Építőelemek és védőkapcsolások

Ha túlfeszültség lép fel, az érintett készülékeket nagyon rövid idő alatt rövidre kell zárni a potenciálkiegyenlítéssel. Erre a célra a megfelelő tulajdonságokkal rendelkező különböző modulok kaphatók. Ezek a modulok alapvetően a megszólalási idejükben és a levezetőképességükben különböznek.

Szuppresszordiódák

Egy szuppresszordióda kapcsolási jele és U/I jelleggörbéje  

Egy szuppresszordióda kapcsolási jele és U/I jelleggörbéje

Tulajdonságok:

  • A funkciót általában finomvédelemként definiálják.
  • Nagyon gyorsan reagál.
  • A feszültségkorlátozás alacsony értékű.
  • Az alapkivitel áramterhelhetősége kicsi, kapacitása nagy.
    • 5 V-os névleges feszültségnél a maximális levezető-képesség kb. 750 A.
    • A nagyobb névleges feszültségeknél a levezető-képesség jelentős mértékben csökken.

Különlegességek:

Léteznek nagyobb névleges feszültségű és nagyobb levezető-képességű diódák is. Ezeknek a kiviteleknek azonban jóval nagyobbak a méretei, ezért alig alkalmazzák őket kombinált védőkapcsolásokban.

Jelmagyarázat:

UR = zárófeszültség
UB = átütési feszültség
UC = korlátozási feszültség
IPP = lökőáram-impulzus
IR = záróáram

Varisztorok

Egy fémoxid-varisztor kapcsolási jele és U/I jelleggörbéje  

Egy fémoxid-varisztor kapcsolási jele és U/I jelleggörbéje

Tulajdonságok:

  • A funkciót általában közepes védelemként definiálják.
  • A megszólalási idők a néhány nanoszekundumos sávban vannak.
  • Gyorsabban reagálnak, mint a gáztöltésű levezetők.
  • Nem okoznak hálózati utánfolyó áramokat.

Különlegességek:

A legfeljebb 2,5 kA névleges levezetési áramlökést kezelő varisztorokat az MSR technika közbenső védelmi fokozataként használják. Az áramellátó rendszerekben a legfeljebb 3 kA névleges levezetési áramlökést kezelő varisztorok nagyon fontos alkatrészek a készülékvédelem T3 típusú levezetőinek védelmi áramköreiben. A T2 típusú levezetőkben alkalmazott varisztorok lényegesen nagyobb teljesítményűek. Ebben az alkalmazási tartományban a standard kivitel max. 20 kA névleges levezetési áramlökés kezelésére képes. Speciális alkalmazásokhoz azonban akár 80 kA-es T2 típusú levezetők is kaphatók.

Jelmagyarázat:

A = nagy ohmos ellenállású üzemi tartomány
B = alacsony ohmos ellenállású üzemi tartomány

Gáztöltésű túlfeszültség-korlátozók

Egy gáztöltésű túlfeszültség-korlátozó kapcsolási jele és gyújtási jelleggörbéje  

Egy gáztöltésű túlfeszültség-korlátozó kapcsolási jele és gyújtási jelleggörbéje

Tulajdonságok:

  • A funkciót általában közepes védelemként definiálják.
  • A megszólalási idők a közepes nanoszekundumos sávban vannak.
  • Az alapváltozatok max. 20 kA-es áramokat képesek levezetni.
  • A nagy levezető-képesség ellenére az építőelem méretei nagyon kicsik.

Különlegességek:

Ennél az építőelemnél a feszültség hatásidejétől függő gyújtási viselkedés maradékfeszültségekhez vezet, amelyek akár néhány 100 V nagyságúak is lehetnek.

Jelmagyarázat:

1) Statikus megszólalási idő
2) Dinamikus megszólalási idő

Szikraközök

Egy szikraköz kapcsolási jele és gyújtási jelleggörbéje  

Egy szikraköz kapcsolási jele és gyújtási jelleggörbéje

Tulajdonságok:

  • A villámáram-levezetők legfontosabb összetevői.
  • Kiválóan kioltják a hálózati utánfolyó áramokat.
  • Viszonylag nagy megszólalási sebesség.
  • A gyújtási viselkedés a feszültség időbeli emelkedésétől függ.

Különlegességek:

A villámáram-levezetők legfontosabb összetevője a legtöbb esetben egy szikraköz. Ennél az építőelemnél két szikracsúcs áll kis távolságra egymással szemben. A túlfeszültségek átütést okoznak a szikracsúcsok között, és emiatt ív keletkezik. Ez a plazmaszakasz rövidre zárja a túlfeszültséget. Ekkor nagyon nagy és meredeken növekvő áramok folynak, amelyek elérhetik a három számjegyű kA-értékeket is. Vannak nyitott és zárt szikraközök. Fizikai okok miatt a nyitott szikraközök levezető és kioltási képessége nagyobb.

Az ún. ívdarabolási technológia (arc chopping) a szikraközöknél különösen jól bevált. Ennél az elektródákkal szemben kiegészítőleg egy úgynevezett ütközőlemez is el van helyezve. Az elektródák között kialakuló ív ennek az ütközőlemeznek az irányába kényszerül mozogni, és ott feldarabolódik. Eközben ívtöredékek keletkeznek, amelyeket az eszköz kifúj a szikraközből, és ezután könnyen kioltódnak. A szikraköz ellenállása így ismét megnövekszik, miután már megszűnik a túlfeszültség.

Jelmagyarázat:

UZ = megszólalási feszültség / gyújtófeszültség
tZ = megszólalási idő

Kombinált védőkapcsolások jelinterfészekhez

Az alkalmazási esetektől függően külkönböző építőelemeket kell használni. Akár egyenként, akár bonyolult védőkapcsolásokban is kombinálni lehet őket egymással.

Kétfokozatú védőkapcsolás ohmos csatolásmentesítéssel (balra), és háromfokozatú védőkapcsolás induktív csatolásmentesítéssel (jobbra)

Kétfokozatú védőkapcsolás ohmos csatolásmentesítéssel (balra), és háromfokozatú védőkapcsolás induktív csatolásmentesítéssel (jobbra)

A különböző építőelemek kombinálásával a kívánt és az építőelemre jellemző előnyöket összegezni lehet. A gáztöltésű levezetők és a szuppresszordiódák kombinálása például standard védőkapcsolást eredményez az érzékeny jelinterfészek számára. Ez a kombináció nagyteljesítményű és gyorsan megszólaló védelmet eredményez, a lehető legjobb védelmi szinttel.

A modulok védelmi fokozatokként közvetett módon párhuzamosan vannak kapcsolva. Ez azt jelenti, hogy a modulok közé ohmos vagy induktív csatolásmentesítő tagok vannak hurkolva. Ennek eredményeként a lépcsőzetesen elrendezett védőfokozatok időben eltolva szólalnak meg.

A védőkapcsolások elvileg a következőkben különböznek:

  • a védőfokozatok száma,
  • a kapcsolás hatásiránya (hosszirányú vagy keresztirányú feszültségvédelem),
  • névleges feszültség,
  • csillapító hatás a jelfrekvenciákra,
  • védelmi szint (korlátozási feszültség).

A többfokozatú védőkapcsolások működése

Feszültségeloszlás egy kétfokozatú védőkapcsolásban  

Feszültségeloszlás egy kétfokozatú védőkapcsolásban

A túlfeszültség megjelenésekor először a leggyorsabb építőelem, a szuppresszordióda szólal meg. A levezetési áram átfolyik a szuppresszordiódán és az elé kötött csatolásmentesítő ellenálláson. A csatolásmentesítő ellenálláson feszültségesés keletkezik. Ennek nagysága egyenlő a szuppresszordióda és a gáztöltésű túlfeszültség-korlátozó eltérő megszólalási feszültségei közötti különbséggel.

Így a gáztöltésű levezetőre jutó feszültség eléri annak megszólalási feszültségét, mielőtt a lökőáram túlterhelné a szuppresszordiódát. Ez azt jelenti, hogy a levezetési áram szinte teljesen a gáztöltésű túlfeszültség-korlátozón folyik keresztül, amikor az megszólal. A gáztöltésű levezető maradékfeszültsége maximum 20 V, így a szuppresszordióda tehermentesül. Ha a levezetési áram kicsi és nem terheli túl a szuppresszordiódát, a gáztöltésű túlfeszültség-korlátozó nem szólal meg.

Az ábrán látható kapcsolás előnye a gyors megszólalás az alacsony értékű feszültségkorlátozás mellett, és egyidejűleg a nagy levezető-képesség. Az induktív csatolásmentesítésű háromfokozatú védőkapcsolás ugyanezen az elven működik. Itt azonban az átkapcsolás két lépésben történik: először a szuppresszordiódáról a varisztorra, majd onnan tovább a gáztöltésű túlfeszültség-korlátozóra.

A feszültségeloszlás elve alapvetően a tápellátásba épített különböző védőfokozatok között is működik. Itt az UW feszültség a T1 és T2 típusú, valamint a T2 és T3 típusú levezetők közötti vezetéken esik. Léteznek azonban olyan levezetési koncepciók is a tápellátás számára, ahol a koordináció a védőfokozatok közötti vezetékhosszak nélkül is lehetséges.

Jelmagyarázat:

UG = a gáztöltésű túlfeszültség-korlátozó megszólalási feszültsége
UD = a szuppresszordióda korlátozási feszültsége
UW = különbözeti feszültség a csatolásmentesítő ellenálláson

PHOENIX CONTACT Kft.

H-2040 Budaörs,
Gyár u. 2.
(+36)-23/501-160

Ez a honlap cookie-kat (sütiket) használ, a böngészés folytatásával Ön elfogadja a cookie-kra (sütikre) vonatkozó szabályainkat. További információkért olvassa el az adatvédelmi szabályainkat.

Bezárás