Elementy i układy ochronne

Właściwości:

• Funkcję określa się ogólnie jako ochronę dokładną.
• Szybka reakcja.
• Niskie ograniczenie napięcia.
• Standardowa wersja o niewielkiej obciążalności prądowej i wysokiej pojemności.
  • Przy napięciu znamionowym 5 V maksymalna zdolność odprowadzania wynosi ok. 750 A.
  • Przy wyższych napięciach znamionowych zdolność odprowadzania znacznie spada.

Cechy szczególne:

Istnieją również diody o wyższym napięciu znamionowym i z wyższą zdolnością odprowadzania. Wersje te są jednak znacznie większe i dlatego nie używa się ich praktycznie w łączonych układach ochronnych.

Legenda:

U_R = napięcie wsteczne
U_B = napięcie przebicia
U_C = napięcie ograniczenia
I_PP = impuls prądu udarowego
I_R = prąd wsteczny

Właściwości:

• Funkcję określa się ogólnie jako ochronę średnią.
• Czasy odpowiedzi leżą w dolnym zakresie nanosekund.
• Szybsza reakcja niż gazowe urządzenia zabezpieczające.
• Nie powodują prądów następczych.

Cechy szczególne:

Warystory o znamionowym prądzie udarowym do 2,5 kA stosuje się jako średni stopień ochrony w systemach AKPiA. W dziedzinie zasilaczy warystory o znamionowym prądzie udarowym do 3 kA stanowią ważny element układów ochronnych urządzeń zabezpieczających typu 3, czyli zabezpieczeń aparatowych. Warystory o znacznie większej mocy stosuje się w urządzeniach zabezpieczających typu 2. Standardowa wersja w tym zakresie obejmuje znamionowe prądy udarowe do 20 kA. Do zastosowań specjalnych są dostępne również urządzenia zabezpieczające typu 2 do 80 kA.

Legenda:

A = wysokoomowy zakres pracy
B = niskoomowy zakres pracy / zakres ograniczania

Właściwości:

• Funkcję określa się ogólnie jako ochronę średnią.
• Czasy odpowiedzi leżą w środkowym zakresie nanosekund.
• Wersje standardowe odprowadzają prądy do 20 kA.
• Niewielkie rozmiary mimo wysokiej zdolności odprowadzania.

Cechy szczególne:

W przypadku tego elementu zapłon zależny od czasu napięcia powoduje powstanie napięcia resztkowego, które może wynosić jeszcze kilkaset woltów.

Legenda:

1) Statyczna charakterystyka odpowiedzi
2) Dynamiczna charakterystyka odpowiedzi

Właściwości:

• Zasadniczy element odgromnika
• Wysoka zdolność gaszenia prądów następczych
• Stosunkowo wysoka prędkość reakcji
• Zdolność gaszenia uzależniona od narostu napięcia w czasie

Cechy szczególne:

Zasadniczy element wydajnego odgromnika stanowi najczęściej iskiernik. W przypadku tego elementu usytuowane są w niewielkim odstępie od siebie dwa przewodniki iskier. Przepięcia powodują między przewodnikami iskier przebicie i powstaje łuk. Odcinek plazmowy powoduje zwarcie przepięcia. W tym czasie następuje przepływ bardzo wysokich lub gwałtownie wzrastających prądów o trzycyfrowych wartościach kA. Dostępne są otwarte i zamknięte iskierniki. Ze względu na uwarunkowania fizyczne zdolność odprowadzania i gaszenia otwartych urządzeń zabezpieczających jest większa.

W iskiernikach szczególnie skuteczna okazała się technologia Arc Chopping. W tej technologii naprzeciw elektrod umieszczona jest tzw. płytka uderzeniowa. W jej stronę jest kierowany łuk pomiędzy elektrodami, gdzie następnie zostaje rozdzielony. Tworzą się przy tym fragmenty łuku, które są wydmuchiwane z obszaru iskiernika i następnie gaszone. Wówczas, gdy przepięcie już nie występuje, iskiernik ponownie odzyskuje bardzo wysoką rezystancję.

Legenda:

U_Z = napięcie reakcji / napięcie zapłonowe
t_Z = czas odpowiedzi

W razie wystąpienia przepięcia w pierwszej kolejności działa transil (jako najszybszy element). Prąd odprowadzany przepływa przez transil i wcześniejszy rezystor odsprzężający. Nad rezystorem odsprzężającym następuje spadek napięcia. Spadek ten odpowiada różnicy wartości między różnymi napięciami reakcji transila i gazowych urządzeń zabezpieczających.

W ten sposób osiągnięte zostaje napięcie reakcji gazowego urządzenia zabezpieczającego. Następuje to przed przeciążeniem transila przez prąd udarowy. Czyli: jeżeli gazowe urządzenie zabezpieczające uruchomi się, prąd odprowadzany przepływa całkowicie przez gazowe urządzenie zabezpieczające. Napięcie resztkowe nad gazowym urządzeniem zabezpieczającym wynosi maksymalnie 20 V, tak że transil jest odciążona. Przy niskim prądzie odprowadzania, który nie prowadzi do przeciążenia transila, nie następuje uruchomienie gazowego urządzenia zabezpieczającego.

Przedstawiony powyżej układ charakteryzuje się szybką reakcją przy niskim ograniczeniu napięcia, a jednocześnie wysoką zdolnością odprowadzania. Trójstopniowy układ ochronny z odsprzężeniem indukcyjnym działa w oparciu o tę samą zasadę. Różnica polega na tym, że komutacja jest dwustopniowa — najpierw z transila do warystora, a następnie dalej do gazowego urządzenia zabezpieczającego.

Zasada rozdziału napięcia działa zasadniczo także między różnymi stopniami ochrony w obszarze zasilacza. Przy tym napięcie U_W nad przewodem spada między urządzeniami zabezpieczającymi typu 1 i typu 2 oraz typu 2 i typu 3. Istnieją także koncepcje urządzeń zabezpieczających dla zasilacza, przy których możliwa jest koordynacja bez długości przewodów między stopniami ochrony.

Legenda:

U_G = napięcie reakcji gazowego urządzenia zabezpieczającego
U_D = napięcie ograniczenia transila
U_W = napięcie różnicowe nad rezystorem odsprzężającym