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 wyładowcza wynosi ok. 750 A.
  • Przy wyższych napięciach znamionowych zdolność wyładowcza znacznie spada.

Cechy szczególne:

Istnieją również diody o wyższym napięciu znamionowym i większej zdolności wyładowczej. Wersje te są jednak znacznie większe i dlatego nie używa się ich praktycznie w kombinacjach układów ochronnych.

Legenda:

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

Właściwości:

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

Cechy szczególne:

Warystory o znamionowym prądzie wyładowczym do 2,5 kA stosuje się jako średni stopień ochrony w AKPiA. W dziedzinie zasilaczy warystory o znamionowym prądzie wyładowczym do 3 kA stanowią ważny element układów ochronnych w ogranicznikach przepięć typu 3 do ochrony urządzeń. Warystory o wyższej mocy stosuje się w ogranicznikach przepięć typu 2. Standardowa wersja do tych zastosowań ogranicza znamionowe prądy wyładowcze 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 zadziałania leżą w środkowym zakresie nanosekund.
• Wersje standardowe odprowadzają prądy do 20 kA.
• Niewielkie rozmiary mimo wysokiej zdolności wyładowczej.

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 zadziałania
2) Dynamiczna charakterystyka zadziałania

Właściwości:

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

Cechy szczególne:

Głównym elementem odgromników wysokiej mocy jest zazwyczaj iskiernik. Iskiernik posiada dwa rożki usytuowane w niewielkim odstępie od siebie. Przepięcia powodują przeskok iskry między rożkami, w skutek czego powstaje łuk elektryczny. Odcinek plazmowy powoduje zwarcie przepięcia. W tym czasie następuje przepływ bardzo wysokich lub gwałtownie wzrastających prądów o trzycyfrowych wartościach kA. Iskierniki mogą być otwarte lub zamknięte. Ze względu na uwarunkowania fizyczne zdolność wyładowcza i zdolność gaszenia iskierników otwartych jest większa.

W iskiernikach szczególnie skuteczna okazała się technologia Arc Chopping. W tej technologii naprzeciw elektrod umieszczona jest tzw. przegroda. Łuk elektryczny jest kierowany między elektrodami w stronę przegrody, gdzie 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 zadziałania / napięcie zapłonu
t_Z = czas zadziałania

W razie wystąpienia przepięcia w pierwszej kolejności zadziała dioda transil (jako najszybszy element). Prąd wyładowczy przepływa przez diodę transil i wcześniejszy rezystor odsprzęgający. Nad rezystorem odsprzęgającym następuje spadek napięcia. Spadek ten odpowiada różnicy wartości między różnymi napięciami zadziałania diody transil i gazowego ogranicznika przepięć.

Dzięki temu napięcie zadziałania iskiernika gazowego jest osiągane zanim dojdzie do przeciążenia diody transil przez prąd udarowy. Oznacza to, że po zadziałaniu ogranicznika przepięć prąd wyładowczy przepływa niemal w całości przez iskiernik gazowy. Napięcie resztkowe nad iskiernikiem gazowym wynosi maksymalnie 20 V, dzięki czemu dioda transil nie jest obciążona. Przy niskim prądzie wyładowczym, który nie prowadzi do przeciążenia diody transil, gazowy ogranicznik przepięć nie zadziała.

Przedstawiony powyżej układ charakteryzuje się szybką reakcją przy niskim ograniczeniu napięcia, a jednocześnie wysoką zdolnością wyładowczą. Trójstopniowy układ ochronny z odsprzężeniem indukcyjnym działa w oparciu o tę samą zasadę. Różnica polega na tym, że komutacja jest dwustopniowa – najpierw z diody transil do warystora, a następnie dalej do gazowego ogranicznika przepięć.

Zasada rozdziału napięcia działa także między różnymi stopniami ochrony w obszarze zasilania. Napięcie U_W nad przewodem spada między urządzeniami zabezpieczającymi typu 1 i typu 2 oraz typu 2 i typu 3. Istnieją jednak również ograniczniki przepięć do zasilania, przy których możliwa jest koordynacja bez długości przewodów między stopniami ochrony.

Legenda:

U_G = napięcie zadziałania gazowego ogranicznika przepięć
U_D = napięcie progowe diody transil
U_W = różnica napięcia nad rezystorem odsprzęgającym