Päť metód ochrany prepäťových ochrán

Metódy prepäťovej ochrany

1. Paralelné prepäťové ochrany (SPD) zapojené cez elektrické vedenia

Za normálnych podmienok zostávajú varistory vo vnútri prepäťovej ochrany vo vysokoimpedančnom stave. Keď do elektrickej siete zasiahne blesk alebo dôjde k prechodným prepätiam v dôsledku spínacích operácií, ochrana zareaguje v priebehu nanosekúnd, čo spôsobí prepnutie varistorov do nízkoimpedančného stavu a rýchle zníženie prepätia na bezpečnú úroveň. Ak dôjde k dlhotrvajúcim prepätiam alebo prepätiam, varistor sa opotrebuje a zahreje, čím sa spustí mechanizmus tepelného odpojenia, ktorý zabraňuje požiarom a chráni zariadenia.

2. Sériové filtračné prepäťové ochrany zapojené v rade s výkonovými obvodmi

Tieto ochrany poskytujú čistý a bezpečný zdroj napájania pre citlivé elektronické zariadenia. Prepätia bleskov prenášajú nielen obrovskú energiu, ale aj extrémne strmé nárasty napätia a prúdu. Zatiaľ čo paralelné SPD dokážu potlačiť amplitúdy prepätí, nedokážu sploštiť ich ostré vlnoplochy. SPD s sériovým filtrom, zapojené priamo do výkonových obvodov, používajú MOV (MOV1, MOV2) na obmedzenie prepätia v nanosekundách. Okrem toho LC filter znižuje strmosť nárastu napätia a prúdu prepätia takmer 1 000-krát a päťnásobne znižuje zvyškové napätie, čím chráni citlivé zariadenia.

3. Inštalácia varistorov s napäťovou svorkou medzi fázy a vedenia na obmedzenie prepätia

Táto metóda funguje dobre pre osvetlenie, výťahy, klimatizácie a motory, ktoré majú vyššiu odolnosť voči prepätiu. Je však menej účinná pre modernú kompaktnú elektroniku s vysokou integráciou. Napríklad v jednofázových systémoch s napätím 220 V AC sa varistory zvyčajne inštalujú medzi nulový vodič a zem, aby absorbovali indukované bleskové špičky. Účinnosť ochrany závisí výlučne od výberu a spoľahlivosti varistora.

Upínacie napätie sa nastavuje na základe špičkového napätia siete (310 V), pričom sa zohľadňuje:
- 20 % výkyvy siete,
- tolerancia komponentov 10 %,
- 15 % faktory spoľahlivosti (starnutie, vlhkosť, teplo).
Typické úrovne upínania sa teda pohybujú od 470 V do 510 V. Prepätia pod 470 V prechádzajú bez vplyvu.

Zatiaľ čo štandardné elektrické zariadenia (napr. motory, osvetlenie) znesú striedavé napätie 1 500 V (špička 2 500 V), moderná elektronika pracuje pri ±5 V až ±15 V s maximálnymi toleranciami pod 50 V. Vysokofrekvenčné špičky pod 470 V sa stále môžu prejavovať parazitnými kapacitami v transformátoroch a napájacích zdrojoch a poškodzovať integrované obvody. Navyše, v dôsledku zvyškového napätia varistora a indukčnosti vývodov môžu silné prepätia zvýšiť úrovne upínania na 800 V – 1 000 V, čo ďalej ohrozuje elektroniku.

4. Zvýšenie ochrany pomocou ultraizolačných transformátorov (izolačná metóda)

Medzi zdroj napájania a záťaž je vložený tienený izolačný transformátor, ktorý blokuje vysokofrekvenčný šum a zároveň umožňuje správne uzemnenie sekundárneho vinutia. Rušenie v bežnom režime, ktoré je relatívne voči zemi, sa prenáša cez kapacitu medzi vinutiami. Uzemnené tienenie medzi primárnym a sekundárnym vinutím toto rušenie odvádza a znižuje výstupný šum.

5. Absorpčná metóda

Absorpčné komponenty potláčajú prepätie prepnutím z vysokej na nízku impedanciu pri prekročení prahových napätí. Medzi bežné zariadenia patria:
- Varistory – Obmedzená kapacita zvládania prúdu.
- Plynové výbojky (GDT)– Pomalá reakcia.
- TVS diódy / polovodičové výbojky – Rýchlejšie, ale s kompromismi v absorpcii energie.