Устройство защиты от перенапряжения постоянного тока

Устройство защиты от перенапряжения постоянного тока предназначено для защиты систем и оборудования с питанием от постоянного тока от внезапных скачков или всплесков напряжения. Устройства защиты от перенапряжения постоянного тока подавляют или отводят скачки напряжения, предотвращая повреждение чувствительных электронных компонентов, сбои системы и даже потерю данных.

Принцип работы

Правильный выбор, установка и обслуживание устройств защиты от перенапряжения постоянного тока необходимы для обеспечения эффективной работы защита от перенапряжения в системах постоянного тока. Эффективность работы УЗИП постоянного тока зависит от таких факторов, как номинальная мощность импульса, напряжение фиксации, время отклика и конкретное применение.

Работу устройства защиты от перенапряжения постоянного тока можно описать следующим образом:

Обнаружение перенапряжения

Устройство защиты от перенапряжения постоянного тока обнаружит перенапряжение, превышающее его номинал в системе постоянного тока. Это устройство обычно контролирует уровень напряжения, используя специальную схему для обнаружения перенапряжений.

Фиксация напряжения

Устройства защиты от перенапряжения постоянного тока используют такие компоненты, как металлооксидные варисторы (MOV) или газоразрядные трубки (GDT) для достижения фиксации напряжения. Эти компоненты демонстрируют высокое сопротивление напряжению в пределах нормы, обеспечивая нормальный поток электрического тока.

Тем не менее, скачок напряжения за пределами порога значительно снижает сопротивление компонента, создавая низкоомный путь для импульсного тока. Порог, за которым напряжение считается скачком, называется напряжением зажима или пропускаемым напряжением.

Поглощение энергии

Основные компоненты устройства защиты от перенапряжения поглощают избыточную энергию, когда скачок напряжения отводится через устройство. Конструкция металлооксидных варисторов (MOV) такова, что они выходят из строя при высоких напряжениях, рассеивая скачок напряжения в виде тепла.

Классификация DC SPD

Существуют различные способы классификации устройств защиты от перенапряжения постоянного тока с их конфигурацией и использованием общей основы. Общий метод классификации устройств защиты постоянного тока основан на их первичном компоненте следующим образом:

Автомобильные SPD

Устройства защиты от перенапряжения в автомобильных приложениях защищают электронные системы и компоненты в транспортных средствах от разрушительных переходных процессов и скачков напряжения. Такие могут возникнуть из-за электромагнитных помех, сброса нагрузки и индуктивной отдачи.

Устройства защиты постоянного тока с металлооксидными варисторами (MOV)

MOVs являются распространенными компонентами в DC SPD, которые обеспечивают фиксацию напряжения и поглощение энергии для защиты оборудования путем отвода скачков напряжения. Существуют различные номинальные напряжения и конфигурации для DC SPD, использующих металлооксидные варисторы в соответствии с их требованиями к постоянному току.

УЗИП постоянного тока с газоразрядными трубками (GDT)

GDT также являются компонентами защиты от перенапряжения, используемыми в DCSPD, предлагающими быстрое время отклика и возможности обработки высокого импульсного тока. Такие DC SPD находят применение в приложениях постоянного тока, где требуется надежная защита от перенапряжения, например, в телекоммуникационных системах.

DC SPD с кремниевыми лавинными диодами (SAD)

SAD — это полупроводниковые приборы, предназначенные для защиты от переходных напряжений, обеспечивая низкие напряжения фиксации и быстрое время отклика. SPD на основе SAD используются в чувствительном электронном оборудовании и системах связи, требующих точного ограничения напряжения и низких пропускаемых напряжений.

Гибридное устройство защиты от перенапряжения

Эти устройства защиты от перенапряжения объединяют несколько технологий, таких как SAD, MOV и GDT, чтобы обеспечить улучшенную защиту от переходных процессов. Они используют сильные стороны отдельных компонентов для обеспечения комплексной защиты от широкого спектра переходных процессов и скачков напряжения.

Фотоэлектрические устройства защиты от перенапряжения

Эти устройства защиты от перенапряжения специально разработаны для защиты фотоэлектрических систем солнечных батарей от электрических помех. Их конструкция способна справиться с исключительными требованиями солнечных установок, работающих на постоянном токе, и надежной работой фотоэлектрических панелей.

Особенности DC SPD

При выборе устройства защиты от перенапряжения постоянного тока рассмотрение его характеристик и системных требований является важным шагом. Это позволяет вам убедиться, что ваш выбор соответствует задаче, тем самым снижая риск повреждения и простоя.

Различные характеристики определяют производительность и надежность устройств защиты от перенапряжения постоянного тока (SPD) в системах с питанием от постоянного тока. Вот некоторые из общих характеристик, описанных в DC SPD:

Номинальное напряжение

Устройства защиты от перенапряжения постоянного тока используют различные номинальные напряжения, которые соответствуют конкретной системе питания постоянного тока, которую они призваны защищать. Выбор DC SPD, номинальное напряжение которого соответствует или превышает напряжение системы постоянного тока, является идеальным для обеспечения эффективности работы.

Напряжение фиксации

Напряжение фиксации DC SPD относится к максимальному напряжению, которое может пройти во время скачка напряжения. Когда напряжение превышает напряжение фиксации, DC SPD отводит и/или поглощает переходное напряжение, защищая оборудование.

Предпочтительно иметь DC SPD с более низкими зажимными напряжениями, поскольку они ограничивают величину напряжения, доступную оборудованию. Следовательно, это обеспечивает лучшую защиту для оборудования с питанием от постоянного тока.

Обработка импульсного тока

Пропускная способность импульсного тока постоянного тока УЗИП определяет максимальный импульсный ток, который оно может безопасно отводить или поглощать без повреждения. Постоянного тока УЗИП разработаны для управления определенными импульсными токами, что является важной характеристикой при выборе УЗИП для вашего приложения.

Время отклика

Время отклика устройства защиты от перенапряжения постоянного тока определяет быстроту реакции на событие перенапряжения. Устройства защиты постоянного тока с быстрым временем отклика обеспечивают более быструю защиту от перенапряжений, начиная отвод тока перенапряжения раньше, что снижает вероятность повреждения.

Сравнение DC SPD с AC SPD

Основное различие между устройствами защиты от перенапряжения постоянного и переменного тока основано на используемой системе питания. Таким образом, между ними есть небольшие отклонения в отношении номинальных напряжений, возможностей обработки перенапряжений, времени отклика и стандартов.

Следующие утверждения подчеркивают некоторые сходства и различия между устройствами защиты от перенапряжений постоянного и переменного тока (УЗИП):

Обработка частоты

Устройства защиты от перенапряжения, используемые в системах постоянного тока, не имеют частотных характеристик благодаря постоянству постоянного напряжения. С другой стороны, устройства в системах переменного тока имеют другие потребности в частоте, требующие другого обращения.

Чувствительность к полярности

Устройства защиты от перенапряжения в системах постоянного тока чувствительны к полярности, поэтому требуют установки с правильным выравниванием клемм. Из-за постоянно меняющегося направления напряжения в системах переменного тока они не имеют конкретных обозначений клемм.

Обнаружение и фиксация перенапряжения

В зависимости от конструкции системы, как DC, так и AC SPD будут противостоять скачкам напряжения, поглощая или отклоняя их до безопасного уровня. Однако различные характеристики напряжения могут привести к изменению механизмов, применяемых при обнаружении и фиксации.

Номинальные напряжения

Вы найдете устройства защиты от перенапряжения постоянного и переменного тока с номинальными напряжениями, специфичными для систем, в которых они используются. Большинство систем постоянного тока имеют более низкие номинальные напряжения, чем системы переменного тока, которые могут достигать 400 В.

Тип напряжения

Это принципиальное различие между УЗИП постоянного тока, предназначенными для систем постоянного тока, и УЗИП переменного тока, предназначенными для систем переменного тока.

Основные параметры УЗИП постоянного тока

Параметры устройства защиты от перенапряжения постоянного тока определяют его производительность и пригодность в конкретной системе постоянного тока от перенапряжений. Тщательное рассмотрение этих параметров и предполагаемой системы для использования, таким образом, имеет жизненно важное значение для эффективного соответствия.

Основные параметры, предусмотренные для устройств защиты от перенапряжения постоянного тока, включают в себя:

• Ток утечки: Когда устройство защиты от перенапряжения постоянного тока работает нормально, ток утечки описывает минимальный ток, протекающий через него. Наличие низкого тока утечки является предпочтительным, поскольку это приводит к уменьшению рассеивания тепла и потери мощности.
• Максимальное постоянное рабочее напряжение: Определяет напряжение постоянного тока, при превышении которого срабатывает устройство защиты от перенапряжения в зависимости от номинального напряжения системы.
• Номинальный ток разряда: Описывает максимальное значение тока, которое может разрядить устройство защиты от перенапряжения постоянного тока при возникновении скачка напряжения.
• Диапазон рабочих температур: Определяет температуры, в пределах которых устройство защиты от перенапряжения постоянного тока может работать оптимально. Этот параметр является специфическим для конкретного применения, особенно когда система постоянного тока, нуждающаяся в защите, работает в экстремальных температурных условиях.
• Уровень защиты по напряжению: Представляет собой максимальное напряжение на клеммах активированного устройства защиты от перенапряжения постоянного тока. Оно достигается, когда ток, проходящий через устройство защиты от перенапряжения, соответствует току номинального разряда.

Основные компоненты в УЗИП постоянного тока

Устройства защиты от перенапряжения постоянного тока используют различные электронные компоненты для смягчения скачков высокого напряжения. Эти компоненты можно разделить на различные типы, некоторые из которых используют комбинацию технологий для усиления сильных сторон.

Некоторые из основных компонентов, используемых в устройствах защиты от перенапряжения постоянного тока, включают в себя:

• Газоразрядная трубка (ГРТ)

Состоит из двух холодных отрицательных пластин, заключенных в стеклянную или керамическую трубку и разделенных инертным газом, обычно аргоном. Он использует вспомогательный инициирующий агент для повышения вероятности запуска разряда и доступен как в двух-, так и в трехполюсной конфигурации.

• Диод подавления переходных напряжений (TVS)

Это специальные диоды, работающие в зоне пробоя, обозначенной как обратная. Они фиксируют и регулируют напряжение. Его пониженное фиксирующее напряжение и быстрое срабатывание позволяют использовать его в многоуровневых защитных схемах в качестве конечного слоя.

• Металлооксидный варистор (MOV)

MOV — это полупроводник, использующий оксид цинка в качестве оксида металла, демонстрирующий нелинейное сопротивление. Колебания напряжения отражают изменение значения сопротивления с принципом работы, аналогичным нескольким PN-переходам, соединенным последовательно и параллельно.

• Искровой промежуток

Обычно состоит из пары металлических стержней, находящихся на открытом воздухе, с разделительным расстоянием, при этом один стержень подключается либо к нейтральной, либо к фазовой линии питания. Другой подключается к клемме заземления, и скачок напряжения пробивает разделение, отводя скачок.

• Дроссельная катушка

Использует ферритовый сердечник, включающий симметрично намотанную пару катушек с идентичным размером и числом витков, что приводит к устройству с четырьмя клеммами. Он в первую очередь смягчает значительную индуктивность синфазного сигнала с минимальным влиянием на индуктивность утечки дифференциального сигнала.

Преимущества использования DC SPD

Используя УЗИП постоянного тока, можно эффективно снизить уязвимость систем с питанием от постоянного тока к скачкам напряжения, что способствует защите оборудования, надежности системы и общей безопасности эксплуатации.

Ниже приводится краткий обзор преимуществ использования устройства защиты от перенапряжения постоянного тока:

i. Защита оборудования: Это основное преимущество конфигурации вашей системы постоянного тока с устройством защиты от перенапряжения. Оно отводит или подавляет чрезмерные скачки напряжения, защищая оборудование от повреждения.

ii. Увеличенный срок службы оборудования: Предотвращение разрушительного воздействия скачков напряжения с помощью DC SPD позволяет оборудованию работать дольше. В противном случае незащищенное оборудование легко поддается скачкам напряжения, что приводит к повреждению или ухудшению производительности.

iii. Обеспечение безопасности: Когда происходят скачки напряжения, они представляют опасность для безопасности, особенно в промышленных условиях, где используются источники постоянного тока с высокой энергией. Поглощая или перенаправляя энергию скачков напряжения, эти устройства снижают вероятность электрических неисправностей, пожаров или других опасностей для безопасности.

iv. Надежность системы: Устройства защиты от перенапряжения способствуют повышению надежности системы постоянного тока в своей защитной роли. Они снижают риск отказа оборудования, помогая поддерживать непрерывную работу и минимизировать сбои.

Факторы, которые следует учитывать при выборе УЗИП

При выборе устройства защиты от перенапряжения постоянного тока убедитесь, что оно совместимо с вашей системой, предлагая вам желаемую защиту. Таким образом, вы извлечете выгоду из его роли в минимизации потенциальных рисков, связанных с переходными процессами напряжения.

Некоторые ключевые факторы, которые следует учитывать, включают в себя:

• Текущий рейтинг: Номинальный ток DC SPD должен быть способен поддерживать максимальный рабочий ток системы. Таким образом, полученная нагрузка системы не перегревается, что приводит к отказу.
• Репутация производителя: Обратите внимание на производителя и оцените его репутацию и надежность в производстве высококачественных УЗИП и предоставлении отличной поддержки клиентам.
• Время ответа: Время отклика устройства защиты от перенапряжения указывает на скорость его реакции на событие перенапряжения. Вам нужно короткое время отклика, чтобы быстро справиться с переходными процессами и компенсировать любой надвигающийся ущерб.
• Соответствие стандартам: Убедитесь, что устройство защиты от перенапряжения постоянного тока соответствует необходимым отраслевым стандартам. Эти стандарты гарантируют, что приобретаемое вами устройство защиты от перенапряжения соответствует критериям производительности.
• Мощность импульсного тока: Оцените ожидаемую пропускную способность УЗИП постоянного тока по току импульсных перенапряжений, чтобы убедиться, что оно может эффективно справляться с импульсными перенапряжениями без перегрузки.
• Номинальное напряжение: Максимальное рабочее напряжение вашей системы постоянного тока определяет номинальное напряжение вашего УЗП постоянного тока. Оно должно соответствовать этому значению или превышать его, чтобы обеспечить эффективную защиту от перенапряжения.

Установка DC SPD

Установка устройства защиты от перенапряжения постоянного тока должна быть тщательно выполнена, чтобы избежать неэффективной работы и даже повреждения. При установке следует учитывать модель, характеристики системы и местные правила.

Вот некоторые из основных моментов, которые следует учитывать при установке:

1. Выберите подходящее место, максимально близкое к защищаемому оборудованию. Оно также должно быть легкодоступным для обеспечения доступа во время технического обслуживания и осмотра.
2. Следуйте инструкциям производителя по установке устройства защиты от перенапряжения постоянного тока. Прочно закрепите его на подходящей поверхности, используя соответствующие крепежные элементы и зазоры для адекватного рассеивания тепла и вентиляции.
3. Подключите устройство защиты от перенапряжения постоянного тока к системе электропитания согласно инструкциям, используя стандартные кабели или проводники. Они должны быть надежно закреплены с помощью соответствующих концевых соединений и быть способными выдерживать максимальный ожидаемый ток.
4. Сконфигурируйте надежную систему заземления с низким сопротивлением, которая будет способствовать безопасному отводу импульсных токов с помощью УЗИП постоянного тока.

Тестирование устройства защиты от перенапряжения постоянного тока

Тестирование устройства защиты от перенапряжения постоянного тока проверяет его функциональность, гарантируя, что оно может эффективно защищать оборудование от перенапряжения. При тестировании сравните результаты теста с конкретными характеристиками реагирования, которые должны быть предоставлены УЗИП.

Обычно используемые тесты включают в себя:

• Испытание сопротивления изоляции: Здесь вы отключаете УЗИП от источника постоянного тока и измеряете сопротивление между клеммами устройства и заземления. Это гарантирует отсутствие путей утечки или неисправностей.
• Испытание на падение напряжения: Этот тест гарантирует, что падение напряжения находится в указанных пределах. Вы подключаете устройство к источнику постоянного тока перед подачей номинального напряжения и его измерением.
• Испытание на импульсное напряжение: Здесь вы имитируете переходные скачки напряжения, подавая импульсы скачков напряжения на устройство защиты от скачков напряжения. После этого изучите формы волн, сравнивая их с тестовыми спецификациями.

Стандарты, используемые для DC SPD

Стандарты определяют качество, надежность и безопасность устройств защиты от перенапряжения постоянного тока. Они предоставляются регулирующими органами и включают:

• АНСИ/ИИЭЭ45: Дает обзор характеристик испытаний устройств защиты от перенапряжения в системе постоянного тока.
• МЭК61643-11: Обсуждаются методы испытаний и требования, характерные для устройств защиты от перенапряжений постоянного тока, подключаемых к низковольтным системам.
• МЭК61643-21: Предлагает руководство по методам тестирования, специфичным для устройств защиты постоянного тока, используемых в сетях сигнализации и телекоммуникациях.
• МЭК61643-22: Описывает выбор и применение УЗИП постоянного тока, используемых в телекоммуникационных и передающих сетях.
• Лаборатории андеррайтеров(УЛ) 1449: Описывает процедуры безопасности и производительности для устройств защиты постоянного тока.

Применение DC SPD

Роль УЗИП постоянного тока в защите оборудования от скачков напряжения проиллюстрирована на примере различных применений следующим образом:

I. Центры обработки данных: Устройства защиты от перенапряжений постоянного тока играют важную роль в предотвращении потерь данных и повреждения оборудования в устройствах хранения данных, сетевом оборудовании и серверах.

ii. Промышленные системы управления: Используется в устройствах управления, использующих постоянный ток, таких как датчики, программируемые логические контроллеры (ПЛК) и электроприводы.

iii. Возобновляемая энергия: Ветроэнергетические и фотоэлектрические установки для солнечной энергетики используют УЗИП постоянного тока для защиты чувствительного электронного оборудования, например инверторов.

iv. Системы хранения: Устройства защиты постоянного тока в системах хранения, использующих энергию аккумуляторных батарей, защищают аккумуляторные батареи, системы мониторинга и оборудование для преобразования энергии.

в) Телекоммуникации: Устройства защиты постоянного тока устанавливаются на объектах связи и в центрах обработки данных для защиты критически важного оборудования, такого как линии передачи данных и источники питания.

6. Транспортные системы: В электромобилях, трамваях и поездах, а также на электрических подстанциях УЗИП постоянного тока используются в зарядных станциях, электронных блоках управления и системах распределения электроэнергии.

Компания Letop готова помочь вам со всеми вашими устройствами защиты от перенапряжения постоянного тока.