Konstrukční prvky a ochranné spínání

Pokud se vyskytne přepětí, je nutné příslušné přístroje a vedení ve velmi krátké době zkratovat s vyrovnáním potenciálů. Za tímto účelem jsou k dispozici různé konstrukční prvky s příslušnými vlastnostmi. Tyto konstrukční prvky se odlišují především chováním odezvy a vybíjecí schopností.

Supressorové diody

Spínací značka a charakteristiky U/I supressorové diody  

Spínací značka a charakteristiky U/I supressorové diody

Vlastnosti:

  • Funkce je obecně definována jako jemná ochrana.
  • Reaguje velmi rychle.
  • Nízká hladina omezení napětí.
  • Standardní provedení s nízkou proudovou kapacitou a vysokou kapacitou.
    • Při jmenovitém napětí 5 V činí maximální vybíjecí schopnost cca 750 A.
    • Při vyšším jmenovitém napětí vybíjecí schopnost značně klesá.

Zvláštnosti:

Existují také diody s vyšším jmenovitým napětím a vyšší vybíjecí schopností. Tato provedení jsou ovšem mnohem větší a proto se téměř nepoužívají v kombinovaných ochranných spínáních.

Legenda:

UR = závěrný proud
UB = průrazné napětí
UC = omezovací napětí
IPP = impulz rázového proudu
IR = závěrný proud

Varistory

Spínací značka a charakteristiky U/I varistorů oxidu kovu  

Spínací značka a charakteristiky U/I varistorů oxidu kovu

Vlastnosti:

  • Funkce se obecně definuje jako střední ochrana.
  • Doby odezvy leží ve spodním rozmezí nanosekundy.
  • Reagují rychleji než plynem plněné svodiče.
  • Nezpůsobují žádné následné síťové proudy.

Zvláštnosti:

Varistory s jmenovitým proudem až 2,5 kA se používají jako střední stupeň ochrany v technice MaR. V oblasti napájení jsou varistory s jmenovitým proudem svodiče až 3 kA podstatnou součástí ochranných spínání ve svodičích typu 3 pro přístrojovou ochranu. Podstatně výkonnější jsou varistory, které se používají ve svodičích typu 2. Standardní provedení zvládne v této oblasti aplikace jmenovité proudy svodiče do 20 kA. Pro speciální aplikace existují ale i svodiče typu 2 s až 80 kA.

Legenda:

A = vysokoohmový provozní rozsah
B = nízkoohmový provozní rozsah / rozsah omezení

Plynem plněné svodiče přepětí

Značka a zapalovací charakteristika plynového svodiče přepětí  

Značka a zapalovací charakteristika plynového svodiče přepětí

Vlastnosti:

  • Funkce se obecně definuje jako střední ochrana.
  • Doby odezvy leží ve středním rozmezí nanosekundy.
  • Standardní varianty odvádějí proudy až do 20 kA.
  • Navzdory vysoké vybíjecí schopnosti má konstrukční prvek velmi malé rozměry.

Zvláštnosti:

U tohoto konstrukčního prvku vede chování při zapalování závislé na čase napětí ke zbytkovým napětím, která mohou činit dokonce ještě několik 100 V.

Legenda:

1) Statické chování odezvy
2) Dynamické chování odezvy

Jiskřiště

Značka a zapalovací charakteristika jiskřiště  

Značka a zapalovací charakteristika jiskřiště

Vlastnosti:

  • Jádro svodiče proudu blesku
  • Vysoká zhášecí kapacita následných síťových proudů
  • Relativně vysoká rychlost odezvy
  • Chování při zapalování závislé na nárůstu napětí po danou dobu

Zvláštnosti:

Jádro výkonového svodiče blesku tvoří zpravidla jiskřiště. U tohoto konstrukčního prvku jsou naproti sobě v malé vzdálenosti umístěna dvě výfuková jiskřiště. Přepětí způsobí průraz mezi výfukovým jiskřištěm a vznikne elektrický oblouk. Tato plasmová dráha způsobí krátké spojení přepětí. Přitom protékají velmi vysoké a prudce narůstající proudy s hodnotami až v třímístném rozsahu kA. Existují otevřená a uzavřená jiskřiště. Svodová a zhášecí kapacita otevřeného jiskřiště je v důsledku fyzikálních zákonitostí vyšší.

Technologie Arc-Chopping se osvědčila pro jiskřiště jako obvzláště výkonná. V tomto případě leží proti elektrodám navíc tak zvaná odrazná deska. Elektrický oblouk je tlačen mezi elektrodami ve směru této odrazné desky a tam je rozdrcen. Přitom se tvoří fragmenty elektrického oblouku, které jsou vyfukovány z oblasti jiskřiště a poté snadno zhasnou. Jiskřiště se může opět stát vysokoohmovým, pokud již přepětí nedoléhá.

Legenda:

UZ = napětí odezvy / zápalné napětí
tZ = doba odezvy

Kombinované ochranné obvody pro signálová rozhraní

V závislosti na aplikaci se používají různé konstrukční prvky. Lze je kombinovat jednotlivě nebo i v komplexních ochranných spínáních.

Dvoustupňové ochranné spínání s ohmickým odpojením (vlevo) a třístupňové ochranné spínání s indukčním odpojením (vpravo)

Dvoustupňové ochranné spínání s ohmickým odpojením (vlevo) a třístupňové ochranné spínání s indukčním odpojením (vpravo)

Kombinací různých konstrukčních prvků lze vytvořit požadované výhody specifické pro daný konstrukční díl. Například spínací kombinace plynových svodičů přepětí a supresorových diod tvoří standardní ochranný obvod pro citlivá signálová rozhraní. Tato kombinace nabízí výkonnou a rychle reagující ochranu s maximální možnou ochrannou úrovní.

Konstrukční prvky jsou jako ochranné stupně zapojeny nepřímo paralelně. To znamená, že mezi konstrukčními prvky jsou zapojeny odporové nebo indukční oddělovací členy. Ty způsobí odezvu s časovou prodlevou odstupňovaně uspořádaných ochranných stupňů.

Ochranná spínání se v zásadě odlišují podle:

  • počtu stupňů ochrany
  • směru působení spínání (ochrana podélného/příčného napětí)
  • jmenovitého napětí
  • útlumu na frekvenci signálu
  • ochranné úrovně (omezovací napětí)

Funkce vícestupňových ochranných spínání

Rozvod napětí ve dvoustupňovém ochranném spínání  

Rozvod napětí ve dvoustupňovém ochranném spínání

Při výskytu přepětí provede odezvu nejprve supressorová dioda jako nejrychlejší konstrukční prvek. Svodový proud protéká supressorovou diodou a předřazeným odporem odpojení. Přes odpor odpojení odpadne napětí. Odpovídá diferenční hodnotě mezi různými napětími odezvy supressorové diody a plynem plněného svodiče přepětí.

Napětí odezvy plynového svodiče přepětí je dosaženo dříve, než rázový proud přetíží supressorovou diodu. To znamená, že pokud plynem plněný svodič přepětí provedl odezvu, protéká svodový proud téměř kompletně plynovým svodičem přepětí. Zbytkové napětí nad plynovým svodičem přepětí činí maximálně 20 V, takže supressorová dioda je odlehčena. Při malém svodovém proudu, který supressorovou diodu nepřetíží, neprovede plynem plněný svodič přepětí odezvu.

Zobrazené zapojení nabízí výhody rychlé odezvy při nízkém omezení napětí a současně disponuje vysokou vybíjecí schopností. Třístupňové ochranné spínání s indukčním odpojením pracuje na základě stejného principu. Probíhá však komutace ve dvou krocích: nejprve od supressorové diody na varistor a poté dále na plynem plněný svodič přepětí.

Princip rozvodu napětí působí v zásadě i mezi různými ochrannými stupni v oblasti napájení. Přitom odpadne UW nad vedením mezi svodiči typu 1 a typu 2 a mezi typem 2 a typem 3. Existují však i koncepty svodičů pro napájení, u nichž je možná koordinace bez délek vedení mezi ochrannými stupni.

Legenda:

UG = napětí odezvy plynem plněný svodič přepětí
UD = omezovací napětí supressorová dioda
UW = diferenční napětí nad odporem odpojení

PHOENIX CONTACT, s.r.o.

Mokráň záhon 4
821 04 Bratislava
+421 2 3210 1470

Táto webová stránka používa súbory cookies, pokračovaním v prezeraní stránok súhlasite s našou cookie politikou. Viac informácií nájdete v našich zásadách o ochrane osobných údajov.

zavrieť