スイッチング電源のサージ保護原理
サージ保護装置 (SPD) はサージプロテクタとも呼ばれ、過渡過電圧を制限し、通電中のシステムで放電サージ電流を誘導するために使用される非線形保護装置であり、耐電圧レベルが低い電気機器や電子システムを保護するために使用されます。落雷や雷の電磁パルス、または動作時の過電圧による損傷から保護されます。 近年、電子情報システム（テレビ、電話、通信、コンピュータネットワーク等）が急速に発展し、数多くの電子情報機器が登場し普及している。 このようなシステムや機器は高価で重要なものが多く、動作電圧や耐電圧レベルが非常に低いため、雷の電磁パルスに対して非常に脆弱です。 したがって、電圧保護のために SPD が必要です。
各国が準拠する規格が異なるため、製品仕様は統一されておらず、パラメータ識別にも独自の重点があり、他の電気製品仕様に比べてはるかに劣っており、設計や選択に大きな不便をもたらしています。 エンジニアリングデザインでは、一般的なブランドは原産地によって国産製品、ヨーロッパ製品、アメリカ製品に分類されます。 国産品は仕様がバラバラで残圧も高くパラメータ設定が混沌としています。 標準化された製品のモデル設定には、ヨーロッパの製品を模倣したものもありますが、国の校正パラメータに準拠しているものもあります。 ほとんどの製品には In と Imax のマークが付いています。 国内製品は適用場所に対する要件が比較的低く、建築グレードが低く、機器の耐電圧値が大きいため、一部のパラメータ要件を適切に緩和することができます。
欧州製品では一般に最大放電電流が表記されており、製品モデルもこのパラメータに従って設定されています。 たとえば、ヨーロッパの有名ブランドの XXX65 と XXX40 では、値 65 と 40 が Imax です。 しかし、中国の規格では、タイプの選択には公称放電電流 In を使用する必要があると明確に規定されており、これは現在工学設計において遭遇する恥ずかしい状況です。 製品情報を確認したところ、XX65のIn値は20kAを超えず、XX40のIn値は15kAを超えていません。 GB50343 の推奨値によれば、これら 2 つの製品は機器端子の第 3 レベルの保護にのみ使用できますが、実際の設計では第 1 レベルと第 2 レベルに設置されており、明らかに選択パラメータと矛盾しています。残留電圧が高く、通常のモデルは一般に 1200V を超えますが、配線環境が良くないと、機器の耐電圧値を超えやすくなります。 一般に欧州製品はUc値が小さく、線間電圧がご都合主義的に表記されているため、機種選定の際に間違いやすいです。
SPD の仕組み
サージプロテクターは220/380Vの低電圧電源保護に適しています。 それは非線形成分です。 IEC規格によれば、サージプロテクターは主に導線の過電圧や過電流を抑制する装置です。 サージプロテクターは保護の役割を果たします。 基本的な要件は、通過が予想される雷電流に耐える必要があり、サージの最大クランプ電圧を通じて、雷電流通過後に発生する電源周波数の連続電流を効果的に消し、瞬間的な電流の発生を防ぐことができます。電力線や信号伝送線に突入するおそれがあります。 過電圧は機器やシステムが耐えられる電圧範囲内に制限されるか、強力な雷電流が地面に漏洩して保護された機器やシステムを衝撃による損傷から保護します。
サージプロテクターの種類と構造は目的に応じて異なりますが、少なくとも 1 つの非線形電圧制限素子が含まれています。 一般的に使用されるサージ保護装置には、MOV (金属酸化物バリスタ) やガス放電管などがあります。 電力サージには多量のエネルギーが含まれているため、止めることはできません。 このため、敏感な電気機器を電気サージによる損傷から保護する戦略は、サージを機器から遠ざけて地面に分流することです。
サージ保護装置 MOV は 3 つの部分で構成されています。中央は金属酸化物材料で、2 つの半導体が電源とグランドに接続されています。 サージが発生すると MOV が即座に動作し、応答時間は 1 ～ 3 ナノ秒です。 MOV の「V」は加減抵抗器です。 応答の瞬間、MOV の抵抗は最大値からほぼゼロオームまで低下し、過電流が MOV を通ってグランドに流れ込みます。 保護された電気機器は、通常の動作電圧で動作し続けます。 その半導体素子は、電圧が変化すると抵抗が変化する特性を持っています。 電圧が特定の値を下回ると、半導体内の電子の移動によって高い抵抗が発生します。 逆に、電圧がその特定の値を超えると、電子の動きが変化し、半導体の抵抗がゼロオーム近くまで減少します。 電圧は正常で、サージ保護装置 MOV はアイドル状態であるため、電力線には影響しません。
サージプロテクタ MOV の長所と短所を示す指標: (1) クランプ電圧: MOV がグランドに接続される電圧値を示します。 クランプ電圧が低いほど、保護性能は向上します。 (2) エネルギー吸収/消散容量: この公称値は、サージ プロテクターが焼き切れる前にどれだけのエネルギーを吸収できるかをジュール単位で示します。 値が大きいほど保護性能が高くなります。 (3) 応答時間: サージ保護装置はすぐに切断されず、サージへの応答にわずかな遅れが生じます。
もう 1 つの一般的なサージ保護デバイスは、ガス放電管です。 これらのガス放電管は MOV と同じことを行い、2 本のワイヤ間の導体として不活性ガスを使用することにより、過剰な電流をライブからグランドに移動します。 電圧が特定の範囲にある場合、ガスの組成により、そのガスが不良導体であると判断されます。 電圧がこの範囲を超えて急激に上昇すると、電流はガスをイオン化するのに十分なほど強くなり、ガス放電管は非常に優れた導体になります。 電圧が通常のレベルに戻るまで電流をグランドに流し、その後再び不良導体になります。
(1) 電源ラインSPD
落雷のエネルギーは非常に大きいため、階層放電という方法で段階的に落雷のエネルギーを地上に放出する必要があります。 直撃雷非保護区域(LPZ0A)、または直撃雷保護区域(LPZ0B)と第一保護区域(LPZ1)の接続部には、サージプロテクターまたはクラス I 分類試験に第一次合格した電圧制限サージプロテクター。第一次保護レベルは、直流雷電流を放電することです。つまり、送電線に直接雷が落ちたときに、伝導する膨大なエネルギーを放電します。 2 番目、3 番目、またはそれ以上の保護レベルとして、最初の保護ゾーンの後の各部門 (LPZ1 エリアを含む) の接合部に電圧制限サージ保護装置を設置します。 2段目保護装置は、前段保護装置の残留電圧とその地域の誘導落雷に対する保護装置です。 前段で大きな落雷エネルギー吸収が発生した場合、設備や三段目の保護装置にはかなり大きな部分が残ります。 エネルギーは伝達され、第 2 レベルのプロテクターによってさらに吸収される必要があります。 同時に、第 1 レベルの避雷装置を通過する伝送線も雷電磁パルス放射を誘発します。 電線が十分に長い場合、誘導雷のエネルギーは十分に大きくなり、雷エネルギーをさらに放出するために第 2 レベルの保護装置が必要になります。 第 3 レベルのプロテクターは、第 2 レベルのプロテクターを通過する残留雷エネルギーを保護します。 保護される機器の耐電圧レベルに応じて、2 レベルの雷保護によって機器の耐電圧レベルよりも低い電圧を制限できる場合、必要な保護レベルは 2 つだけです。 機器の耐電圧レベルが低い場合は、4 レベルまたはそれ以上の保護レベルが適用されます。
信号線SPD
情報システムの普及に伴い、ネットワーク回線の多さや電子機器の耐電圧レベルの低さなどにより、落雷による情報システムへの被害はますます増大しています。 情報システムに対する雷の害は主に、線路に沿って伝わる雷過電圧波、接地線上の雷電流によって発生する高電位の反撃、雷の静電誘導および電磁誘導を含む雷電磁パルスによって引き起こされます。電磁場。 電磁パルスに対する保護対策には、遮断、シャント、等電位ボンディング、シールド、接地、および適切な配線が含まれます。 信号ラインにSPDを設置することは、情報システムにおける電磁パルス防止対策として重要です。 インターセプト、シャント、等電位ボンディングの役割を同時に果たすことができます。 信号線 SPD は保護対象機器の信号ポートに接続する必要があります。 その出力端子は保護対象機器のポートに接続され、シリアル接続とパラレル接続に分けられ、一般に信号線に直列に設置されます。 したがって、信号用 SPD を選択する場合は、挿入損失がより小さい SPD を選択する必要があります。
