Ylijännitesuojan valinnan ja siihen liittyvien ongelmien analysoinnin keskeiset kohdat

Ylijännitesuoja on tehokas virtapiirin suoja, joka kestää ohimeneviä korkeajännitteitä, suuria energiapulsseja, nopeita (10-9s) muutoksia alkuperäisestä suuresta impedanssista matalaan impedanssiin ja ohimeneviä korkeajännitteisiä häiriöpulsseja ennalta määrättyyn jännitteeseen, jotta laitteet ja herkät laitteet voidaan suojata tehokkaasti vaurioilta ja virtapiiri toimii häiriöttömästi.

(1) Ylijännitesuojat jaetaan kolmeen tasoon
Ensimmäinen taso voi purkaa suoran salamavirran tai valtavan energian, joka siirtyy, kun salama osuu suoraan voimansiirtolinjaan. Ensimmäisen suojaustason on oltava kolmivaiheinen jännitekytkentävirtalähteen ukkossuoja, ja sen ukkosvirran on oltava vähintään 60 kA. Yleensä käytetään yleiseen jakeluun.
Toisen vaiheen tarkoituksena on rajoittaa ensimmäisen vaiheen ukkossuojan läpi kulkevan jäännösjännitteen arvoa entisestään 1500–2000 volttiin ja toteuttaa potentiaalintasauskytkentä lpz1–lpz2-alueille. Kun jakokaapin linjasta ulos tulevaa tehoukkossuojaa käytetään toisen tason suojauksena, on käytettävä jännitettä rajoittavaa tehoukkossuojaa, jonka ukkosvirran kapasiteetin on oltava vähintään 20 kA.

Kolmannen tason tarkoituksena on suojata laitteita lopullisesti ja alentaa jäännösjännitteen arvo alle 1000 V:iin. Kolmannen suojaustasona sen on oltava sarjaan kytketty jännitettä rajoittava tehoylijännitesuoja, jonka ukkosenjohtimen virtakapasiteetin on oltava vähintään 10 kA. Sitä käytetään yleensä päätelaitteiden virranjakelulaitteissa.
Eri jakeluverkkoihin tulisi valita vastaavat ylijännitesuojalaitteet, jotka voidaan jakaa TN-tyyppeihin (TN-S, NC, TN-CS), it-tyyppeihin ja TT-tyyppeihin.

1) Ensisijainen suojaus
Tarkoituksena on estää ylijännitteen johtuminen suoraan lpz0-alueelta lpz1-alueelle ja rajoittaa kymmenien tuhansien ja satojen tuhansien volttien ylijännitettä 2500–3000 volttiin.
Kun kotitalousmuuntajan pienjännitepuolelle asennettua ukkosenjohdatinta käytetään ensimmäisen tason suojauksena, sen on oltava kolmivaiheinen jännitekytkentäinen ukkosenjohdatin, ja sen ukkosenvirtaus saa olla vähintään 60 kA. Tämän tason ukkosenjohdattimen on oltava suurikapasiteettinen, ja se on kytketty käyttäjän virtalähteen sisääntulolinjan jokaisen vaiheen ja maan väliin. Sähkösuunnittelun verkko-opetuksen opettaja Di vaatii yleensä, että tämän tason ukkosenjohdattimen suurin iskukapasiteetti on yli 100 kA vaihetta kohden ja vaadittu rajajännite on alle 1500 V, mitä kutsutaan luokan ukkosenjohdattimeksi. Nämä sähkömagneettiset ukkosenjohtimet on suunniteltu kestämään suuria salamaniskuvirtoja ja indusoituja salamoita sekä houkuttelemaan suuritehoisia ylijännitevirtoja, jotka voivat ohjata suuren määrän ylijännitevirtoja maahan. Ne tarjoavat keskitason suojana vain rajajännitteen (kun impulssivirta virtaa teho-ukkossuojan läpi, linjan maksimijännitettä kutsutaan rajajännitteeksi), koska luokkatason suoja absorboi pääasiassa suuren ylijännitteen, eivätkä ne yksinään pysty täysin suojaamaan virransyöttöjärjestelmän sisällä olevia herkkiä sähkölaitteita.

Ensimmäisen tason tehoylikonsulatin voi estää 10/350 us:n ja 100 kA:n salama-aallon ja täyttää IEC:n määrittelemät korkeimmat suojausstandardit.
Tekninen viite on: salaman virtaus on suurempi tai yhtä suuri kuin 100 kA (10 / 350 us); jäännösjännitearvo ei saa olla suurempi kuin 2,5 kV; vasteaika on pienempi tai yhtä suuri kuin 100 ns.
2) Toissijainen suojaus
Tarkoituksena on rajoittaa jäännösjännitettä ensimmäisen tason ukkossuojan läpi edelleen 1500–2000 volttiin ja toteuttaa potentiaalintasauskytkentä lpz1–lpz2:lle.
Kun jakelukaapin linjasta ulos tulevaa tehoylijännitesuojaa käytetään toisen tason suojana, jännitteenrajoittava tehoylijännitesuoja on asennettava haarajakelupisteeseen, joka syöttää virtaa tärkeille tai herkille sähkölaitteille, ja sen salamavirran kapasiteetin on oltava vähintään 20 kA. Sähkösuunnittelun verkko-opetuksen opettaja Di toteaa, että nämä tehoylijännitesuojat pystyvät paremmin absorboimaan käyttäjän virtalähteen sisääntulossa ylijännitesuojan läpi kulkevan jäännösenergian ja niillä on erinomainen estovaikutus ohimenevään ylijännitteeseen.

Tässä käytetyn ukkossuojan maksimipulssikapasiteetin on oltava yli 45 kA vaihetta kohden ja vaaditun rajajännitteen alle 1200 V, mitä kutsutaan luokan II ukkossuojaksi. Yleensä, jos käyttäjän virtalähdejärjestelmä saavuttaa toisen suojaustason, se voi täyttää sähkölaitteiden toiminnan vaatimukset.
Luokan C suoja on tarkoitettu luokan II virtalähteen ukkossuojaksi vaiheen I, vaiheen I ja vaiheen I täysmuotoiseen suojaukseen, ja sen tärkeimmät tekniset parametrit ovat: ukkosvirran kestävyys on vähintään 40ka (8 / 20us); jäännösjännitteen huippuarvo ei saa olla yli 1000V; vasteaika ei saa olla yli 25ns.

3) Kolmannen tason suojaus
Tarkoituksena on lopulta suojata laitteita vähentämällä jäännösjännite alle 1000 V:iin, jotta ylijännite voi vahingoittaa laitteita.
Kun elektronisten tietolaitteiden vaihtovirtalähteen sisääntulopäähän asennettua ukkosenjohdatinta käytetään kolmannen tason suojauksena, sen on oltava sarjajännitettä rajoittava ukkosenjohdatin, ja sen ukkosenjohdattimen virtakapasiteetin on oltava vähintään 10 kA.
Lopuksi, sisäänrakennettua ukkosenjohdatinta voidaan käyttää sähkölaitteiden sisäisessä virransyötössä pienten transienttien ylijännitteiden täydelliseksi poistamiseksi. Herra Di, sähkösuunnittelun verkko-opetuksessa, tässä käytetyn ukkosenjohdattimen enimmäisiskukapasiteetin on oltava 20 kA vaihetta kohden tai vähemmän, ja vaaditun rajajännitteen on oltava alle 1000 V. Joillekin erityisen tärkeille tai herkille elektronisille laitteille tarvitaan kolmannen tason suojaus, ja se voi myös suojata sähkölaitteita järjestelmän sisällä syntyviltä transienttijännitteiltä. Mikroaaltoviestintälaitteiden, mobiilien tukiasemien viestintälaitteiden ja tutkalaitteissa käytettävän tasasuuntaajan virtalähteen osalta sopivan käyttöjännitteen omaavat tasavirtalähteen ukkosenjohtimet tulisi valita ei-tasosuojauksiksi niiden käyttöjännitteen suojaustarpeiden mukaisesti.

4) Suojatun laitteen kestojännitetason mukaan
Jos kaksitasoinen salamasuojaus voi rajoittaa jännitteen laitteen kestojännitetason alapuolelle, tarvitaan vain kaksitasoinen suojaus. Jos laitteen kestojännitetaso on alhainen, voidaan tarvita neljä tai useampia suojaustasoja. Neljännen tason suojauksen salamavirran kestävyyden on oltava vähintään 5ka.
(2) Miksi sulake ja katkaisija tulisi asentaa ylijännitesuojan eteen?
Kun ylijännitesuojan läpi kulkeva syöksyvirta on suurempi kuin sen IMAX, ylijännitesuoja rikkoutuu ja pettää, mikä johtaa piirin oikosulkuun. Oikosulun katkaisemiseksi on asennettava katkaisija tai sulake. Sähkösuunnittelun verkko-opetuksessa herra Di sanoo, että jokainen salamanisku aiheuttaa ylijännitesuojan vanhenemista. Esimerkiksi jos virta on olemassa pitkään, ylijännitesuoja ylikuumenee ja kiihdyttää vanhenemista. Tällöin katkaisijan tai sulakkeen lämpösuojausjärjestelmän on toimittava ja irrotettava ylijännitesuoja ennen kuin ylijännitesuoja saavuttaa suurimman sallitun lämpötilan.

Ylijännitesuojan vaatimukset sulakkeelle ja katkaisijalle: Kun nimellisvirralla käytetään 20 standardinmukaista 8/20 mikrosekunnin ja 1,2/50 mikrosekunnin testipulssia, katkaisija tai sulake ei laukea. Jos ylijännitesuoja rikkoutuu ja oikosulkeutuu, katkaisijan tai sulakkeen on toimittava. Jos ylijännitesuoja on kytkentämoduuli, koska sen vikaantumistila on avoin virtapiiri, sitä voidaan suojata ilman pienoiskatkaisijaa ja sulaketta.
Sekä sulaketta että katkaisijaa voidaan käyttää ylijännitesuojan erinomaisena suojana. Sulakkeen ominaisuudet: Sulakkeella on kaksi suojaustoimintoa: pitkä viiveaika ja hetkellinen virta käänteisellä aikarajoituksella. Sähkösuunnittelun verkko-opettaja Mr. Di käyttää sitä ylikuormitus- ja oikosulkusuojana, eli sulake on vaihdettava vikasulakkeen kytkemisen jälkeen. Katkaisijan ominaisuudet: katkaisijalla on hetkellinen virtasuoja ja ylikuormituksen lämpösuoja. Vikakatkaisun jälkeen se voidaan nollata manuaalisesti vaihtamatta komponentteja.
Tarkastele tulolinjojen eroja: 440 V:n ylijännitesuoja on valittava kolmivaiheiselle 280 V:n viisijohtimiselle järjestelmälle tai kolmivaiheiselle 380 V:n nelijohtimiselle järjestelmälle. 220 V:n ylijännitesuoja on valittava yksivaiheiselle 220 V:n kaksijohtimiselle järjestelmälle tai yksivaiheiselle 220 V:n kolmijohtimiselle järjestelmälle. Huomaa lisäksi: valitun ylijännitesuojan suojaustaso on taso 2 kolmivaiheiselle 280 V:lle asuinrakennuksen tulolinjalla; luokka 3 yksivaiheiselle 220 V:lle.
Kun TN-CS-järjestelmän linja on tullut rakennuksen yleiseen jakokeskukseen, kynsilinja jaetaan N-linjaan ja PE-linjaan. Ylijännitesuoja tarvitsee asentaa vain vaihelinjan I ja kynsilinjan väliin.
Ylijännitesuojan edessä olevalla kytkimellä voi valita sulakkeen ja katkaisijan. Yleensä IMAX > 40kA:lle tulisi valita 40–63A ja IMAX < 40kA:lle 20–32A.

(3) Onko ylijännitesuoja ja ukkossuoja sama asia?
Vaikka sekä ylijännitesuojalla että salamaniskulla on tehtävä estää ylijännite, erityisesti salamaniskun aiheuttama ylijännite, niiden sovelluksissa on silti monia eroja.
1) Ylijännitesuojaimissa on useita jännitetasoja, jotka vaihtelevat 0,38 kV:n matalajännitteestä 500 kV:n erittäin korkeaan jännitteeseen, kun taas ylijännitesuojaimissa on yleensä vain matalajännitteisiä tuotteita;

2) Ylijännitesuojat asennetaan enimmäkseen ensisijaiseen järjestelmään estämään salaman suoran leviämisen, kun taas ylijännitesuojat asennetaan enimmäkseen toissijaiseen järjestelmään. Tämä on täydentävä toimenpide sen jälkeen, kun ylijännitesuoja poistaa salaman suoran leviämisen tai kun ylijännitesuoja ei poista salamaa.

3) Ukkosenjohdinta käytetään sähkölaitteiden suojaamiseen, ja ylijännitesuojaa käytetään enimmäkseen elektronisten instrumenttien tai mittareiden suojaamiseen;
4) Koska ylijännitesuoja on kytketty sähköverkkoon, sillä tulee olla riittävä ulkoinen eristyskyky ja suuri ulkonäkö. Koska ylijännitesuoja on kytketty pienjännitteeseen, sen koko voi olla hyvin pieni.