Komponentler ve koruma devreleri

Aşırı gerilimler oluştuğunda etkilenen cihazlar ve kablolar çok kısa sürede eşpotansiyel bağlantı sistemiyle kısa devre edilmelidir. Bunun için uygun özelliklerde çeşitli komponentler mevcuttur. Bu komponentler temel olarak tepki hızları ve deşarj kapasiteleriyle farklılaşırlar.

Bastırıcı diyotlar

Bir bastırıcı diyotun U/I eğrileri ve grafik sembolü  

Bir bastırıcı diyotun U/I eğrileri ve grafik sembolü

Özellikler:

  • Fonksiyon genellikle hassas koruma olarak adlandırılır.
  • Çok hızlı tepki verir.
  • Düşük gerilimde sınırlama.
  • Standart versiyon düşük akım taşıma kapasiteli ve yüksek kapasitanslıdır.
    • 5 V nominal gerilimde maksimum deşarj kapasitesi yaklaşık 750 A'dir.
    • Daha yüksek nominal gerilimlerde deşarj kapasitesi büyük ölçüde düşer.

Önemli özellikler:

Daha yüksek nominal gerilimli ve deşarj kapasiteli dyotlar vardır. Ancak bu versiyonlar oldukça büyüktür ve kombine koruma devrelerinde nadiren kullanılır.

Anahtar:

UR = Ters gerilim
UB = Kopma gerilimi
UC = Kenetleme gerilimi
IPP = Pik darbe akımı
IR = Ters akım

Varistörler

Metal oksit varistörün U/I eğrileri ve grafik sembolü  

Metal oksit varistörün U/I eğrileri ve grafik sembolü

Özellikler:

  • Fonksiyon genellikle orta koruma olarak adlandırılır.
  • Nanosaniyenin alt seviyelerinde tepki süreleri.
  • Gazlı arestörlerden daha hızlı tepki verir.
  • Hat art akımına yol açmaz.

Önemli özellikler:

Nominal deşarj kapasitesi 2.5 kA'e kadar olan varistörler ölçme ve kontrol teknolojisinde orta koruma olarak kullanılır. Enerji hatlarında nominal deşarj kapasitesi 3 kA'e kadar olan varistörler tip 3 cihaz koruma devresinin temel bileşenidir. Tip 2 arestörlerde kullanılan varistörler çok daha güçlüdür. Bu uygulama alanında standart versiyon 20 kA'e kadar nominal deşarj akımını destekler. Özel uygulamalar için 80 kA tip 2 arestörler mevcuttur.

Anahtar:

A = Yüksek dirençli çalışma bölgesi
B = Düşük dirençli çalışma bölgesi/sınırlama bölgesi

Gazlı aşırı gerilim koruma cihazları

Gazlı arestörün ateşleme eğrisi ve grafik sembolü  

Gazlı arestörün ateşleme eğrisi ve grafik sembolü

Özellikler:

  • Fonksiyon genellikle orta koruma olarak adlandırılır.
  • Nanosaniyenin orta seviyelerinde tepki süreleri
  • Standart versiyonlarda deşarj akımı 20 kA'e kadardır.
  • Yüksek deşarj kapasitesine rağmen komponentin oldukça kompakt ölçüleri vardır.

Önemli özellikler:

Bu komponentte zorlanmaya bağlı ateşleme birkaç yüz volta varan artık gerilimlere neden olabilir.

Anahtar:

1) Statik tepki
2) Dinamik tepki

Kıvılcım aralıkları

Kıvılcım aralığının ateşleme eğrisi ve grafik sembolü  

Kıvılcım aralığının ateşleme eğrisi ve grafik sembolü

Özellikler:

  • Yıldırım arestörünün anahtar bileşeni
  • Hat art akımları için yüksek söndürme kapasitesi
  • Göreceli olarak yüksek tepki hızı
  • Zorlanmaya bağlı ateşleme karakteristiği

Önemli özellikler:

Birçok durumda güçlü yıldırım arestörünün anahtar bileşeni kıvılcım aralığıdır. Bu bileşen birbirlerine bakan ve yakın konumlandırılan iki ark boynuzu içerir. Aşırı gerilimler ark boynuzları arasında kıvılcıma neden olur ve ark oluşur. Bu plazma kanalı aşırı gerilimi kısa devre eder. Burada çok büyük ve dik yükselen üç basamaklı kA seviyesinde akımlar akar. Açık ve kapalı kıvılcım aralıkları mevcuttur. Açık kıvılcım aralıklarının deşarj ve söndürme kapasitesi yapıları gereği daha büyüktür.

Ark bölme teknolojisi kıvılcım aralıklarında etkili olduğunu kanıtlamıştır. Bu durumda tampon plakası da elektrotlara zıt yerleştirilir. Elektrotlar arasndaki ark bu tampon plakaya yönlendirilir ve bölünür. Bu kıvılcım aralığından uzağa doğru patlayan ve kolayca söndürülebilen ark parçalarına neden olur. Böylece aşırı gerilim ortadan kalktığında kıvılcım aralığı yeniden yüksek dirençli konuma geçer.

Anahtar:

UZ = Tepki gerilimi/darbe gerilimi
tZ = Tepki süresi

Sinyal arayüzleri için kombine koruma devreleri

Uygulamaya bağlı olarak çeşitli komponentler kullanılır. Bireysel olarak kullanılabilir veya karmaşık koruma devrelerinde kombine edilebilirler.

Omik dekuplajlı iki kademeli koruma devresi (solda) ve endüktif dekuplajlı üç kademeli koruma devresi (sağda)

Omik dekuplajlı iki kademeli koruma devresi (solda) ve endüktif dekuplajlı üç kademeli koruma devresi (sağda)

Arzu edilen komponente özgü avantajlar çeşitli komponentler bir araya getirilerek kombine edilir. Örneğin kombine gazlı arestör ve bastırıcı diyot devreleri hassas sinyal arayüzleri için standart bir koruma devresini temsil eder. Bu kombinasyon mümkü olan en iyi koruma seviyesiyle yüksek performanslı ve hızlı tepki veren bir koruma sağlar.

Komponentler koruma kademeleri olarak endirekt paralel bağlanır. Diğer bir deyişle komponentler arasında bir omik veya endüktif dekuplaj elemanı döngülenir. Bu tetiklenen koruma kademelerinin farklı zamanlarda tepki vermesine neden olur.

Koruma devreleri temelde aşağıdakilere göre farklılaşır:

  • Koruma kademelerinin sayısı
  • Devrenin çalışma yönü (ortak/normal mod gerilim koruması)
  • Nominal gerilim
  • Sinyal frekansları üzerinde söndürme etkisi
  • Gerilim koruma seviyesi (kilitleme gerilimi)

Çok kademeli koruma devrelerinin işleyişi

Iki kademeli koruma devresinde gerilim dağılımı  

Iki kademeli koruma devresinde gerilim dağılımı

Aşırı gerilim oluştuğunda bastırıcı diyot en hızlı komponent olarak ilk tepkiyi verir. Deşarj akımı bastırıcı diyottan ve dekuplaj direncinden akar. Dekuplaj direncinde bir gerilim düşümü olur. Bu bastırıcı diyot ve gazlı koruma cihazının çeşitli tepki gerilimleri arasındaki farka karşılık gelir.

Böylece darbe akımı bastırıcı diyotu aşırı yüklemeden önce gazlı arestörün çalışma gerilimine erişilir. Bu gazlı arestör tepki verdiğinde neredeyse tüm deşarj akımının gazlı arestör üzerinden akması anlamına gelir. Gazlı arestör üzerindeki maksimum artık gerilim 20 V olduğu için bastırıcı diyotun yükü hafifler. Deşarj akımı küçükse ve bastırıcı diyotu aşırı yüklemiyorsa gazlı arestör tepki vermez.

Gösterilen devre düşük seviyeli gerilim sınırlaması, hızlı tepki ve yüksek deşarj kapasitesi sağlar. Endüktif dekuplajlı üç kademeli koruma devresi aynı prensiple çalışır. Bununla birlikte koordinasyon iki adımda gerçekleşir: önce bastırıcı diyottan varistöre sonra gazlı arestöre.

Enerji hatlarında da gerilim dağılımı prensibi çeşitli koruma kademeleri arasında geçerlidir. UW kablo üzerinden tip 1 ile tip 2 arestörleri arasında ve tip 2 ile tip 3 arestörleri arasında düşer. Ancak enerji hatlarında, koruma kademeleri arasındaki koordinasyonun kablo uzunluğundan bağımsız mümkün olduğu arestör konseptleri de vardır.

Anahtar:

UG = Gazlı arestörün çalışma gerilimi
UD = Bastırıcı diyotun kilitleme gerilimi
UW = Dekuplaj direnci üzerinden diferansiyel mod gerilimi

Phoenix Contact Elektronik Tic. Ltd. Şti.

Kısıklı Mah. Hanım Seti Sok. No:38/A
34692 B. Çamlıca - Üsküdar
İstanbul/Türkiye
Mersis:0729002180800018
+90 216 225 4300

Bu web sitesi çerez kullanır, sitemizi kullanmaya devam ederek çerez politikasımızı kabul etmiş sayılırsınız. Daha fazla bilgi için lütfen gizlilik politikamızı okuyun.

Kapat