Удары молнии по сути представляют собой огромные искровые разряды, которые возникают при накоплении заряда до определенной точки между грозовым облаком и землей или между ними, нарушая изоляцию воздуха. Удары молний вызываются главным образом:
1.Прямой удар молнии
В худших случаях молния попадает прямо в здания, оборудование или людей.
Условия срабатывания: Объекты на земле (например, высокое здание, дерево, вышка электропередачи, деревья, башни, изолированные люди) образуют сильнейшее электрическое поле вместе с грозовыми облаками, что делает его кратчайшим путем для разряда заряда.
2. Косвенные эффекты молнии (более распространенные, более широкий диапазон)
Даже если молния не ударит напрямую в ваше устройство, она может вызвать разрушительный всплеск (переходный процесс) по следующим причинам:
· Наведенная молния (разделяется на электростатическую индукцию и электромагнитную индукцию):
• Электростатическая индукция: когда заряженное грозовое облако проходит над головой, оно индуцирует большое количество противоположных зарядов на воздушных проводах внизу. Когда облако разряжается на другую цель, эти связующие заряды немедленно высвобождаются, создавая высокие- скачки напряжения, которые распространяются вдоль линии.
Электромагнитная индукция: Сильные и переходные токи в канале молнии могут вызвать очень высокое напряжение в окружающих металлических петлях (например, петлях линий электропередачи, сигнальных линиях).
· Проводимость (повышение потенциала земли):
• Когда молния поражает систему молниезащиты здания или близлежащую землю, огромный ток молнии проходит через сопротивление заземления, вызывая мгновенное повышение электрического потенциала в точке контакта до сотен тысяч или даже миллионов вольт. Этот высокий потенциал может передаваться на внутреннее устройство через заземляющий провод устройства, вызывая разрушительную разность потенциалов на устройстве и разрушая его.
· Вторжение грозового перенапряжения:
• Молния поражает отдаленные провода, телефонные линии, кабельные линии и т. д. По этим металлическим проводникам распространяются огромные токи молнии в виде волн, проникая в подключенные устройства и повреждая их.
Часть 2: Как использовать СПД для защиты
Целью устройства защиты от перенапряжения является не предотвращение ударов молнии, а обеспечение безопасного прохождения тока молнии с низким-импедансом и импульсной энергии во время ударов молнии, ограничивая тем самым напряжение на устройстве до безопасного уровня.
1. Основной принцип работы SPD
Думайте об этом как об «умном переключателе» или «клапане, чувствительном к напряжению»:
При нормальной работе: УЗИП имеет высокий импеданс и по существу представляет собой разомкнутую цепь с небольшим влиянием на цепь.
При возникновении скачка/перенапряжения: Что происходит: УЗИП переходит в состояние с низким импедансом (очень быстро) за наносекунды, быстро проводя и направляя большие всплески тока на землю.
После того, как скачок напряжения утих: УЗИП автоматически возвращается в состояние с высоким импедансом, и схема возвращается в нормальное состояние.
2. Правильная система защиты УЗИП: многоступенчатая-защита.
Для обеспечения комплексной защиты часто используется концепция иерархической защиты, например, несколько линий защиты:
Категория 1/I (ранее класс B):
Место установки: главный распределительный щит (служебный вход).
Функция: Высвобождает большую часть ударов молнии высокой энергии от прямых или наведенных ударов молнии (обычно форма волны 10/350 мкм). УЗИП с высокой разрядной емкостью обычно используют на основе искровых разрядников.
Цель: защитить электрическую систему всего здания от самой сильной грозы.
Категория 2/II (ранее класс C):
Расположение: распределительный щит (например, панели пола) или распределительный щит основного оборудования (например, серверные помещения, кондиционеры, лифт).
Функция: Дополнительное ограничение остаточного напряжения и поглощение остаточной энергии посредством УЗИП типа 1. Обычно используются твердотельные накопители (SSD) на основе металлооксидных варисторов (MOV).
Цель: защитить распределительные цепи и оборудование в определенных зонах.
Категория 3/III (ранее D):
Расположение: передняя часть устройства, например, штепсельная вилка для чувствительного прибора или модуль защиты от перенапряжения внутри устройства.
Функция: Обеспечивает точную защиту, фиксируя напряжение на уровне, который устройство может безопасно выдерживать (обычно менее 1,5 кВ).
Цель: Обеспечить последнюю линию защиты для наиболее чувствительного и дорогого электронного оборудования (например, серверов, медицинского оборудования, промышленных ПЛК).
Сигнальные УЗИП: такие линии, как сетевые кабели, телефонные линии и кабели видеонаблюдения, также требуют специализированных систем обработки сигналов. Они работают аналогично, но рассчитаны на уровни напряжения и тип интерфейса сигнальной линии.
3. Ключевые моменты установки УЗИП
• Хорошее заземление является обязательным условием: УЗИП УЗИП эффективно передает энергию без системы заземления с низким-импедансом. Заземление – основа молниезащиты.
• Короткие и толстые соединительные провода: соединительные провода УЗИП и заземляющие провода должны быть как можно более короткими и толстыми, чтобы минимизировать индуктивность выводов. Чрезмерно длинные провода могут привести к заметному индукционному напряжению, что значительно снижает эффективность защиты.
Координация: различные этапы SSD требуют координации энергии для обеспечения постепенной разрядки, что предназначено для предотвращения перегрузки любого отдельного УЗИП.