушает разделение, отводя перенапряжение.
- Катушка дросселя
Используется ферритовый сердечник, состоящий из симметрично намотанной пары катушек одинакового размера и количества витков, в результате чего получается устройство с четырьмя выводами. Его основная задача - уменьшить значительную индуктивность сигнала общего режима при минимальном влиянии на индуктивность утечки сигналов дифференциального режима.
Преимущества использования СПД постоянного тока
Применение СПД постоянного тока позволяет эффективно снизить уязвимость систем, питающихся от постоянного тока, к скачкам напряжения, что способствует защите оборудования, повышению надежности системы и общей безопасности эксплуатации.
Ниже рассматриваются преимущества использования устройств защиты от перенапряжений постоянного тока:
- Защита оборудования: Это главное преимущество оснащения системы постоянного тока устройством защиты от перенапряжения. Оно отводит или подавляет чрезмерные скачки напряжения, предохраняя оборудование от повреждения.
- Увеличенный срок службы оборудования: Предотвращение разрушительного воздействия скачков напряжения с помощью SPD постоянного тока позволяет оборудованию работать дольше. В противном случае незащищенное оборудование легко поддается воздействию скачков напряжения, что приводит к его повреждению или снижению производительности.
- Гарантия безопасности: Когда возникают перенапряжения, они представляют угрозу безопасности, особенно в промышленных установках, использующих источники постоянного тока с высокой энергией. Поглощая или перенаправляя энергию перенапряжения, эти устройства снижают вероятность электрических сбоев, пожаров и других угроз безопасности.
- Надежность системы: Устройства защиты от импульсных перенапряжений способствуют повышению надежности системы постоянного тока, выполняя защитную функцию. Они снижают риск отказа оборудования, помогая поддерживать непрерывную работу и минимизировать перебои.
Факторы, которые следует учитывать при выборе СПД
Выбирая устройство защиты от перенапряжения постоянного тока, убедитесь, что оно совместимо с вашей системой и обеспечивает необходимую защиту. Таким образом, вы получите выгоду от его роли в минимизации потенциальных рисков, связанных с переходными процессами напряжения.
К числу ключевых факторов, которые необходимо учитывать, относятся:
- Текущий рейтинг: Номинальный ток DC SPD должен выдерживать максимальный рабочий ток системы. Таким образом, нагрузка на систему не будет перегреваться, что приведет к ее выходу из строя.
- Репутация производителя: Изучите производителя и оцените его репутацию и надежность в производстве высококачественных SPD и обеспечении отличной поддержки клиентов.
- Время отклика: Время срабатывания устройства защиты от импульсных перенапряжений указывает на скорость его реакции на импульсное перенапряжение. Вам нужно короткое время отклика, чтобы быстро справиться с переходными процессами и нейтрализовать надвигающийся ущерб.
- Соответствие стандартам: Убедитесь, что устройство защиты от перенапряжения постоянного тока соответствует необходимым отраслевым стандартам. Эти стандарты гарантируют, что приобретаемое устройство защиты от импульсных перенапряжений соответствует критериям производительности.
- Мощность импульсного тока: Оцените ожидаемую мощность импульсного тока DC SPD, чтобы убедиться, что он может эффективно справляться с импульсами, не перегружаясь.
- Номинальное напряжение: Максимальное рабочее напряжение вашей системы постоянного тока определяет номинальное напряжение вашего DC SPD. Для обеспечения эффективной защиты от перенапряжения оно должно соответствовать этому значению или превышать его.
Установка СПД постоянного тока
Установка устройства защиты от перенапряжения постоянного тока должна выполняться тщательно, чтобы избежать неэффективной работы и даже повреждения. При установке следует учитывать модель, характеристики системы и местные правила.
Вот некоторые ключевые моменты, которые необходимо учитывать в процессе установки:
- Выберите подходящее место, располагая его как можно ближе к защищаемому оборудованию. К нему также должен быть обеспечен легкий доступ при обслуживании и проверке.
- При монтаже устройства защиты от перенапряжения постоянного тока следуйте инструкциям производителя. Прочно закрепите его на подходящей поверхности, используя соответствующее оборудование и зазоры для достаточного отвода тепла и вентиляции.
- Подключите устройство защиты от перенапряжения постоянного тока к электросети в соответствии с инструкциями, используя стандартные кабели или проводники. Они должны быть надежными, с надлежащей заделкой и способными выдержать максимальный ожидаемый ток.
- Настройте надежную и низкоомную систему заземления, чтобы обеспечить безопасный отвод импульсных токов от DC SPD.
Рисунок 7 Установка DC SPD
Проверка устройства защиты от импульсных перенапряжений постоянного тока
Тестирование устройства защиты от перенапряжений постоянного тока проверяет его функциональность, обеспечивая эффективную защиту оборудования от скачков напряжения. При тестировании необходимо сравнить результаты испытаний с конкретными характеристиками, которым должно соответствовать устройство защиты от импульсных перенапряжений.
Часто используемые тесты включают:
- Тест на сопротивление изоляции: Здесь вы отключаете SPD от источника постоянного тока и измеряете сопротивление между клеммами устройства и заземления. Это позволяет убедиться в отсутствии путей утечки или неисправностей.
- Тест на падение напряжения: Этот тест гарантирует, что падение напряжения находится в заданных пределах. Перед подачей номинального напряжения и его измерением устройство подключается к источнику постоянного тока.
- Испытание на перенапряжение: Здесь проводится моделирование переходных перенапряжений путем подачи импульсов перенапряжения на устройство защиты от перенапряжений. После этого изучите формы сигналов, сравнив их со спецификациями испытаний.
Рисунок 8 Тестирование и установка СПД с пояснениями
Стандарты, используемые для СПД постоянного тока
Стандарты определяют качество, надежность и безопасность устройств защиты от перенапряжений постоянного тока. Они предоставляются регулирующими органами и включают в себя:
- ANSI/IEEE45:Дает представление о результатах испытаний устройств защиты от импульсных перенапряжений в системе постоянного тока.
- IEC61643-11: Рассматриваются методы испытаний и требования, специфичные для СПД постоянного тока, подключенных к низковольтным системам.
- IEC61643-21: Предлагает руководство по методам испытаний, характерным для СПД постоянного тока, используемых в сигнальных сетях и телекоммуникациях.
- IEC61643-22: Описывается выбор и применение СПД постоянного тока, используемых в телекоммуникационных и передающих сетях.
- Лаборатории страховщиков(UL) 1449: Описывает процедуры безопасности и эксплуатации СПД постоянного тока.
Применение СПД постоянного тока
Роль СПД постоянного тока в защите оборудования от скачков напряжения можно проиллюстрировать на примере различных приложений:
- Центры обработки данных: DC SPD являются неотъемлемой частью системы предотвращения потери данных и повреждения оборудования в устройствах хранения данных, сетевом оборудовании и серверах.
- Промышленные системы управления: Используется в устройствах управления, использующих постоянный ток, таких как датчики, программируемые логические контроллеры (ПЛК) и приводы двигателей.
- Возобновляемые источники энергии: В ветрогенераторах и фотоэлектрических установках для солнечной энергии используются SPD постоянного тока для защиты чувствительной электроники, например инверторов.
- Системы хранения: СПД постоянного тока в системах хранения, использующих энергию аккумуляторов, защищают аккумуляторные батареи, системы мониторинга и оборудование для преобразования энергии.
- Телекоммуникации: СПД постоянного тока устанавливаются на объектах связи и в центрах обработки данных для защиты критически важного оборудования, такого как линии передачи данных и источники питания.
- Транспортные системы: В электромобилях, трамваях и поездах, а также на электрических подстанциях используются СПД постоянного тока в зарядных станциях, электронных блоках управления и системах распределения питания.
Для всех устройств защиты от перенапряжения постоянного тока, Летоп готова помочь.
