อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากหรือที่เรียกว่าตัวป้องกันไฟกระชากหรือ SPD ได้รับการออกแบบมาเพื่อป้องกันส่วนประกอบไฟฟ้าจากแรงดันไฟฟ้าที่อาจเกิดขึ้นในวงจรไฟฟ้า

เมื่อใดก็ตามที่มีการเพิ่มขึ้นอย่างฉับพลันของกระแสไฟฟ้าหรือแรงดันไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้าหรือวงจรการสื่อสารอันเป็นผลมาจากการรบกวนภายนอกอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากอาจดำเนินการและแบ่งในระยะเวลาอันสั้นมาก .

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPDS) เป็นวิธีที่คุ้มค่าสำหรับการป้องกันการหยุดทำงานและเพิ่มความน่าเชื่อถือของระบบ

โดยทั่วไปแล้วพวกเขาจะถูกติดตั้งในแผงการกระจายและมีบทบาทสำคัญในการสร้างความมั่นใจว่าการทำงานที่ราบรื่นและไม่หยุดชะงักของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในแอพพลิเคชั่นที่หลากหลายโดยการ จำกัด แรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราว

SPD ทำงานโดยการเบี่ยงเบนแรงดันไฟฟ้าส่วนเกินจากชั่วคราวที่เพิ่มขึ้นจากอุปกรณ์ที่ได้รับการป้องกัน โดยทั่วไปแล้วจะประกอบด้วยตัวแปรออกไซด์ของโลหะ (MOV) หรือท่อปล่อยก๊าซที่ดูดซับแรงดันไฟฟ้าส่วนเกินและเปลี่ยนเส้นทางไปยังพื้นดินซึ่งจะช่วยปกป้องอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ

ไฟกระชากอาจเกิดขึ้นได้เนื่องจากเหตุผลหลายประการรวมถึงการโจมตีด้วยฟ้าผ่าการสลับกริดไฟฟ้าการเดินสายที่ผิดพลาดและการทำงานของอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้พลังงานสูง พวกเขายังอาจเกิดจากเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นภายในอาคารเช่นการเริ่มต้นของมอเตอร์หรือเปิด/ปิดเครื่องใช้ไฟฟ้าขนาดใหญ่

การติดตั้ง SPD สามารถให้ประโยชน์หลายประการรวมถึง:

การป้องกันอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ละเอียดอ่อนจากการเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้า

การป้องกันการสูญเสียข้อมูลหรือการทุจริตในระบบคอมพิวเตอร์

การขยายอายุการใช้งานของเครื่องใช้และอุปกรณ์โดยการปกป้องพวกเขาจากการรบกวนทางไฟฟ้า

การลดความเสี่ยงของไฟไหม้ไฟฟ้าที่เกิดจากการเพิ่มขึ้นของพลังงาน

ความอุ่นใจของจิตใจที่รู้ว่าอุปกรณ์อันมีค่าของคุณได้รับการปกป้อง

อายุการใช้งานของ SPD อาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับปัจจัยต่าง ๆ เช่นคุณภาพความรุนแรงของการเผชิญหน้าและแนวทางปฏิบัติในการบำรุงรักษา โดยทั่วไป SPD มีอายุการใช้งานตั้งแต่ 5 ถึง 10 ปี อย่างไรก็ตามขอแนะนำให้ตรวจสอบและทดสอบ SPD อย่างสม่ำเสมอและแทนที่ตามต้องการเพื่อให้แน่ใจว่ามีการป้องกันที่ดีที่สุด

ความต้องการ SPDS อาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับปัจจัยเช่นที่ตั้งทางภูมิศาสตร์กฎระเบียบในท้องถิ่นและความไวของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เชื่อมต่อ ขอแนะนำให้ปรึกษาช่างไฟฟ้าหรือวิศวกรไฟฟ้าที่มีคุณสมบัติเหมาะสมเพื่อประเมินความต้องการเฉพาะของคุณและพิจารณาว่าจำเป็นต้องใช้ SPD สำหรับระบบไฟฟ้าของคุณหรือไม่

ส่วนประกอบป้องกันไฟกระชากที่พบบ่อยที่ใช้ในการผลิต SPDS คือ varistors ออกไซด์ของโลหะ (MOV), ไดโอด Breakdown Avalanche (ABD-เดิมชื่อ Silicon Avalanche Diodes หรือ SADs) และท่อปล่อยก๊าซ (GDTs) MOV เป็นเทคโนโลยีที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับการป้องกันวงจรไฟฟ้า AC การจัดอันดับกระแสไฟกระชากของ MOV นั้นเกี่ยวข้องกับพื้นที่หน้าตัดและองค์ประกอบของมัน โดยทั่วไปยิ่งพื้นที่หน้าตัดที่ใหญ่ขึ้นเท่าใดคะแนนกระแสไฟกระชากของอุปกรณ์ก็ยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น MOV โดยทั่วไปมีรูปทรงกลมหรือรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า แต่มีขนาดมาตรฐานมากมายตั้งแต่ 7 มม. (0.28 นิ้ว) ถึง 80 มม. (3.15 นิ้ว) การจัดอันดับกระแสไฟกระชากของส่วนประกอบป้องกันไฟกระชากเหล่านี้แตกต่างกันอย่างกว้างขวางและขึ้นอยู่กับผู้ผลิต ตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ในข้อนี้โดยการเชื่อมต่อ MOVs ในอาร์เรย์แบบขนานค่ากระแสไฟกระชากสามารถคำนวณได้โดยเพียงเพิ่มการจัดอันดับกระแสไฟกระชากของ MOV แต่ละตัวเข้าด้วยกันเพื่อให้ได้คะแนนกระแสไฟกระชากของอาร์เรย์ ในการทำเช่นนั้นควรพิจารณาถึงการประสานงานของการดำเนินงาน

มีสมมติฐานมากมายเกี่ยวกับองค์ประกอบอะไรทอพอโลยีและการปรับใช้เทคโนโลยีที่เฉพาะเจาะจงสร้าง SPD ที่ดีที่สุดสำหรับการเบี่ยงเบนกระแสไฟกระชาก แทนที่จะนำเสนอตัวเลือกทั้งหมดมันเป็นสิ่งที่ดีที่สุดที่การอภิปรายของการจัดอันดับกระแสไฟกระชากการจัดอันดับปัจจุบันการปลดปล่อยเล็กน้อยหรือความสามารถในปัจจุบันของไฟกระชากหมุนรอบข้อมูลการทดสอบประสิทธิภาพ โดยไม่คำนึงถึงส่วนประกอบที่ใช้ในการออกแบบหรือโครงสร้างเชิงกลเฉพาะที่ปรับใช้สิ่งที่สำคัญคือ SPD มีคะแนนกระแสไฟกระชากหรือการจัดอันดับกระแสไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อยซึ่งเหมาะสำหรับแอปพลิเคชัน

ฉบับปัจจุบันของกฎการเดินสาย IET, BS 7671: 2018 ระบุว่าหากไม่มีการประเมินความเสี่ยงการป้องกันแรงดันไฟฟ้าชั่วคราวชั่วคราวจะต้องได้รับในกรณีที่เกิดขึ้นจากแรงดันไฟฟ้าเกินสามารถทำได้:

ส่งผลให้เกิดการบาดเจ็บสาหัสหรือสูญเสียชีวิตมนุษย์ หรือ

ส่งผลให้เกิดการหยุดชะงักของการบริการสาธารณะและ/หรือความเสียหายต่อมรดกทางวัฒนธรรม หรือ

ส่งผลให้เกิดการหยุดชะงักของกิจกรรมเชิงพาณิชย์หรืออุตสาหกรรม หรือ

ส่งผลกระทบต่อบุคคลที่อยู่ร่วมกันจำนวนมาก

กฎระเบียบนี้ใช้กับสถานที่ทุกประเภทซึ่งรวมถึงในประเทศการค้าและอุตสาหกรรม

ในขณะที่กฎการเดินสายของ IET ไม่ได้ย้อนหลังไปซึ่งงานกำลังดำเนินการในวงจรที่มีอยู่ภายในการติดตั้งซึ่งได้รับการออกแบบและติดตั้งไปยังกฎระเบียบสายไฟ IET รุ่นก่อนหน้า ฉบับนี้จะเป็นประโยชน์หากติดตั้ง SPD เพื่อป้องกันการติดตั้งทั้งหมด

การตัดสินใจว่าจะซื้อ SPDs อยู่ในมือของลูกค้าหรือไม่ แต่ควรให้ข้อมูลเพียงพอที่จะตัดสินใจอย่างมีข้อมูลว่าพวกเขาต้องการละเว้น SPD หรือไม่ ควรมีการตัดสินใจขึ้นอยู่กับปัจจัยเสี่ยงด้านความปลอดภัยและหลังจากการประเมินต้นทุนของ SPD ซึ่งอาจมีค่าใช้จ่ายเพียงไม่กี่ร้อยปอนด์เทียบกับค่าใช้จ่ายในการติดตั้งไฟฟ้าและอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อกับมันเช่นคอมพิวเตอร์ทีวีและอุปกรณ์ที่จำเป็น ตัวอย่างเช่นการตรวจจับควันและการควบคุมหม้อไอน้ำ

การป้องกันไฟกระชากสามารถติดตั้งในหน่วยผู้บริโภคที่มีอยู่หากมีพื้นที่ทางกายภาพที่เหมาะสมหรือหากไม่มีพื้นที่เพียงพอก็สามารถติดตั้งได้ในตู้ภายนอกที่อยู่ติดกับหน่วยผู้บริโภคที่มีอยู่

นอกจากนี้ยังคุ้มค่าที่จะตรวจสอบกับ บริษัท ประกันภัยของคุณเนื่องจากนโยบายบางอย่างอาจระบุว่าอุปกรณ์ต้องได้รับการคุ้มครองด้วย SPD หรือพวกเขาจะไม่จ่ายเงินในกรณีที่มีการเรียกร้อง

การให้เกรดของตัวป้องกันไฟกระชาก (ที่รู้จักกันทั่วไปว่าเป็นสายฟ้าการป้องกัน) ได้รับการประเมินตาม IEC 61643-31 & EN 50539-11 ทฤษฎีการป้องกันสายฟ้าซึ่งติดตั้งที่ทางแยกของพาร์ติชัน ข้อกำหนดและฟังก์ชั่นทางเทคนิคแตกต่างกัน อุปกรณ์ป้องกันสายฟ้าระยะแรกได้รับการติดตั้งระหว่างโซน 0-1 สูงสำหรับความต้องการการไหลความต้องการขั้นต่ำของ IEC 61643-31 & EN 50539-11 คือ itotal (10/350) 12.5 ka และที่สองและสามและสาม ระดับจะถูกติดตั้งระหว่าง 1-2 และ 2-3 โซนส่วนใหญ่จะระงับแรงดันไฟฟ้าเกิน

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPDS) มีความสำคัญในการปกป้องอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จากผลกระทบที่เป็นอันตรายของแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราวที่อาจทำให้เกิดความเสียหายการหยุดทำงานของระบบและการสูญเสียข้อมูล

ในหลายกรณีค่าใช้จ่ายในการเปลี่ยนอุปกรณ์หรือการซ่อมแซมอาจมีความสำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานที่มีความสำคัญต่อภารกิจเช่นโรงพยาบาลศูนย์ข้อมูลและโรงงานอุตสาหกรรม

เบรกเกอร์และฟิวส์ไม่ได้ออกแบบมาเพื่อจัดการกับเหตุการณ์พลังงานสูงเหล่านี้ทำให้การป้องกันไฟกระชากเพิ่มเติมจำเป็น

ในขณะที่ SPDs ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อเบี่ยงเบนแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราวจากอุปกรณ์ปกป้องจากความเสียหายและยืดอายุการใช้งาน

โดยสรุป SPDs มีความสำคัญในสภาพแวดล้อมทางเทคโนโลยีที่ทันสมัย

หลักการทำงาน SPD

หลักการพื้นฐานที่อยู่เบื้องหลัง SPDS คือพวกเขาให้เส้นทางอิมพีแดนซ์ต่ำไปสู่พื้นดินสำหรับแรงดันไฟฟ้าส่วนเกิน เมื่อแรงดันไฟฟ้าแหลมหรือกระชากเกิดขึ้น SPD จะทำงานโดยการเบี่ยงเบนแรงดันไฟฟ้าส่วนเกินและกระแสเข้ากับพื้น

ด้วยวิธีนี้ขนาดของแรงดันไฟฟ้าที่เข้ามาจะลดลงสู่ระดับที่ปลอดภัยซึ่งไม่ทำลายอุปกรณ์ที่แนบมา

ในการทำงานอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากจะต้องมีองค์ประกอบที่ไม่ใช่เชิงเส้นอย่างน้อยหนึ่งตัว (Varistor หรือ Spark Gap) ซึ่งภายใต้เงื่อนไขที่แตกต่างกันระหว่างสถานะความต้านทานสูงและต่ำ

ฟังก์ชั่นของพวกเขาคือการเบี่ยงเบนการปล่อยหรือแรงกระตุ้นและเพื่อ จำกัด แรงดันไฟฟ้าเกินที่อุปกรณ์ดาวน์สตรีม

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากฟังก์ชั่นภายใต้สามสถานการณ์ที่ระบุไว้ด้านล่าง

A. สภาพปกติ (ไม่มีไฟกระชาก)

ในกรณีที่ไม่มีเงื่อนไขการเพิ่มขึ้น SPD ไม่มีผลกระทบต่อระบบและทำหน้าที่เป็นวงจรเปิดมันยังคงอยู่ในสถานะอิมพีแดนซ์สูง

B. ในช่วงแรงดันไฟฟ้าพุ่งสูงขึ้น

ในกรณีของแรงดันไฟฟ้าแหลมและไฟกระชาก SPD จะย้ายไปยังสถานะการนำและความต้านทานลดลง ด้วยวิธีนี้มันจะปกป้องระบบโดยการเบี่ยงเบนกระแสแรงกระตุ้นเข้ากับพื้น

C. กลับสู่การทำงานปกติ

หลังจากการปล่อยแรงดันไฟฟ้าเกินออก SPD ก็เปลี่ยนกลับไปสู่สถานะความต้านทานสูงปกติ

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPDS) เป็นส่วนประกอบสำคัญของเครือข่ายไฟฟ้า อย่างไรก็ตามการเลือก SPD ที่เหมาะสมสำหรับระบบของคุณอาจเป็นปัญหาที่ยาก

แรงดันไฟฟ้าต่อเนื่องสูงสุด (UC)

แรงดันไฟฟ้าที่ได้รับการจัดอันดับของ SPD ควรเข้ากันได้กับแรงดันไฟฟ้าของระบบไฟฟ้าเพื่อให้การป้องกันที่เหมาะสมกับระบบ การจัดอันดับแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าจะทำให้อุปกรณ์เสียหายและการจัดอันดับที่สูงขึ้นจะไม่เบี่ยงเบนชั่วคราว

เวลาตอบสนอง

มันอธิบายว่าเวลาของ SPD ทำปฏิกิริยากับ transients SPD ที่เร็วกว่าตอบสนองต่อการป้องกันของ SPD ที่ดีขึ้น โดยปกติแล้ว SPD ที่ใช้ Zener Diode มีการตอบสนองที่เร็วที่สุด ชนิดที่เต็มไปด้วยก๊าซมีเวลาตอบสนองที่ค่อนข้างช้าและฟิวส์และประเภท MOV มีเวลาตอบสนองที่ช้าที่สุด

กระแสปล่อยเล็กน้อย (ใน)

SPD ควรทดสอบที่ 8/20μs waveform และค่าทั่วไปสำหรับ SPD ขนาดเล็กที่อยู่อาศัยคือ 20ka

แรงกระตุ้นสูงสุดกระแสไฟฟ้า (IIMP)

อุปกรณ์จะต้องสามารถจัดการกระแสไฟกระชากสูงสุดที่คาดว่าจะอยู่ในเครือข่ายการกระจายเพื่อให้แน่ใจว่าไม่ล้มเหลวในระหว่างเหตุการณ์ชั่วคราวและอุปกรณ์ควรทดสอบด้วยรูปคลื่น 10/350μs

แรงดันไฟฟ้า

นี่คือแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์และสูงกว่าระดับแรงดันไฟฟ้านี้ SPD เริ่มที่จะยึดแรงดันไฟฟ้าชั่วคราวใด ๆ ที่ตรวจพบในสายไฟ

ผู้ผลิตและการรับรอง

การเลือก SPD จากผู้ผลิตที่รู้จักกันดีซึ่งได้รับการรับรองจากศูนย์ทดสอบที่เป็นกลางเช่น UL หรือ IEC เป็นสิ่งสำคัญ การรับรองรับประกันว่าผลิตภัณฑ์ได้รับการตรวจสอบและผ่านข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพและความปลอดภัยทั้งหมด

การทำความเข้าใจแนวทางการปรับขนาดเหล่านี้จะช่วยให้คุณสามารถเลือกอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากที่ดีที่สุดสำหรับความต้องการของคุณและรับประกันการป้องกันไฟกระชากที่มีประสิทธิภาพ

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPDS) ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมเพื่อให้การป้องกันที่เชื่อถือได้จากแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราว แต่ปัจจัยบางอย่างอาจนำไปสู่ความล้มเหลวของพวกเขา ต่อไปนี้เป็นเหตุผลพื้นฐานบางประการที่อยู่เบื้องหลังความล้มเหลวของ SPDS:

1. พลังงานที่สูงเกินไป

หนึ่งในสาเหตุหลักของความล้มเหลวของ SPD คือแรงดันไฟฟ้าเกินแรงดันไฟฟ้าเกินอาจเกิดขึ้นได้เนื่องจากการโจมตีด้วยฟ้าผ่าไฟกระชากหรือการรบกวนทางไฟฟ้าอื่น ๆ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ติดตั้ง SPD ประเภทที่เหมาะสมหลังจากการคำนวณการออกแบบที่เหมาะสมตามตำแหน่ง

2. ปัจจัยการจราจร

เนื่องจากสภาพแวดล้อมรวมถึงอุณหภูมิและความชื้น SPDs มีอายุการเก็บรักษาที่ จำกัด และอาจลดลงเมื่อเวลาผ่านไป นอกจากนี้ SPDs อาจได้รับอันตรายจากแรงดันไฟฟ้าบ่อยครั้ง

3. ปัญหาการกำหนดค่า

การกำหนดค่าผิดพลาดเช่นเมื่อ SPD ที่กำหนดค่าไวย์ถูกเชื่อมโยงกับโหลดที่เชื่อมต่อผ่านเดลต้า สิ่งนี้อาจทำให้ SPD มีแรงดันไฟฟ้ามากขึ้นซึ่งอาจส่งผลให้เกิดความล้มเหลวของ SPD

4. ความล้มเหลวขององค์ประกอบ

SPDs มีส่วนประกอบหลายอย่างเช่น Metal Oxide Varistors (MOV) ซึ่งอาจล้มเหลวเนื่องจากข้อบกพร่องในการผลิตหรือปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม

5. การขยายสายดิน

เพื่อให้ SPD ทำงานได้อย่างถูกต้องจำเป็นต้องมีการต่อสายดิน SPD สามารถทำงานผิดปกติหรืออาจกลายเป็นปัญหาด้านความปลอดภัยหากมีการต่อสายดินอย่างไม่เหมาะสม