Suojakomponentit ja suojakytkennät

Ylijännitteiden ilmetessä on kyseessä olevat laitteet ja johdot oikosuljettava erittäin nopeasti potentiaalintasauksen avulla. Tätä varten käytettävissä on erilaisilla ominaisuuksilla saatavia suojakomponentteja. Nämä suojakomponentit eroavat toisistaan lähinnä reagointiaikansa ja virranpurkukykynsä osalta.

Purkausdiodit

Purkausdiodin kytkentämerkit ja U/I-ominaiskäyrät  

Purkausdiodin kytkentämerkit ja U/I-ominaiskäyrät

Ominaisuudet:

  • Toiminto määritellään yleisesti hienosuojaukseksi.
  • Reagoi erittäin nopeasti.
  • Alhainen jäännösjännite.
  • Vakiomallissa alhainen kuormitettavuus ja suuri kapasiteetti.
    • 5 V nimellisjännitteellä maksimaalinen purkauskapasiteetti on n. 750 A.
    • Nimellisjännitteen ollessa suurempi purkauskapasiteetti on selvästi alhaisempi.

Erityispiirteet:

On olemassa myös diodeja, joiden nimellisjännite on korkeampi ja purkauskapasiteetti suurempi. Nämä mallit ovat kuitenkin huomattavasti suurempia, eikä niitä juurikaan käytetä yhdistetyissä suojakytkennöissä.

Selitykset:

UR = Estojännite
UB = Läpilyöntijännite
UC = Jäännösjännite
IPP = Syöksyvirtapulssi
IR = Estovirta

Varistorit

Metallioksidivaristoreiden kytkentämerkit ja U/I-ominaiskäyrät  

Metallioksidivaristoreiden kytkentämerkit ja U/I-ominaiskäyrät

Ominaisuudet:

  • Toiminto määritellään yleisesti keskisuojaukseksi.
  • Reagointiajat sijoittuvat alemmalle nanosekuntialueelle.
  • Reagoivat nopeammin kuin kaasupurkausputket.
  • Eivät aiheuta verkon seurausvirtoja.

Erityispiirteet:

Nimelliseltä purkaussyöksyvirraltaan enintään 2,5 kA varistoreja käytetään keskisuojauksena MSO-tekniikassa. Sähkönsyötön osalta nimelliseltä purkaussyöksyvirraltaan enintään 3 kA varistorit ovat olennainen osa tyypin 3 laitesuojien suojakytkentöjä. Tyypin 2 suojissa käytettävät varistorit ovat huomattavasti tehokkaampia. Vakiomalli pystyy käsittelemään tällä käyttöalueella nimellisiä purkaussyöksyvirtoja 20 kA:iin asti. Erityisiin sovelluksiin saatavana on tyypin 2 ylijännitesuojia jopa 80 kA:iin asti.

Selitykset:

A = Korkeaohminen käyttöalue
B = Matalaohminen käyttöalue / rajoitusalue

Kaasupurkausputket

Kaasupurkausputken kytkentämerkit ja syttymiskäyrä  

Kaasupurkausputken kytkentämerkit ja syttymiskäyrä

Ominaisuudet:

  • Toiminto määritellään yleisesti keskisuojaukseksi.
  • Reagointiajat sijoittuvat keskimääräiselle nanosekuntialueelle.
  • Vakiomallit voivat purkaa jopa 20 kA virtoja.
  • Suojakomponentti on kooltaan hyvin pieni suuresta purkauskapasiteetistaan huolimatta.

Erityispiirteet:

Tämän suojakomponentin kohdalla aikasidonnainen syttyminen johtaa jäännösjännitteiden syntyyn, jotka voivat olla jopa 100 V.

Selitykset:

1) Staattinen vaste
2) Dynaaminen vaste

Kipinävälit

Kipinävälin kytkentämerkit ja syttymiskäyrä  

Kipinävälin kytkentämerkit ja syttymiskäyrä

Ominaisuudet:

  • Ukkospurkaussuojan keskeisin komponentti
  • Korkea verkon seurausvirtojen katkaisukyky
  • Suhteellisen nopea reagointinopeus
  • Syttyminen riippuu jännitteen noususta ajan kuluessa

Erityispiirteet:

Toimivan ukkospurkaussuojan keskeisin komponentti on useimmissa tapauksissa kipinäväli. Tässä suojakomponentissa kaksi kipinäsarvea (elektrodia) on vastakkain lyhyellä etäisyydellä toisistaan. Ylijännitteet aiheuttavat ylilyönnin kipinäsarvien välille, ja syntyy valokaari. Tämä plasmakaari oikosulkee ylijännitteen. Samalla esiintyvät erittäin suuret ja voimakkaasti nousevat virrat yltävät suurimmillaan kolminumeroiselle kA-alueelle. On olemassa avoimia ja suljettuja kipinävälejä. Avoimien kipinävälien purkaus- ja katkaisukyky on fyysisistä syistä parempi.

Arc Chopping -teknologia on osoittautunut erityisen tehokkaaksi kipinävälien yhteydessä. Siinä elektrodeja vastapäätä on lisäksi niin kutsuttu kimmahduslevy. Valokaari ohjataan elektrodien välistä kimmahduslevyn suuntaan, missä se hajoaa. Tässä yhteydessä syntyy valokaarisirpaleita, jotka poistetaan puhaltamalla kipinävälin alueelta ja ne sammuvat sen jälkeen helposti. Näin kipinävälistä tulee jälleen suurimpendanssinen ylijännitteen poistuttua.

Selitykset:

UZ = Reagointijännite / syttymisjännite
tZ = Vasteaika

Signaalipiirien yhdistetyt suojakytkennät

Sovelluksesta riippuen käytetään erilaisia suojakomponentteja. Niitä voidaan yhdistellä yksitellen tai monimutkaisina suojakytkentöinä.

Kaksiportainen suojakytkentä ohmisella erotuksella (vasemmalla) ja kolmiportainen suojakytkentä induktiivisella erotuksella (oikealla)

Kaksiportainen suojakytkentä ohmisella erotuksella (vasemmalla) ja kolmiportainen suojakytkentä induktiivisella erotuksella (oikealla)

Yhdistelemällä erilaisia suojakomponentteja voidaan koota yhteen halutut rakennekohtaiset edut tilanteen vaatimalla tavalla. Esimerkiksi kaasupurkausputkista ja purkausdiodeista muodostuvia kytkentäyhdistelmiä käytetään herkkien signaaliliitäntöjen perussuojakytkentänä. Yhdistelmä takaa tehokkaan ja nopeasti reagoivan suojan sekä parhaan mahdollisen suojaustason.

Suojakomponentit on kytketty suojaportaiksi epäsuorana rinnakkaiskytkentänä. Tämä merkitsee sitä, että yksittäiset suojakomponentit on erotettu toisistaan ohmisesti tai induktiivisesti. Seurauksena on eri suojaportaiden ajallisesti viivästetty reagointi.

Suojakytkennät eroavat toisistaan seuraavien seikkojen kohdalla:

  • Suojaportaiden lukumäärä
  • Kytkennän vaikutussuunta (pitkittäis-/poikittaisjännitesuoja)
  • Nimellisjännite
  • Signaalitaajuuksien vaimennus
  • Suojaustaso (rajoitusjännite)

Moniportaisten suojakytkentöjen toiminta

Jännitteen jakautuminen kaksiportaisessa suojakytkennässä  

Jännitteen jakautuminen kaksiportaisessa suojakytkennässä

Ylijännitteen syntyessä ensin reagoi transienttisuojadiodi nopeimpana komponenttina. Purkausvirta kulkee transienttisuojadiodin ja kytketyn erotusvastuksen läpi. Erotusvastuksen yllä jännite laskee. Se vastaa transienttisuojadiodin ja kaasutäytteisen ylijännitesuojan vetojännitteiden välistä erotusarvoa.

Näin saavutetaan kaasupurkausputken syttyminen ennen kuin syöksyvirta ylikuormittaa purkausdiodin. Tämä merkitsee sitä, että kun kaasutäytteinen ylijännitesuoja on aktivoitunut, purkausvirta virtaa lähes täydellisesti kaasuputken läpi. Kaasuputken yli vaikuttava jäännösjännite on korkeintaan 20 V, niin että purkausdiodi ei ylikuormitu. Purkausvirran ollessa niin pieni, ettei se ylikuormita purkausdiodia, kaasutäytteinen ylijännitesuoja ei aktivoidu.

Kuvattu kytkentämalli tarjoaa nopean reagoinnin edut yhdistettyinä alhaiseen jäännösjännitteeseen ja samanaikaiseen suureen purkauskapasiteettiin. Induktiivisella erotuksella varustettu kolmiportainen suojakytkentä toimii samalla periaatteella. Tällöin kommutointi tosin toteutetaan kahdessa vaiheessa: ensin purkausdiodista varistoriin ja siitä edelleen kaasuputkeen.

Jännitteen jakamisen periaate toimii myös sähkönsyötön eri suojaportaissa. Tällöin UW laskee 1-tyypin ja 2-tyypin sekä 2-tyypin ja 3-tyypin suojien välisellä johdinosuudella. On kuitenkin olemassa myös sähkönsyöttöä varten kehitettyjä ylijännitesuojauskonsepteja, joissa koordinointi on mahdollista ilman suojausportaiden johdinten vähimmäispituuksia.

Selitykset:

UG = Kaasupurkausputken reagointijännite
UD = Purkausdiodin jäännösjännite
UW = Erotusvastuksen yli vaikuttava jännite-ero

PHOENIX CONTACT OY

Niittytie 11
FI-01300 Vantaa
Contact Center:
+358 (0)9 3509 0290

Tekninen asiakaspalvelu:
+358 (0)9 3509 0260

Puheluiden hinnat 1.6.2016 alkaen 8,35 snt/puhelu + 16,69 snt/minuutti.

Tämä sivusto käyttää evästeitä. Jatkamalla sivuston selaamista, hyväksyt evästeiden käytön. Lue lisää ehdoistamme.

Sulje