Μια συσκευή προστασίας από υπερτάσεις, γνωστή και ως προστασία από υπερτάσεις ή SPD, έχει σχεδιαστεί για να προστατεύει τα ηλεκτρικά εξαρτήματα από υπερτάσεις τάσης που μπορεί να συμβούν στο ηλεκτρικό κύκλωμα.

Κάθε φορά που παράγεται απότομη αύξηση του ρεύματος ή της τάσης στο ηλεκτρικό κύκλωμα ή στο κύκλωμα επικοινωνίας ως συνέπεια εξωτερικών παρεμβολών, η συσκευή προστασίας από υπερτάσεις μπορεί να άγει και να διακλαδώσει σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα, εμποδίζοντας την υπερτάσεις να προκαλέσουν ζημιά σε άλλες συσκευές στο κύκλωμα.

Οι συσκευές προστασίας από υπερτάσεις (SPD) αποτελούν μια οικονομικά αποδοτική μέθοδο για την πρόληψη διακοπών και την ενίσχυση της αξιοπιστίας του συστήματος.

Συνήθως εγκαθίστανται στους πίνακες διανομής και παίζουν σημαντικό ρόλο στη διασφάλιση της ομαλής και αδιάλειπτης λειτουργίας των ηλεκτρονικών συσκευών σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, περιορίζοντας την παροδική υπέρταση.

Ένα SPD λειτουργεί εκτρέποντας την υπερβολική τάση από τις παροδικές υπερτάσεις μακριά από τον προστατευμένο εξοπλισμό. Συνήθως αποτελείται από βαρίστορ οξειδίου μετάλλου (MOV) ή σωλήνες εκκένωσης αερίου που απορροφούν την υπερβολική τάση και την ανακατευθύνουν στη γείωση, προστατεύοντας έτσι τις συνδεδεμένες συσκευές.

Οι υπερτάσεις τάσης μπορούν να προκληθούν από διάφορους λόγους, όπως κεραυνούς, διακοπή ρεύματος, ελαττωματική καλωδίωση και λειτουργία ηλεκτρικού εξοπλισμού υψηλής ισχύος. Μπορούν επίσης να προκληθούν από γεγονότα που συμβαίνουν μέσα σε ένα κτίριο, όπως η εκκίνηση κινητήρων ή η ενεργοποίηση/απενεργοποίηση μεγάλων συσκευών.

Η εγκατάσταση ενός SPD μπορεί να προσφέρει πολλά οφέλη, όπως:

Προστασία ευαίσθητου ηλεκτρονικού εξοπλισμού από καταστροφικές υπερτάσεις.

Πρόληψη απώλειας ή καταστροφής δεδομένων σε συστήματα υπολογιστών.

Παράταση της διάρκειας ζωής των συσκευών και του εξοπλισμού μέσω της προστασίας τους από ηλεκτρικές διαταραχές.

Μείωση του κινδύνου ηλεκτρικών πυρκαγιών που προκαλούνται από υπερτάσεις τάσης.

Να έχετε το κεφάλι σας ήσυχο γνωρίζοντας ότι ο πολύτιμος εξοπλισμός σας είναι ασφαλής.

Η διάρκεια ζωής ενός SPD μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με παράγοντες όπως η ποιότητά του, η σοβαρότητα των υπερτάσεων που αντιμετωπίζει και οι πρακτικές συντήρησης. Γενικά, τα SPD έχουν διάρκεια ζωής που κυμαίνεται από 5 έως 10 χρόνια. Ωστόσο, συνιστάται η τακτική επιθεώρηση και δοκιμή των SPD και η αντικατάστασή τους όπως απαιτείται, για να διασφαλιστεί η βέλτιστη προστασία.

Η ανάγκη για SPD μπορεί να διαφέρει ανάλογα με παράγοντες όπως η γεωγραφική θέση, οι τοπικοί κανονισμοί και η ευαισθησία του συνδεδεμένου ηλεκτρονικού εξοπλισμού. Συνιστάται να συμβουλευτείτε έναν εξειδικευμένο ηλεκτρολόγο ή ηλεκτρολόγο μηχανικό για να αξιολογήσετε τις συγκεκριμένες ανάγκες σας και να διαπιστώσετε εάν είναι απαραίτητο ένα SPD για το ηλεκτρικό σας σύστημα.

Μερικά συνηθισμένα εξαρτήματα προστασίας από υπερτάσεις που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή SPD είναι οι βαρίστορ οξειδίου μετάλλου (MOV), οι δίοδοι διάσπασης χιονοστιβάδας (ABD - παλαιότερα γνωστές ως δίοδοι χιονοστιβάδας πυριτίου ή SAD) και οι σωλήνες εκκένωσης αερίου (GDT). Οι MOV είναι η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη τεχνολογία για την προστασία κυκλωμάτων εναλλασσόμενου ρεύματος. Η ονομαστική τιμή ρεύματος υπερτάσης ενός MOV σχετίζεται με την επιφάνεια της διατομής και τη σύνθεσή του. Γενικά, όσο μεγαλύτερη είναι η επιφάνεια της διατομής, τόσο υψηλότερη είναι η ονομαστική τιμή ρεύματος υπερτάσης της συσκευής. Οι MOV γενικά έχουν στρογγυλή ή ορθογώνια γεωμετρία, αλλά διατίθενται σε μια πληθώρα τυπικών διαστάσεων που κυμαίνονται από 7 mm (0,28 ίντσες) έως 80 mm (3,15 ίντσες). Οι ονομαστικές τιμές ρεύματος υπερτάσης αυτών των εξαρτημάτων προστασίας από υπερτάσεις ποικίλλουν σημαντικά και εξαρτώνται από τον κατασκευαστή. Όπως συζητήθηκε προηγουμένως σε αυτήν την παράγραφο, συνδέοντας τις MOV σε μια παράλληλη συστοιχία, μια τιμή ρεύματος υπερτάσης θα μπορούσε να υπολογιστεί απλώς προσθέτοντας τις ονομαστικές τιμές ρεύματος υπερτάσης των μεμονωμένων MOV για να ληφθεί η ονομαστική τιμή ρεύματος υπερτάσης της συστοιχίας. Με αυτόν τον τρόπο, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ο συντονισμός της λειτουργίας.

Υπάρχουν πολλές υποθέσεις σχετικά με το ποιο εξάρτημα, ποια τοπολογία και η ανάπτυξη συγκεκριμένης τεχνολογίας παράγουν το καλύτερο SPD για την εκτροπή του ρεύματος υπερτάσεων. Αντί να παρουσιάζονται όλες οι επιλογές, είναι καλύτερο η συζήτηση για την ονομαστική τιμή ρεύματος υπερτάσεων, την ονομαστική τιμή ρεύματος εκφόρτισης ή τις δυνατότητες ρεύματος υπερτάσεων να περιστρέφεται γύρω από τα δεδομένα δοκιμών απόδοσης. Ανεξάρτητα από τα εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται στο σχεδιασμό ή τη συγκεκριμένη μηχανική δομή που αναπτύσσεται, αυτό που έχει σημασία είναι ότι το SPD έχει ονομαστική τιμή ρεύματος υπερτάσεων ή ονομαστική τιμή ρεύματος εκφόρτισης που είναι κατάλληλη για την εφαρμογή.

Η τρέχουσα έκδοση των Κανονισμών Καλωδίωσης IET, BS 7671:2018, ορίζει ότι, εκτός εάν διενεργηθεί εκτίμηση κινδύνου, θα πρέπει να παρέχεται προστασία από παροδική υπέρταση όπου η συνέπεια που προκαλείται από την υπέρταση θα μπορούσε:

να οδηγήσει σε σοβαρό τραυματισμό ή απώλεια ανθρώπινης ζωής· ή

να οδηγήσει σε διακοπή των δημόσιων υπηρεσιών ή/και σε ζημιά στην πολιτιστική κληρονομιά· ή

να οδηγήσει σε διακοπή εμπορικής ή βιομηχανικής δραστηριότητας· ή

Επηρεάζουν μεγάλο αριθμό ατόμων που ζουν μαζί.

Ο παρών κανονισμός ισχύει για όλους τους τύπους εγκαταστάσεων, συμπεριλαμβανομένων των οικιακών, εμπορικών και βιομηχανικών.

Ενώ οι Κανονισμοί Καλωδίωσης IET δεν είναι αναδρομικοί, όταν εκτελούνται εργασίες σε υπάρχον κύκλωμα εντός μιας εγκατάστασης που έχει σχεδιαστεί και εγκατασταθεί σύμφωνα με προηγούμενη έκδοση των Κανονισμών Καλωδίωσης IET, είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί ότι το τροποποιημένο κύκλωμα συμμορφώνεται με την τελευταία έκδοση. Αυτό θα είναι επωφελές μόνο εάν εγκατασταθούν SPD για την προστασία ολόκληρης της εγκατάστασης.

Η απόφαση για την αγορά ή όχι των SPD εναπόκειται στον πελάτη, αλλά θα πρέπει να του παρέχονται επαρκείς πληροφορίες ώστε να λάβει τεκμηριωμένη απόφαση σχετικά με το εάν επιθυμεί να παραλείψει τα SPD. Η απόφαση θα πρέπει να λαμβάνεται με βάση παράγοντες κινδύνου για την ασφάλεια και μετά από αξιολόγηση του κόστους των SPD, το οποίο μπορεί να κοστίζει μόλις μερικές εκατοντάδες λίρες, σε σχέση με το κόστος της ηλεκτρικής εγκατάστασης και του εξοπλισμού που συνδέεται με αυτήν, όπως υπολογιστές, τηλεοράσεις και τον απαραίτητο εξοπλισμό, για παράδειγμα, ανίχνευση καπνού και χειριστήρια λέβητα.

Η προστασία από υπερτάσεις θα μπορούσε να εγκατασταθεί σε μια υπάρχουσα μονάδα καταναλωτή εάν υπήρχε διαθέσιμος κατάλληλος φυσικός χώρος ή, εάν δεν υπήρχε αρκετός χώρος, θα μπορούσε να εγκατασταθεί σε ένα εξωτερικό περίβλημα δίπλα στην υπάρχουσα μονάδα καταναλωτή.

Αξίζει επίσης να επικοινωνήσετε με την ασφαλιστική σας εταιρεία, καθώς ορισμένες συμβάσεις ενδέχεται να αναφέρουν ότι ο εξοπλισμός πρέπει να καλύπτεται από SPD, διαφορετικά δεν θα καταβληθεί αποζημίωση σε περίπτωση αξίωσης.

Η διαβάθμιση του προστατευτικού υπερτάσεων (κοινώς γνωστού ως αντικεραυνική προστασία) αξιολογείται σύμφωνα με τη θεωρία αντικεραυνικής προστασίας υποδιαίρεσης IEC 61643-31 & EN 50539-11, η οποία εγκαθίσταται στη συμβολή του διαμερίσματος. Οι τεχνικές απαιτήσεις και οι λειτουργίες διαφέρουν. Η συσκευή αντικεραυνικής προστασίας πρώτου σταδίου εγκαθίσταται μεταξύ της ζώνης 0-1, υψηλή για την απαίτηση ροής, η ελάχιστη απαίτηση των IEC 61643-31 & EN 50539-11 είναι Itotal (10/350) 12,5 ka, και το δεύτερο και το τρίτο επίπεδο εγκαθίστανται μεταξύ των ζωνών 1-2 και 2-3, κυρίως για την καταστολή της υπέρτασης.

Οι συσκευές προστασίας από υπερτάσεις (SPD) είναι απαραίτητες για την προστασία του ηλεκτρονικού εξοπλισμού από τις βλαβερές συνέπειες της παροδικής υπέρτασης που μπορεί να προκαλέσει ζημιά, διακοπή λειτουργίας του συστήματος και απώλεια δεδομένων.

Σε πολλές περιπτώσεις, το κόστος αντικατάστασης ή επισκευής εξοπλισμού μπορεί να είναι σημαντικό, ιδιαίτερα σε εφαρμογές κρίσιμης σημασίας, όπως νοσοκομεία, κέντρα δεδομένων και βιομηχανικές μονάδες.

Οι διακόπτες κυκλώματος και οι ασφάλειες δεν έχουν σχεδιαστεί για να χειρίζονται αυτά τα συμβάντα υψηλής ενέργειας, καθιστώντας απαραίτητη την πρόσθετη προστασία από υπερτάσεις.

Ενώ τα SPD έχουν σχεδιαστεί ειδικά για να εκτρέπουν την παροδική υπέρταση μακριά από τον εξοπλισμό, προστατεύοντάς τον από ζημιές και παρατείνοντας τη διάρκεια ζωής του.

Συμπερασματικά, τα SPD είναι απαραίτητα στο σύγχρονο τεχνολογικό περιβάλλον.

Αρχή λειτουργίας SPD

Η βασική αρχή πίσω από τα SPD είναι ότι παρέχουν μια διαδρομή χαμηλής σύνθετης αντίστασης προς τη γείωση για την υπερβολική τάση. Όταν εμφανίζονται αιχμές ή υπερτάσεις τάσης, τα SPD λειτουργούν εκτρέποντας την υπερβολική τάση και ρεύμα στη γείωση.

Με αυτόν τον τρόπο, το μέγεθος της εισερχόμενης τάσης μειώνεται σε ένα ασφαλές επίπεδο που δεν προκαλεί ζημιά στη συνδεδεμένη συσκευή.

Για να λειτουργήσει, μια συσκευή προστασίας από υπερτάσεις πρέπει να περιέχει τουλάχιστον ένα μη γραμμικό στοιχείο (ένα βαρίστορ ή διάκενο σπινθήρα), το οποίο υπό διαφορετικές συνθήκες μεταβαίνει μεταξύ μιας κατάστασης υψηλής και χαμηλής σύνθετης αντίστασης.

Η λειτουργία τους είναι να εκτρέπουν το ρεύμα εκκένωσης ή ώθησης και να περιορίζουν την υπέρταση στον κατάντη εξοπλισμό.

Οι συσκευές προστασίας από υπερτάσεις λειτουργούν στις τρεις περιπτώσεις που αναφέρονται παρακάτω.

Α. Κανονική κατάσταση (απουσία υπερτάσεων)

Σε περίπτωση που δεν υπάρχουν συνθήκες υπέρτασης, το SPD δεν έχει καμία επίδραση στο σύστημα και λειτουργεί ως ανοιχτό κύκλωμα, παραμένοντας σε κατάσταση υψηλής σύνθετης αντίστασης.

Β. Κατά τη διάρκεια υπερτάσεων τάσης

Σε περίπτωση αιχμών τάσης και υπερτάσεων, το SPD μεταβαίνει στην κατάσταση αγωγιμότητας και η σύνθετη αντίσταση του μειώνεται. Με αυτόν τον τρόπο, θα προστατεύσει το σύστημα εκτρέποντας το ρεύμα ώθησης στη γείωση.

Γ. Επιστροφή στην κανονική λειτουργία

Μετά την εκφόρτιση της υπέρτασης, το SPD επανήλθε στην κανονική του κατάσταση υψηλής σύνθετης αντίστασης.

Οι συσκευές προστασίας από υπερτάσεις (SPD) είναι απαραίτητα εξαρτήματα των ηλεκτρικών δικτύων. Ωστόσο, η επιλογή ενός κατάλληλου SPD για το σύστημά σας μπορεί να είναι δύσκολο ζήτημα.

Μέγιστη συνεχής τάση λειτουργίας (UC)

Η ονομαστική τάση του SPD θα πρέπει να είναι συμβατή με την τάση του ηλεκτρικού συστήματος για να προσφέρει κατάλληλη προστασία στο σύστημα. Μια χαμηλότερη ονομαστική τάση θα προκαλέσει ζημιά στη συσκευή και μια υψηλότερη ονομαστική τάση δεν θα εκτρέψει σωστά τα μεταβατικά φαινόμενα.

Χρόνος απόκρισης

Περιγράφεται ως ο χρόνος αντίδρασης του SPD στις μεταβατικές συνθήκες. Όσο πιο γρήγορα αποκρίνεται το SPD, τόσο καλύτερη είναι η προστασία από το SPD. Συνήθως, τα SPD που βασίζονται σε δίοδο Zener έχουν την ταχύτερη απόκριση. Οι τύποι με αέριο έχουν σχετικά αργό χρόνο απόκρισης και οι ασφάλειες και οι τύποι MOV έχουν τον πιο αργό χρόνο απόκρισης.

Ονομαστικό ρεύμα εκφόρτισης (In)

Το SPD θα πρέπει να δοκιμάζεται σε κυματομορφή 8/20μs και η τυπική τιμή για οικιακό SPD μικροσκοπικού μεγέθους είναι 20kA.

Μέγιστο ρεύμα εκκένωσης ώθησης (Iimp)

Η συσκευή πρέπει να είναι σε θέση να χειριστεί το μέγιστο ρεύμα υπερτάσεων που αναμένεται στο δίκτυο διανομής, ώστε να διασφαλιστεί ότι δεν θα παρουσιάσει βλάβη κατά τη διάρκεια ενός παροδικού συμβάντος, και η συσκευή θα πρέπει να δοκιμαστεί με κυματομορφή 10/350μs.

Τάση σύσφιξης

Αυτή είναι η τάση κατωφλίου και πάνω από αυτό το επίπεδο τάσης, το SPD αρχίζει να συγκρατεί οποιαδήποτε παροδική τάση που ανιχνεύει στη γραμμή ρεύματος.

Κατασκευαστής και Πιστοποιήσεις

Η επιλογή ενός SPD από έναν γνωστό κατασκευαστή που διαθέτει πιστοποίηση από μια αμερόληπτη εγκατάσταση δοκιμών, όπως το UL ή το IEC, είναι ζωτικής σημασίας. Η πιστοποίηση εγγυάται ότι το προϊόν έχει εξεταστεί και πληροί όλες τις απαιτήσεις απόδοσης και ασφάλειας.

Η κατανόηση αυτών των οδηγιών μεγέθους θα σας επιτρέψει να επιλέξετε την καλύτερη συσκευή προστασίας από υπερτάσεις για τις ανάγκες σας και να εγγυηθείτε αποτελεσματική προστασία από υπερτάσεις.

Οι συσκευές προστασίας από υπερτάσεις (SPD) έχουν σχεδιαστεί για να παρέχουν αξιόπιστη προστασία από παροδικές υπερτάσεις, αλλά ορισμένοι παράγοντες μπορούν να οδηγήσουν σε αστοχία τους. Ακολουθούν ορισμένοι από τους υποκείμενους λόγους για την αστοχία των SPD:

1. Υπερβολικές υπερτάσεις ισχύος

Μία από τις κύριες αιτίες βλάβης του SPD είναι η υπέρταση. Η υπέρταση μπορεί να προκληθεί λόγω κεραυνών, υπερτάσεων ή άλλων ηλεκτρικών διαταραχών. Βεβαιωθείτε ότι έχετε εγκαταστήσει τον σωστό τύπο SPD μετά από κατάλληλους υπολογισμούς σχεδιασμού ανάλογα με την τοποθεσία.

2. Παράγοντας γήρανσης

Λόγω περιβαλλοντικών συνθηκών, όπως η θερμοκρασία και η υγρασία, οι SPD έχουν περιορισμένη διάρκεια ζωής και ενδέχεται να φθαρούν με την πάροδο του χρόνου. Επιπλέον, οι SPD μπορούν να υποστούν ζημιά από συχνές αιχμές τάσης.

3. Προβλήματα διαμόρφωσης

Λανθασμένη διαμόρφωση, όπως όταν ένα SPD με διαμόρφωση wye συνδέεται με ένα φορτίο που είναι συνδεδεμένο μέσω δέλτα. Αυτό μπορεί να εκθέσει το SPD σε υψηλότερες τάσεις, οι οποίες θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε βλάβη του SPD.

4. Βλάβη εξαρτήματος

Τα SPD περιέχουν διάφορα εξαρτήματα, όπως βαρίστορ οξειδίου μετάλλου (MOV), τα οποία μπορούν να παρουσιάσουν βλάβη λόγω κατασκευαστικών ελαττωμάτων ή περιβαλλοντικών παραγόντων.

5. Ακατάλληλη γείωση

Για να λειτουργήσει σωστά ένα SPD, είναι απαραίτητη η γείωση. Ένα SPD μπορεί να δυσλειτουργήσει ή ενδεχομένως να αποτελέσει πρόβλημα ασφαλείας εάν δεν είναι σωστά γειωμένο.