Güç dalgalanmasına karşı koruma prensibi
Aşırı Gerilim Koruyucu olarak da bilinen Aşırı Gerilim Koruyucu Cihaz (SPD), geçici aşırı voltajı sınırlamak ve deşarj dalgalanma akımını yönlendirmek için canlı sistemlerde kullanılan doğrusal olmayan bir koruyucu cihazdır. Düşük gerilim dayanım seviyelerine sahip elektrikli veya elektronik sistemleri yıldırım çarpmasından, elektromanyetik darbelerden veya operasyonel aşırı gerilim hasarlarından korumak için kullanılır. Son yıllarda elektronik bilgi sistemleri (televizyon, telefon, iletişim, bilgisayar ağları vb.) hızla gelişmiş, çok sayıda elektronik bilgi cihazı ortaya çıkmış ve yaygınlaşmıştır. Bu tür sistemler ve ekipmanlar genellikle pahalı ve önemlidir; düşük çalışma voltajı ve dayanma voltajı seviyeleri, onları yıldırım elektromanyetik darbelerine karşı oldukça duyarlı hale getirir. Bu nedenle aşırı gerilim koruması için SPD kullanılmalıdır.
Farklı ülkeler tarafından takip edilen farklı standartlar nedeniyle, ürünlerin özellikleri birleşik değildir ve parametrelerin tanımlanması da, diğer elektrikli ürün özelliklerine göre çok daha düşük olan, tasarım ve seçime büyük rahatsızlık veren kendi vurgusuna sahiptir. Mühendislik tasarımında ortak markalar, menşe yerlerine göre esas olarak yerli ürünler, Avrupa ürünleri ve Amerikan ürünleri olarak ayrılabilir. Yerli ürünlerin parametre ayarları, çeşitli özellikler ve yüksek artık gerilim ile kaotiktir. Standartlaştırılmış ürün modellerinden bazıları Avrupa ürünlerini taklit edecek şekilde ayarlanırken, diğerleri ulusal standart parametreleri takip ediyor. Çoğu ürün In ve Imax ile etiketlenmiştir. Uygulama sahaları için yerli ürünlere yönelik gereksinimlerin düşük olması, bina seviyelerinin düşük olması ve ekipmanın dayanma gerilimi değerlerinin yüksek olması nedeniyle, bazı parametre gereksinimleri uygun şekilde gevşetilebilir.
Avrupa ürünleri genellikle maksimum deşarj akımıyla etiketlenir ve ürün modeli de bu parametreye göre belirlenir. Örneğin, 65 ve 40 değerlerinin Imax olduğu tanınmış bir Avrupa markası XXX65 ve XXX40. Ancak Çin standartları, seçim için nominal deşarj akımı In'in kullanılması gerektiğini açıkça şart koşmaktadır ki bu, günümüzde mühendislik tasarımında karşılaşılan garip bir durumdur. Ürün bilgileri kontrol edildikten sonra XX65'in In değeri 20kA'yı, XX40'ın In değeri 15kA'yı geçmemektedir. GB50343'ün önerilen değerlerine uyulduğu takdirde bu iki ürün yalnızca ekipmanın sonunda üç seviyeli koruma amacıyla kullanılabilir. Ancak gerçek tasarımda, ulusal standartların seçim parametreleriyle açıkça tutarsız olan birinci ve ikinci seviyelere monte edilirler ve artık voltaj yüksektir. Sıradan modeller genellikle 1200V'u aşar. Kablolama ortamı iyi olmadığında ekipmanın dayanma gerilimi değerinin aşılması kolaydır. Genel olarak Avrupa ürünleri Uc değerinin nispeten küçük olması ve hat voltajının etiketlenmesinde fırsatçı davranarak model seçiminde yanılmayı kolaylaştırmaktadır.
SPD'nin çalışma prensibi
Aşırı gerilim koruyucu, 220/380V alçak gerilim güç kaynağının korunması için uygundur ve doğrusal olmayan bir bileşendir. IEC standartlarına göre aşırı gerilim koruyucu, esas olarak iletim hattındaki aşırı voltajı ve aşırı akımı bastırmak için kullanılan bir cihazdır. Bir aşırı gerilim koruyucunun koruyucu bir rol oynaması için temel gereksinim, beklenen yıldırım akımına dayanması ve yıldırımın dalgalanmanın maksimum kenetleme voltajı boyunca akmasından sonra üretilen güç frekansı sürekli akımını etkili bir şekilde söndürmektir. Güç hattına veya sinyal iletim hattına giren anlık aşırı gerilimi, ekipmanın veya sistemin dayanabileceği voltaj aralığıyla sınırlandırır veya korunan ekipmanı veya sistemi darbeden kaynaklanan hasarlardan korumak için güçlü yıldırım akımını toprağa boşaltır.
Aşırı gerilim koruyucuların çeşitleri ve yapıları farklı kullanım alanlarına göre değişmekle birlikte en az bir adet doğrusal olmayan voltaj sınırlayıcı eleman içerirler. Yaygın olarak kullanılan aşırı gerilim koruyucuları arasında MOV'lar (MetalOxideVaristors) ve gaz deşarj tüpleri bulunur. Elektrik dalgalanmaları güçlü enerji içerir ve durdurulamaz. Bu nedenle, hassas elektrikli ekipmanı aşırı gerilim hasarından koruma stratejisi, dalgalanmayı ekipmandan uzaklaştırmak ve ardından toprağa akıtmaktır.
Aşırı gerilim koruyucu MOV üç parçadan oluşur: ortada metal oksit malzeme, iki yarı iletkenle güç kaynağına ve topraklama kablosuna bağlanır. Bir dalgalanma meydana geldiğinde MOV, 1-3 nanosaniyelik yanıt süresiyle hemen harekete geçer. MOV'daki "V" bir reostadır. Yanıt anında, MOV'un direnci maksimum değerinden neredeyse sıfır ohm'a düşer ve aşırı akım MOV üzerinden toprağa akar. Korunan elektrikli ekipmanlar normal çalışma voltajında çalışmaya devam eder. Yarı iletken bileşenleri voltaj değişimleriyle direnci değiştirme özelliğine sahiptir. Gerilim belirli bir değerin altına düştüğünde, yarı iletkendeki elektronların hareketi yüksek direnç oluşturur. Aksine, voltaj bu belirli değeri aştığında elektronların hareketi değişecek ve yarı iletken direnci neredeyse sıfır ohm'a düşecektir. Voltaj normaldir ve aşırı gerilim koruyucu MOV, güç hattını etkilemeden yan tarafta boştadır.
Aşırı gerilim koruyucu cihazların (MOV'lar) avantaj ve dezavantajlarına ilişkin göstergeler şunlardır: (1) Sıkıştırma gerilimi: MOV'ların topraklama kablosuna bağlanmasını sağlayacak gerilim değerini temsil eder. Sıkıştırma voltajı ne kadar düşük olursa koruma performansı o kadar iyi olur. (2) Enerji emme/dağıtma kapasitesi: Bu nominal değer, aşırı gerilim koruyucunun yanmadan önce ne kadar enerji emebileceğini joule cinsinden temsil eder. Değer ne kadar yüksek olursa koruma performansı da o kadar iyi olur. (3) Tepki süresi: Aşırı gerilim koruyucuları hemen bağlantıyı kesmez ve aşırı gerilimlere tepkilerinde hafif bir gecikme olur.
Diğer bir yaygın aşırı gerilim koruma cihazı gaz deşarj tüpüdür. Bu gaz deşarj tüpleri MOV'larla aynı işleve sahiptir; aşırı akımı canlı telden topraklama kablosuna taşır ve bu işlevi iki tel arasında iletken olarak inert gaz kullanarak gerçekleştirir. Gerilim belirli bir aralıkta olduğunda, gazın bileşimi onun zayıf bir iletken olduğunu belirler. Eğer voltaj yükselir ve bu aralığı aşarsa, akımın gücü gazı iyonize etmeye yeterli olacak ve gaz deşarj tüpünü çok iyi bir iletken haline getirecektir. Gerilim normal seviyelere dönene kadar topraklama kablosuna akım iletecek ve ardından hatalı bir iletken haline gelecektir.
