Защита от перенапряжений электронного оборудования
Введение
Как правило, силовые цепи имеют компоненты с большими тепловыми мощностями, которые не позволяют им быстро достигать очень высоких температур, за исключением очень больших или длительных помех. Это требует соответственно больших энергий перенапряжений. Кроме того, материалы, которые составляют изоляцию этих компонентов, могут работать при температурах до 200 ºC, по крайней мере, в течение коротких периодов времени.
С другой стороны, электронные схемы используют компоненты, которые работают при очень малых уровнях напряжения и мощности. Даже малых импульсных токов малой величины или переходных напряжений достаточно, чтобы вызвать высокие температуры и поломки напряжения.
Это связано с очень небольшими электрическими зазорами, которые участвуют в ПХД и ИС (часто в микронах), и очень плохой температурой, сохраняя способность многих полупроводниковых материалов, которые составляют ядро этих компонентов.
Таким образом, требуется более высокая степень защиты от перенапряжений, если эти устройства должны безопасно работать в обычной электросистеме.
Так возникает концепция зон защиты от перенапряжений (СЗЗ).
Согласно этой концепции, весь объект можно разделить на зоны, каждый с более высоким уровнем защиты и вложенными друг в друга.
Когда мы продвигаемся по шкале SPZ, скачки становятся меньше по величине, а защита лучше.
- Зона 0: Это неконтролируемая зона внешнего мира с защитой от перенапряжений, подходящей для высоковольтной передачи энергии и основного распределительного оборудования.
- Зона 1: контролируемая среда, которая адекватно защищает электрооборудование, обнаруженное в обычной системе распределения зданий.
- Зона 2: эта зона имеет защиту, обслуживающую электронное оборудование более прочного сорта (силовое электронное оборудование или устройства управления дискретного типа).
- Зона 3: В этой зоне расположено самое чувствительное электронное оборудование, и обеспечивается защита самого высокого возможного порядка (включая компьютерные процессоры, распределенные системы управления, устройства с ИС и т. Д.).
Принцип SPZ проиллюстрирован на рисунке 1.
Рисунок 1 - Зонированный подход к защите
Мы называем это зонированной защитой, и мы видим эти различные зоны с соответствующим уменьшением порядка величины импульсного тока, когда мы все дальше и дальше опускаемся в зоны, в саму установку.
Обратите внимание, что в неконтролируемой среде вне нашего здания мы рассмотрим амплитуду, скажем, 1000 А.
Когда мы переходим на первый уровень контролируемой среды, называемой зоной 1, мы получим уменьшение в 10 раз, возможно, до 100 А. Когда мы переходим в более конкретное место, зону 2, возможно, компьютерную комнату или комнату, в которой существует различное чувствительное оборудование, мы находим другое снижение в 10 раз.
Наконец, в самом оборудовании мы можем найти другое уменьшение в 10 раз, эффект этого всплеска в основном на один ампер на самом устройстве. IEEE C62.41 указывает на аналогичный, но немного отличающийся подход к защитным зонам.
Идея подхода защиты зоны заключается в том, чтобы использовать индуктивную мощность объекта, а именно проводку, чтобы помочь уменьшить величину импульсного тока, поскольку мы все дальше и дальше уходим от служебного входа в объект.
Переход между зонами 0 и 1 далее развит на рисунке 2. Здесь мы подробно расскажем о входе в здание, где электросвязь, передача данных и провода питания поступают извне в первую охраняемую зону.
Обратите внимание, что устройство защиты от перенапряжения (SPD) в основном снимает любые переходные явления на любом из этих металлических проводов, ссылаясь на все это на общую поверхность входа в систему, даже когда оно присоединено к системе металлических водопроводов.
Рисунок 2 - Переход от зоны 0 к зоне 1
Аналогично, защита зоны 2 в точке перехода из зоны 1 показана на рисунке 3.
Здесь, когда мы обращаемся к дискретному уровню между первым уровнем контролируемой зоны 1 и, возможно, подключаемым устройством, входящим в зону 2, мы можем видеть, что доступны устройства защиты от перенапряжений, которые обрабатывают телекоммуникации, данные и различные типы физических разъемов соединения для каждого, включая как телефонный штекер RJ, так и коаксиальную проводку.
Рисунок 3 - Переход от зоны 1 к зоне 2
Это общая ошибка конструкции, где есть две точки входа, и поэтому для заземления переменного тока и телекоммуникационных цепей установлены две точки заземления.
Использование устройств TVSS в каждой точке очень полезно для управления линейными и линейными условиями перенапряжения в каждой точке входа, но устройство не может выполнить эту задачу между точками входа.
Это имеет первостепенное значение, поскольку оборудование жертвы связано между двумя точками. Следовательно, импульсный ток общего режима будет проходить через оборудование жертвы между этими двумя схемами, несмотря на наличие столь необходимого ТВСС.
Минимальным результатом вышеуказанного является повреждение данных и максимально возможное воздействие на оборудование.
Независимо от того, какой тип ТВСС используется в вышеуказанной компоновке, а также сколько и каких дополнительных отдельных, выделенных заземляющих проводов и т. Д., Заявленная проблема останется такой же, как обсуждалось выше. Все проводники обладают собственной индуктивностью и из-за условий -e = L dI / dT не могут уравнять потенциал друг с другом при нормальных импульсных / волновых условиях.
Такие провода могут резонировать в четвертьволнах и их нечетные кратные, что также вредно. Это также относится к металлическим трубам, стальным балкам и т. Д.
Однако заземление этих ближайших предметов может потребоваться, чтобы избежать вспышки молнии.
Достижение защиты от перенапряжений
Из вышеизложенного ясно, что тип защиты от перенапряжений зависит от типа зоны и оборудования, которое необходимо защитить. Далее мы проиллюстрируем это на примере, поскольку мы исходим из неконтролируемой области зоны 0.
Начнем с того, что мы расскажем о том, что происходит, когда удар молнии попадает в верхнюю линию распределения.
Здесь, на рисунке 4, мы видим изображение грозового облака, выгружающегося на линию распределения и точки приложения молниеотвода энергетической компанией в точках № 1 и № 2. Мы замечаем, что рабочее напряжение здесь составляет 11 000 вольт на первичной линии, а трансформатор имеет вторичное напряжение 380/400 В, обычно обслуживающее потребителя.
Нам нужно понять, что известно как явления бегущей волны. Когда удар молнии ударяет по линии электропередач, встроенная конструкция линии электропередачи делает ее способной выдерживать до 95 000 В для своей системы изоляции.
Рисунок 4 - Защита в зоне 0
Мы называем это основным импульсным уровнем (BIL).
Большая часть строительной техники 11 000 В имела бы рейтинг BIL 95 кВ. Это говорит нам о том, что изоляция провода, поперечные рычаги и все другие части, которые находятся рядом с токопроводящими проводниками, способны выдерживать это высокое напряжение.
Движущиеся волны и искры над грозозащитой, наложенной на линию длиной 11 000 В, могут иметь искрообразующую характеристику около 22 000 В. Этот высокий уровень защиты от искрового разряда должен позволить грозозащите подождать, пока пик формы рабочей волны 11 000 В не будет превышен до разряда энергии в землю.
Пик волны RMS 11 000 В будет находиться где-то около 15 000 В. Когда напряжение достигает уровня 22 000 В, а затем остается там, когда разрядник молнии выполняет его разряд, эта форма волны напряжения движется по линии электропередачи, очень быстро движущейся ко всем точкам линии. В местах, где есть разрыв в электрической линии, такой как точки № 3 или № 4 на нашей карте, бегущая волна будет находиться на уровне 22 000 В, а затем удвоится и начнет возвращаться вниз по линии на 44 000 В.
Этот тип явления известен как отражение бегущей волны, и он встречается в открытых частях схемы или даже в первичных трансформаторах. Когда первичный распределительный трансформатор, обслуживающий здание, достигает 44 000 В, вторичное снабжение здания будет иметь над ним напряжение.
Таким образом, точки № 5 и № 6 на нашей карте требуют от нас думать о некоторых типах грозозащитных устройств на вторичной обмотке трансформатора, служебном входе в здание, а затем далее в здание, такое как точка № 6 для того, чтобы чувствительное оборудование было полностью защищено на этом объекте.
Ресурс: заземление, склеивание, защита и защита от перенапряжений - Г. Виджаярагаван
(Купить эту книгу на Amazon)