電源サージ保護の原理
サージ保護デバイス (SPD) は、サージ プロテクターとしても知られ、通電中のシステムで一時的な過電圧を制限し、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デバイスです。 耐電圧レベルが低い電気または電子システムを落雷、電磁パルス、または動作時の過電圧による損傷から保護するために使用されます。 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、普及している。 この種の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低いため、雷の電磁パルスの影響を非常に受けやすくなっています。 したがって、過電圧保護には SPD を使用する必要があります。
国が異なると規格が異なるため、製品の仕様は統一されておらず、パラメータの特定にも独自の重点が置かれており、他の電気製品の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において、一般的なブランドは主にその原産地に基づいて国産製品、ヨーロッパ製品、アメリカ製品に分類できます。 国産品はパラメータ設定が混沌としており、仕様も多様で残留電圧も高い。 標準化された製品モデルの中には、ヨーロッパの製品を模倣するように設定されているものもありますが、国家標準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 のラベルが付いています。 国産製品は適用場所、建物レベルが低い、機器の耐電圧値が高いなどの要件が低いため、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。
欧州製品には通常、最大放電電流がラベルに記載されており、製品モデルもこのパラメータに基づいて設定されます。 たとえば、ヨーロッパの有名ブランド XXX65 と XXX40 では、65 と 40 の値が Imax です。 しかし、中国の規格では、公称放電電流 In を選択に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厄介な状況です。 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 の推奨値に従った場合、これら 2 つの製品は機器の末端での 3 レベルの保護にしか使用できません。 しかし、実際の設計では、それらは1番目と2番目のレベルに設置されており、国家規格の選択パラメータと明らかに矛盾しており、残留電圧が高くなります。 一般的なモデルは1200Vを超えるのが一般的です。 配線環境が悪くなると、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 値が比較的小さく、線間電圧の表示がご都合主義であるため、モデル選択時に誤解を招きやすくなっています。
SPDの動作原理
サージプロテクターは、220/380V 低電圧電源の保護に適しており、非線形部品です。 IEC規格によれば、サージプロテクターは主に伝送線路の過電圧や過電流を抑制するために使用される装置です。 サージプロテクターが保護の役割を果たすための基本要件は、予想される雷電流に耐え、雷がサージの最大クランプ電圧を通過した後に生成される電源周波数の連続電流を効果的に消滅させることです。 電力線や信号伝送線に入る瞬間的な過電圧を機器やシステムが耐えられる電圧範囲に制限したり、強力な雷電流を大地に放電させて保護対象の機器やシステムを衝撃による損傷から守ります。
サージプロテクターの種類と構造はさまざまな用途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要素が含まれています。 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。 電気サージは強力なエネルギーを含んでおり、止めることはできません。 このため、敏感な電気機器をサージ損傷から保護する戦略は、サージを機器からそらし、地面に流すことです。
サージ保護装置 MOV は 3 つの部分で構成されています。中央の金属酸化物材料は 2 つの半導体によって電源とアース線に接続されています。 サージが発生すると、MOV は 1-3 ナノ秒の応答時間で直ちに動作します。 MOVの「V」は加減抵抗器のことです。 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 を介してグランドに流れます。 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。 その半導体コンポーネントには、電圧の変化に応じて抵抗が変化する特性があります。 電圧が特定の値を下回ると、半導体内の電子の移動により高い抵抗が発生します。 逆に、電圧がこの特定の値を超えると、電子の動きが変化し、半導体抵抗はほぼゼロオームに減少します。 電圧は正常で、サージ保護装置 MOV は側でアイドル状態になっており、電力線に影響を与えません。
サージ保護デバイス (MOV) の長所と短所を示す指標は次のとおりです。 (1) クランプ電圧: MOV を接地線に接続する電圧値を表します。 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表します。 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は切断されず、サージに対する応答には若干の遅れが生じます。
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 と同じ機能を持ち、活線から接地線に過剰電流を移動し、2 本の線間の導体として不活性ガスを使用することでこの機能を実現します。 電圧が特定の範囲内にある場合、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。 電圧が急上昇してこの範囲を超えると、電流の強さによってガスがイオン化するのに十分な量になり、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アース線に電流を流し、その後、導体に欠陥が生じます。
