В последние годы, с развитием науки и техники, технологической нацией бытовых приборов и улучшением требований к мощности для электронного оборудования, существует большое количество крупномасштабных или сверхмасштабных интегральных схем, которые очень чувствительны к перенапряжению внутри такого электронного оборудования, так что потери, вызванные напряжением, увеличиваются. Учитывая сложившуюся ситуацию, в "Кодекс по проектированию молниезащиты зданий" GB50057-94 (издание 2000 года) добавлена глава VI - Электромагнитная защита от молнии. В соответствии с этим требованием некоторые производители также представили соответствующие продукты для защиты от перенапряжения, которые мы часто называем сетевыми фильтрами. Для защиты электрических и электронных систем, включая все активные проводники в зоне защиты электромагнитной совместимости, крайне важно создать полноценную систему выравнивания потенциалов. Физические характеристики разрядных компонентов в различных устройствах защиты от перенапряжения имеют преимущества и недостатки в практическом применении, поэтому более широкое распространение получают схемы защиты, использующие несколько частей.
Тем не менее, он может удовлетворить все технические требования к разряднику грозового тока, который может проводить импульсный ток 10/350 мкс с современным техническим уровнем, вставному сетевому фильтру для вторичного распределения питания, устройству защиты электропитания и фильтру питания. Поэтому продуктовая линейка скудная. Также в эту номенклатуру продукции должны входить разрядники для всех цепей, т.е. помимо источников питания, для измерений, управления, цепей технического регулирования, электронных цепей передачи данных, а также беспроводной и проводной связи, чтобы ими могли пользоваться потребители.
Дается краткое введение в несколько часто используемых продуктов защиты от перенапряжений, а также краткий анализ их характеристик и применимых случаев.
1 Система выравнивания потенциалов
Основной принцип защиты от перенапряжения заключается в том, что переходное перенапряжение происходит в момент времени (микросекундный или наносекундный уровень). Равнопотенциал должен быть достигнут между всеми металлическими частями в защищаемой зоне. «Эквипотенциал – это использование соединительных проводов или протекторов от перенапряжения для подключения устройств молниезащиты, металлоконструкций зданий, внешних проводников, электрических и телекоммуникационных устройств и т.д., в пространстве, где требуется молниезащита». ("Технические условия на проектирование зданий с молниезащитой") (GB50057-94). «Целью выравнивания потенциалов является уменьшение разности потенциалов между металлическими деталями и системами в помещениях, требующих молниезащиты» (IEC13123.4). «Нормы проектирования молниезащиты для зданий» (GB50057-94) предусматривают: «Статья 3.1.2 Для зданий, оборудованных устройствами молниезащиты, когда устройства молниезащиты не могут быть изолированы от других объектов и людей в здании, они должны быть оснащены уравновешенным потенциалом». При создании этой сети выравнивания потенциалов следует позаботиться о том, чтобы сохранить кратчайшее расстояние между электрическим и электронным оборудованием, которое должно обмениваться информацией, и соединительными проводами между ремнем выравнивания потенциалов.
Согласно теореме об индукции, чем больше индуктивность, тем выше напряжение, создаваемое переходным током в цепи; (U=L·di/dt> Индуктивность в основном связана с длиной провода и имеет мало общего с поперечным сечением провода. Поэтому его следует держать проводом заземления как можно короче. Кроме того, параллельное подключение нескольких проводов может значительно снизить индуктивность системы компенсации потенциала. Чтобы реализовать эти два варианта на практике, теоретически возможно соединить все цепи, которые должны быть подключены к устройству выравнивания потенциалов. Он крепится к той же металлической пластине, что и оборудование. Исходя из концепции металлической пластины, при модернизации системы выравнивания потенциалов можно использовать линейную, звездообразную или сетчатую структуру. В принципе, при проектировании нового оборудования — связующей системы следует использовать только эквипотенциальность сетки.
2 Подключите линии электропитания к системе выравнивания потенциалов
Так называемое переходное напряжение или переходный ток означает, что время его существования составляет всего микросекунды или наносекунды. Основной принцип защиты от перенапряжений заключается в установлении равнопотенциального потенциала между всеми проводящими частями в защищаемой зоне в течение короткого периода времени, когда существует переходное перенапряжение. К таким проводящим элементам также относятся линии электропередач в электрических цепях. Поэтому нужны компоненты, которые реагируют быстрее микросекунд, особенно на электростатический разряд.
Быстрее, чем наносекунды. Такие элементы способны выдавать мощные токи до нескольких десятков тысяч ампер за короткие промежутки времени. Ветер до 50 кА рассчитывается при импульсах 10/350μS при ожидаемых условиях удара молнии. С помощью готового устройства выравнивания потенциалов можно быстро сформировать эквипотенциальный остров, а разность потенциалов этого эквипотенциального островка на расстоянии может достигать даже сотен тысяч вольт. Однако важно то, что в защищаемой зоне все проводящие части могут считаться имеющими почти равные или равные потенциалы без существенной разности потенциалов.
3 Установка и функционирование сетевого фильтра
Электрические компоненты защиты от перенапряжений делятся на мягкие и сложные по характеристикам отклика. К разрядным элементам с жесткими характеристиками отклика относятся газоразрядные трубки и разрядные разрядники, либо угловые искровые разрядники, основанные на технологии дугового прерывания, либо коаксиальные разрядные искровые разрядники. К разрядным элементам, относящимся к характеристикам мягкого отклика, относятся варисторы и диоды-подавители. (Наш сетевой фильтр является слабым реакцией.) Разница между этими компонентами заключается в разрядной способности, характеристиках отклика и остаточном напряжении. Поскольку эти компоненты имеют свои преимущества и недостатки, люди объединяют их в специальные схемы защиты, чтобы усилить сильные стороны и избежать слабых. Обычно используемыми сетевыми фильтрами в гражданских зданиях являются в основном разрядные разрядники щелевого типа и варисторные разрядники.
Токи молнии и токи после молнии требуют чрезвычайно мощных разрядников. Для проведения тока молнии через систему выравнивания потенциалов в заземляющее устройство рекомендуется использовать токовые грозоотводы с угловыми искровыми разрядниками по методике дугового прерывания. Только он может проводить импульсный ток 10/350 мкс более 50 кА и осуществлять автоматическое гашение дуги. Номинальное напряжение этого продукта может достигать 400 В. Кроме того, этот разрядник не вызовет перегорания предохранителя с номиналом 125 А, когда ток короткого замыкания достигает 4 кА.
Благодаря его хорошим эксплуатационным характеристикам значительно улучшаются бесперебойные рабочие характеристики приборов и оборудования, установленных на охраняемой территории. Однако следует отметить, что может быть обработан не только ток с высокой амплитудой, но и, что более важно, форма импульса тока играет решающую роль. Оба эти фактора должны рассматриваться одновременно. Таким образом, хотя угловой искровой разрядник также может проводить токи до 100 кА, его форма импульса короче (8/80 μс). Такие импульсы представляют собой импульсные импульсы тока, которые до октября 1992 года были конструкторской основой для разработки современных грозоотводов.
Хотя разрядник имеет хорошую разрядную способность, у него всегда есть свои недостатки: его остаточное напряжение достигает 2,5 ~ 3,5 кВ. Поэтому, когда грозоотвод установлен в целом, его нужно использовать в сочетании с другими разрядниками.
К таким продуктам в основном относятся Limitor MB, Limitor NB-B, LimitorG-B, Limited GN-B компании Asia Brown Boffary (ABB); DEHNportMaxi (10/350 μс, 50 кА/фаза), DEHNport255 (10/350 μс, 75 кА/фаза); Германия угловой разрядник PHOENIX: FLT60-400 (10/350μс, 60 кА фаза), FLT25-400 (10/350 мкс, 25 кА фаза); Сетевой фильтр PRF1 от Schneider; Серия VBF от MOELLER.
Варисторы функционируют как множество двунаправленных подавительных диодов последовательно и параллельно и работают как резисторы, зависящие от напряжения. Когда напряжение превышает указанное напряжение, варистор может проводить электричество; Когда напряжение ниже заданного напряжения, варистор не проводит электричество. Таким образом, варистор может играть идеальную роль в ограничении напряжения. Варисторы работают чрезвычайно быстро, с временем отклика в низком наносекундном диапазоне.
Варистор, обычно используемый в блоке питания, может проводить ток с ограничением 40 кА8/20 мкс импульса, поэтому он очень подходит для разрядника второй ступени блока питания. Но он не идеален в качестве разрядника грозового тока. В документе IEC1024-1 Международного комитета по электронным технологиям указано, что объем обрабатываемого заряда составляет 10/350μс, что эквивалентно 20-кратному объему заряда в случае импульса 8/20μс.
( 10/350) μс=20xQ(8/20) μс
Из этой формулы видно, что важно обращать внимание не только на амплитуду разрядного тока, но и на форму импульса. Недостатком варистора является то, что он легко стареет и обладает высокой емкостью. Кроме того, происходит поломка диодного элемента. Поскольку, в большинстве случаев, короткое замыкание происходит при перегрузке PN-перехода, в зависимости от того, как часто он нагружается, варистор начинает потреблять токи утечки, которые могут стать причиной погрешностей в данных измерений нечувствительных к данным испытаний цепей. В то же время, особенно при высоких номинальных напряжениях, он будет выделять интенсивное тепло в ходе.
Высокая емкость варистора во многих случаях делает невозможным его использование в линиях передачи сигнала. Емкость и индуктивность провода образуют цепь нижних частот, которая значительно ослабляет сигнал. Но затухание ниже примерно 30 кГц пренебрежимо мало. К таким продуктам в основном относятся Limitor V от ABB, Limited VTS, Limitor VE, Limitor VETS, LimitorGE-S; Сменные сетевые фильтры Schneider серии PRD; продукты MOELLER серий VR7, VS7; DEHNguard385 от DEHN (8/20 мкс, фаза 40 кА), DEHNguard275 (8/20 мкс, фаза 40 кА); VAL-MS400ST (8/20 мкс, фаза 40 кА), VAL-ME400ST/FM (8/20 мкс, 40 кА/фаза) от PHOENIX, Германия; Ma Shen DB30-4A/B (8/20μс, 30 кА/фаза), DB40-4A/B (8/20μс, 40 кА фаза).
4 Установите сетевой фильтр по схеме защиты от перенапряжения
Узел (тип монтажа на рейку, тип розетки, адаптер), содержащий один элемент защиты или комбинированную схему защиты, интегрированную в соответствии с техническими условиями установки, называется разрядником.
Защиту от перенапряжения практически во всех случаях следует делить как минимум на два уровня. Например, каждый разрядник, содержащий только один уровень безопасности, может быть установлен в разных местах блока питания. Один и тот же разрядник также может иметь несколько уровней защиты. Для достижения адекватной защиты от перенапряжения людям потребуется защищать диапазон различных делений электромагнитной совместимости, этот диапазон защиты, в том числе от зоны защиты от грозы 0 до зоны защиты от перенапряжения 1 до 3, до тех пор, пока зона защиты от напряжения помех не будет иметь более высокий серийный номер. Зоны защиты от электромагнитной совместимости от 0 до 3 установлены во избежание повреждения оборудования из-за высокоэнергетической связи. Защита от электромагнитной совместимости с более высоким серийным номером настроена на предотвращение искажения и потери информации. Чем выше номер зоны защиты, тем ниже ожидаемая энергия возмущения и уровень напряжения возмущения. Электрическое и электронное оборудование, которое нуждается в защите, установлено в очень эффективном защитном кольце. Такое защитное кольцо может быть для отдельного элемента электронного оборудования, помещения с несколькими электронными типами оборудования или даже для всего здания, проходящего через него. Провода, которые обычно имеют защитное кольцо, экранированное пространством, подключаются к ограничителю защиты от напряжения одновременно с периферийным оборудованием защитного круга.
Тем не менее, он может удовлетворить все технические требования к разряднику грозового тока, который может проводить импульсный ток 10/350 мкс с современным техническим уровнем, вставному сетевому фильтру для вторичного распределения питания, устройству защиты электропитания и фильтру питания. Поэтому продуктовая линейка скудная. Также в эту номенклатуру продукции должны входить разрядники для всех цепей, т.е. помимо источников питания, для измерений, управления, цепей технического регулирования, электронных цепей передачи данных, а также беспроводной и проводной связи, чтобы ими могли пользоваться потребители.
Дается краткое введение в несколько часто используемых продуктов защиты от перенапряжений, а также краткий анализ их характеристик и применимых случаев.
1 Система выравнивания потенциалов
Основной принцип защиты от перенапряжения заключается в том, что переходное перенапряжение происходит в момент времени (микросекундный или наносекундный уровень). Равнопотенциал должен быть достигнут между всеми металлическими частями в защищаемой зоне. «Эквипотенциал – это использование соединительных проводов или протекторов от перенапряжения для подключения устройств молниезащиты, металлоконструкций зданий, внешних проводников, электрических и телекоммуникационных устройств и т.д., в пространстве, где требуется молниезащита». ("Технические условия на проектирование зданий с молниезащитой") (GB50057-94). «Целью выравнивания потенциалов является уменьшение разности потенциалов между металлическими деталями и системами в помещениях, требующих молниезащиты» (IEC13123.4). «Нормы проектирования молниезащиты для зданий» (GB50057-94) предусматривают: «Статья 3.1.2 Для зданий, оборудованных устройствами молниезащиты, когда устройства молниезащиты не могут быть изолированы от других объектов и людей в здании, они должны быть оснащены уравновешенным потенциалом». При создании этой сети выравнивания потенциалов следует позаботиться о том, чтобы сохранить кратчайшее расстояние между электрическим и электронным оборудованием, которое должно обмениваться информацией, и соединительными проводами между ремнем выравнивания потенциалов.
Согласно теореме об индукции, чем больше индуктивность, тем выше напряжение, создаваемое переходным током в цепи; (U=L·di/dt> Индуктивность в основном связана с длиной провода и имеет мало общего с поперечным сечением провода. Поэтому его следует держать проводом заземления как можно короче. Кроме того, параллельное подключение нескольких проводов может значительно снизить индуктивность системы компенсации потенциала. Чтобы реализовать эти два варианта на практике, теоретически возможно соединить все цепи, которые должны быть подключены к устройству выравнивания потенциалов. Он крепится к той же металлической пластине, что и оборудование. Исходя из концепции металлической пластины, при модернизации системы выравнивания потенциалов можно использовать линейную, звездообразную или сетчатую структуру. В принципе, при проектировании нового оборудования — связующей системы следует использовать только эквипотенциальность сетки.
2 Подключите линии электропитания к системе выравнивания потенциалов
Так называемое переходное напряжение или переходный ток означает, что время его существования составляет всего микросекунды или наносекунды. Основной принцип защиты от перенапряжений заключается в установлении равнопотенциального потенциала между всеми проводящими частями в защищаемой зоне в течение короткого периода времени, когда существует переходное перенапряжение. К таким проводящим элементам также относятся линии электропередач в электрических цепях. Поэтому нужны компоненты, которые реагируют быстрее микросекунд, особенно на электростатический разряд.
Быстрее, чем наносекунды. Такие элементы способны выдавать мощные токи до нескольких десятков тысяч ампер за короткие промежутки времени. Ветер до 50 кА рассчитывается при импульсах 10/350μS при ожидаемых условиях удара молнии. С помощью готового устройства выравнивания потенциалов можно быстро сформировать эквипотенциальный остров, а разность потенциалов этого эквипотенциального островка на расстоянии может достигать даже сотен тысяч вольт. Однако важно то, что в защищаемой зоне все проводящие части могут считаться имеющими почти равные или равные потенциалы без существенной разности потенциалов.
3 Установка и функционирование сетевого фильтра
Электрические компоненты защиты от перенапряжений делятся на мягкие и сложные по характеристикам отклика. К разрядным элементам с жесткими характеристиками отклика относятся газоразрядные трубки и разрядные разрядники, либо угловые искровые разрядники, основанные на технологии дугового прерывания, либо коаксиальные разрядные искровые разрядники. К разрядным элементам, относящимся к характеристикам мягкого отклика, относятся варисторы и диоды-подавители. (Наш сетевой фильтр является слабым реакцией.) Разница между этими компонентами заключается в разрядной способности, характеристиках отклика и остаточном напряжении. Поскольку эти компоненты имеют свои преимущества и недостатки, люди объединяют их в специальные схемы защиты, чтобы усилить сильные стороны и избежать слабых. Обычно используемыми сетевыми фильтрами в гражданских зданиях являются в основном разрядные разрядники щелевого типа и варисторные разрядники.
Токи молнии и токи после молнии требуют чрезвычайно мощных разрядников. Для проведения тока молнии через систему выравнивания потенциалов в заземляющее устройство рекомендуется использовать токовые грозоотводы с угловыми искровыми разрядниками по методике дугового прерывания. Только он может проводить импульсный ток 10/350 мкс более 50 кА и осуществлять автоматическое гашение дуги. Номинальное напряжение этого продукта может достигать 400 В. Кроме того, этот разрядник не вызовет перегорания предохранителя с номиналом 125 А, когда ток короткого замыкания достигает 4 кА.
Благодаря его хорошим эксплуатационным характеристикам значительно улучшаются бесперебойные рабочие характеристики приборов и оборудования, установленных на охраняемой территории. Однако следует отметить, что может быть обработан не только ток с высокой амплитудой, но и, что более важно, форма импульса тока играет решающую роль. Оба эти фактора должны рассматриваться одновременно. Таким образом, хотя угловой искровой разрядник также может проводить токи до 100 кА, его форма импульса короче (8/80 μс). Такие импульсы представляют собой импульсные импульсы тока, которые до октября 1992 года были конструкторской основой для разработки современных грозоотводов.
Хотя разрядник имеет хорошую разрядную способность, у него всегда есть свои недостатки: его остаточное напряжение достигает 2,5 ~ 3,5 кВ. Поэтому, когда грозоотвод установлен в целом, его нужно использовать в сочетании с другими разрядниками.
К таким продуктам в основном относятся Limitor MB, Limitor NB-B, LimitorG-B, Limited GN-B компании Asia Brown Boffary (ABB); DEHNportMaxi (10/350 μс, 50 кА/фаза), DEHNport255 (10/350 μс, 75 кА/фаза); Германия угловой разрядник PHOENIX: FLT60-400 (10/350μс, 60 кА фаза), FLT25-400 (10/350 мкс, 25 кА фаза); Сетевой фильтр PRF1 от Schneider; Серия VBF от MOELLER.
Варисторы функционируют как множество двунаправленных подавительных диодов последовательно и параллельно и работают как резисторы, зависящие от напряжения. Когда напряжение превышает указанное напряжение, варистор может проводить электричество; Когда напряжение ниже заданного напряжения, варистор не проводит электричество. Таким образом, варистор может играть идеальную роль в ограничении напряжения. Варисторы работают чрезвычайно быстро, с временем отклика в низком наносекундном диапазоне.
Варистор, обычно используемый в блоке питания, может проводить ток с ограничением 40 кА8/20 мкс импульса, поэтому он очень подходит для разрядника второй ступени блока питания. Но он не идеален в качестве разрядника грозового тока. В документе IEC1024-1 Международного комитета по электронным технологиям указано, что объем обрабатываемого заряда составляет 10/350μс, что эквивалентно 20-кратному объему заряда в случае импульса 8/20μс.
( 10/350) μс=20xQ(8/20) μс
Из этой формулы видно, что важно обращать внимание не только на амплитуду разрядного тока, но и на форму импульса. Недостатком варистора является то, что он легко стареет и обладает высокой емкостью. Кроме того, происходит поломка диодного элемента. Поскольку, в большинстве случаев, короткое замыкание происходит при перегрузке PN-перехода, в зависимости от того, как часто он нагружается, варистор начинает потреблять токи утечки, которые могут стать причиной погрешностей в данных измерений нечувствительных к данным испытаний цепей. В то же время, особенно при высоких номинальных напряжениях, он будет выделять интенсивное тепло в ходе.
Высокая емкость варистора во многих случаях делает невозможным его использование в линиях передачи сигнала. Емкость и индуктивность провода образуют цепь нижних частот, которая значительно ослабляет сигнал. Но затухание ниже примерно 30 кГц пренебрежимо мало. К таким продуктам в основном относятся Limitor V от ABB, Limited VTS, Limitor VE, Limitor VETS, LimitorGE-S; Сменные сетевые фильтры Schneider серии PRD; продукты MOELLER серий VR7, VS7; DEHNguard385 от DEHN (8/20 мкс, фаза 40 кА), DEHNguard275 (8/20 мкс, фаза 40 кА); VAL-MS400ST (8/20 мкс, фаза 40 кА), VAL-ME400ST/FM (8/20 мкс, 40 кА/фаза) от PHOENIX, Германия; Ma Shen DB30-4A/B (8/20μс, 30 кА/фаза), DB40-4A/B (8/20μс, 40 кА фаза).
4 Установите сетевой фильтр по схеме защиты от перенапряжения
Узел (тип монтажа на рейку, тип розетки, адаптер), содержащий один элемент защиты или комбинированную схему защиты, интегрированную в соответствии с техническими условиями установки, называется разрядником.
Защиту от перенапряжения практически во всех случаях следует делить как минимум на два уровня. Например, каждый разрядник, содержащий только один уровень безопасности, может быть установлен в разных местах блока питания. Один и тот же разрядник также может иметь несколько уровней защиты. Для достижения адекватной защиты от перенапряжения людям потребуется защищать диапазон различных делений электромагнитной совместимости, этот диапазон защиты, в том числе от зоны защиты от грозы 0 до зоны защиты от перенапряжения 1 до 3, до тех пор, пока зона защиты от напряжения помех не будет иметь более высокий серийный номер. Зоны защиты от электромагнитной совместимости от 0 до 3 установлены во избежание повреждения оборудования из-за высокоэнергетической связи. Защита от электромагнитной совместимости с более высоким серийным номером настроена на предотвращение искажения и потери информации. Чем выше номер зоны защиты, тем ниже ожидаемая энергия возмущения и уровень напряжения возмущения. Электрическое и электронное оборудование, которое нуждается в защите, установлено в очень эффективном защитном кольце. Такое защитное кольцо может быть для отдельного элемента электронного оборудования, помещения с несколькими электронными типами оборудования или даже для всего здания, проходящего через него. Провода, которые обычно имеют защитное кольцо, экранированное пространством, подключаются к ограничителю защиты от напряжения одновременно с периферийным оборудованием защитного круга.