จุดสำคัญในการเลือกอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากและการวิเคราะห์ปัญหาที่เกี่ยวข้อง

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากเป็นอุปกรณ์ป้องกันวงจรที่มีประสิทธิภาพสูง เมื่อทนต่อแรงดันไฟฟ้าสูงชั่วขณะและพัลส์พลังงานสูง จะลดความต้านทานจากระดับสูงเดิมไปสู่ระดับต่ำอย่างรวดเร็ว (10⁻⁹ วินาที) และลดพัลส์รบกวนแรงดันไฟฟ้าสูงชั่วขณะไปสู่แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดไว้ เพื่อปกป้องอุปกรณ์และชิ้นส่วนที่ไวต่อความเสียหายได้อย่างมีประสิทธิภาพ และทำให้วงจรทำงานได้โดยไม่เกิดการรบกวน

(1) อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแบ่งออกเป็นสามระดับ
ระบบป้องกันระดับแรกสามารถระบายกระแสฟ้าผ่าโดยตรงหรือพลังงานมหาศาลที่ส่งผ่านเมื่อสายส่งไฟฟ้าถูกฟ้าผ่าโดยตรงได้ ระบบป้องกันระดับแรกจะต้องเป็นอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าแบบสวิตช์แรงดันสามเฟส และฟลักซ์ฟ้าผ่าต้องไม่น้อยกว่า 60 กิโลแอมป์ โดยทั่วไปใช้สำหรับการจ่ายไฟฟ้าทั่วไป
วัตถุประสงค์ของขั้นตอนที่สองคือการจำกัดค่าแรงดันไฟกระชากตกค้างที่ผ่านอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าขั้นตอนแรกให้เหลือ 1500-2000 โวลต์ และทำการเชื่อมต่อศักย์ไฟฟ้าเท่ากันสำหรับ lpz1-lpz2 เมื่อใช้อุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่ากำลังไฟฟ้าที่ต่อออกจากสายของตู้จ่ายไฟเป็นระบบป้องกันระดับที่สอง จะต้องใช้อุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่ากำลังไฟฟ้าแบบจำกัดแรงดัน และความสามารถในการรับกระแสฟ้าผ่าต้องไม่น้อยกว่า 20 กิโลแคลอรี

จุดประสงค์ของการป้องกันระดับที่สามคือการปกป้องอุปกรณ์และลดค่าแรงดันไฟกระชากตกค้างให้ต่ำกว่า 1000V สำหรับการป้องกันระดับที่สามนั้น จะต้องเป็นอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าแบบจำกัดแรงดันอนุกรม และความสามารถในการรับกระแสฟ้าผ่าจะต้องไม่น้อยกว่า 10kA โดยทั่วไปจะใช้กับอุปกรณ์จ่ายไฟปลายทาง
ระบบจำหน่ายไฟฟ้าที่แตกต่างกันควรเลือกอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากที่เหมาะสม ซึ่งสามารถแบ่งออกเป็น TN (TN-S, NC, TN-CS), it และ TT

1) การป้องกันขั้นต้น
วัตถุประสงค์คือเพื่อป้องกันไม่ให้แรงดันไฟกระชากไหลโดยตรงจากบริเวณ lpz0 ไปยังบริเวณ lpz1 และจำกัดแรงดันไฟกระชากจากหลายหมื่นถึงหลายแสนโวลต์ให้เหลือเพียง 2500-3000 โวลต์
เมื่อใช้เครื่องป้องกันฟ้าผ่ากำลังสูงที่ติดตั้งด้านแรงดันต่ำของหม้อแปลงไฟฟ้าในครัวเรือนเป็นระดับการป้องกันแรก จะต้องเป็นเครื่องป้องกันฟ้าผ่ากำลังสูงแบบสวิตช์แรงดันสามเฟส และฟลักซ์ฟ้าผ่าต้องไม่น้อยกว่า 60kA เครื่องป้องกันฟ้าผ่ากำลังสูงระดับนี้จะต้องเป็นเครื่องป้องกันฟ้าผ่ากำลังสูงที่เชื่อมต่อระหว่างแต่ละเฟสของสายขาเข้าที่ทางเข้าของระบบจ่ายไฟของผู้ใช้และสายดิน โดยทั่วไปแล้ว อาจารย์ผู้สอนการออกแบบไฟฟ้าออนไลน์จะกำหนดให้เครื่องป้องกันฟ้าผ่ากำลังสูงระดับนี้มีความสามารถในการรับแรงกระแทกสูงสุดมากกว่า 100kA ต่อเฟส และแรงดันจำกัดที่ต้องการน้อยกว่า 1500V ซึ่งเรียกว่าเครื่องป้องกันฟ้าผ่ากำลังสูงระดับคลาสสิก เครื่องป้องกันฟ้าผ่าแบบแม่เหล็กไฟฟ้าเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อทนต่อกระแสฟ้าผ่าและฟ้าผ่าเหนี่ยวนำขนาดใหญ่ และดึงดูดกระแสไฟกระชากพลังงานสูง ซึ่งสามารถเบี่ยงเบนกระแสไฟกระชากจำนวนมากไปยังพื้นดินได้ อุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าระดับกลางจะให้การป้องกันเพียงแค่แรงดันจำกัด (เมื่อกระแสพัลส์ไหลผ่านอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่า แรงดันสูงสุดบนสายไฟเรียกว่าแรงดันจำกัด) เท่านั้น เนื่องจากอุปกรณ์ป้องกันระดับคลาสสิกส่วนใหญ่จะดูดซับกระแสไฟกระชากขนาดใหญ่ และเพียงอย่างเดียวไม่สามารถปกป้องอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ไวต่อกระแสไฟภายในระบบจ่ายไฟได้อย่างสมบูรณ์

อุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าระดับแรกสามารถป้องกันคลื่นฟ้าผ่าขนาด 10/350 ไมโครวินาที และ 100 กิโลแอมป์ ซึ่งตรงตามมาตรฐานการป้องกันสูงสุดที่กำหนดโดย IEC
ข้อกำหนดทางเทคนิคคือ: ฟลักซ์ฟ้าผ่าต้องมากกว่าหรือเท่ากับ 100kA (10 / 350us); ค่าแรงดันตกค้างต้องไม่เกิน 2.5KV; เวลาตอบสนองต้องน้อยกว่าหรือเท่ากับ 100ns
2) การป้องกันขั้นที่สอง
วัตถุประสงค์คือเพื่อจำกัดค่าแรงดันไฟกระชากตกค้างที่ผ่านอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าระดับแรกให้เหลือเพียง 1500-2000 โวลต์ และเพื่อเชื่อมต่อ lpz1-lpz2 ให้มีศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน
เมื่อใช้ตัวป้องกันฟ้าผ่ากำลังไฟฟ้าที่ต่อออกมาจากสายของตู้จ่ายไฟเป็นระบบป้องกันระดับที่สอง จะต้องติดตั้งตัวป้องกันฟ้าผ่ากำลังไฟฟ้าแบบจำกัดแรงดันที่จุดจ่ายไฟสาขาที่จ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่สำคัญหรือไวต่อฟ้าผ่า และความสามารถในการรับกระแสฟ้าผ่าของอุปกรณ์ดังกล่าวต้องไม่น้อยกว่า 20 กิโลจูล คุณ Di ผู้สอนการออกแบบไฟฟ้าออนไลน์ กล่าวว่า ตัวป้องกันฟ้าผ่ากำลังไฟฟ้าเหล่านี้สามารถดูดซับพลังงานส่วนเกินที่ไหลผ่านตัวป้องกันไฟกระชากที่ทางเข้าแหล่งจ่ายไฟของผู้ใช้ได้ดีกว่า และมีประสิทธิภาพในการยับยั้งแรงดันเกินชั่วขณะได้ดีเยี่ยม

อุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่ากำลังไฟฟ้าที่ใช้ในที่นี้ต้องมีกำลังรับกระแสสูงสุดมากกว่า 45 กิโลแอมป์ต่อเฟส และแรงดันจำกัดที่ต้องการต้องน้อยกว่า 1200 โวลต์ ซึ่งเรียกว่าอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่ากำลังไฟฟ้าระดับ 2 โดยทั่วไปแล้ว หากระบบจ่ายไฟของผู้ใช้งานมีการป้องกันระดับ 2 ก็สามารถตอบสนองความต้องการในการทำงานของอุปกรณ์ไฟฟ้าได้
อุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าคลาส C ถูกนำมาใช้สำหรับอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าของแหล่งจ่ายไฟคลาส II สำหรับการป้องกันแบบเต็มรูปแบบในเฟส I, เฟส I และเฟส I โดยมีพารามิเตอร์ทางเทคนิคหลักดังนี้: ความสามารถในการทนกระแสฟ้าผ่าต้องมากกว่าหรือเท่ากับ 40kA (8/20us); ค่าสูงสุดของแรงดันตกค้างต้องไม่เกิน 1000V; เวลาตอบสนองต้องไม่เกิน 25ns

3) การป้องกันระดับที่สาม
จุดประสงค์สุดท้ายคือการปกป้องอุปกรณ์โดยการลดแรงดันไฟกระชากที่เหลืออยู่ให้ต่ำกว่า 1000 โวลต์ เพื่อป้องกันไม่ให้พลังงานจากไฟกระชากสร้างความเสียหายแก่อุปกรณ์
เมื่อใช้ตัวป้องกันฟ้าผ่าแบบใช้กำลังไฟฟ้าที่ติดตั้งไว้ที่ปลายทางเข้าของแหล่งจ่ายไฟ AC ของอุปกรณ์ข้อมูลอิเล็กทรอนิกส์เป็นระบบป้องกันระดับที่สาม จะต้องเป็นตัวป้องกันฟ้าผ่าแบบใช้กำลังไฟฟ้าที่มีแรงดันจำกัดแบบอนุกรม และความสามารถในการทนกระแสฟ้าผ่าจะต้องไม่น้อยกว่า 10 กิโลแอมป์
สุดท้ายนี้ อุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าแบบติดตั้งในตัวสามารถใช้ในแหล่งจ่ายไฟภายในของอุปกรณ์ไฟฟ้าเพื่อกำจัดแรงดันไฟเกินชั่วขณะขนาดเล็กได้อย่างสมบูรณ์ คุณ Di ผู้สอนการออกแบบไฟฟ้าออนไลน์ กล่าวว่า ความสามารถในการรับแรงกระแทกสูงสุดของอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าที่ใช้ในที่นี้จะต้องไม่เกิน 20 กิโลจูลต่อเฟส และแรงดันไฟจำกัดที่ต้องการจะต้องน้อยกว่า 1000 โวลต์ สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สำคัญหรือไวต่อความเสียหายเป็นพิเศษ จำเป็นต้องมีการป้องกันระดับที่สาม และยังสามารถปกป้องอุปกรณ์ไฟฟ้าจากแรงดันไฟเกินชั่วขณะที่เกิดขึ้นภายในระบบได้อีกด้วย สำหรับแหล่งจ่ายไฟแบบเร็กติไฟเออร์ที่ใช้สำหรับอุปกรณ์สื่อสารไมโครเวฟ อุปกรณ์สื่อสารสถานีฐานเคลื่อนที่ และอุปกรณ์เรดาร์ ควรเลือกอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าสำหรับแหล่งจ่ายไฟ DC ที่มีแรงดันใช้งานที่เหมาะสมเป็นแบบไม่มีระดับการป้องกันตามความต้องการในการป้องกันของแรงดันใช้งานของอุปกรณ์เหล่านั้น

4) ตามระดับแรงดันไฟฟ้าที่อุปกรณ์ที่ได้รับการป้องกันสามารถทนได้
หากระบบป้องกันฟ้าผ่าสองระดับสามารถจำกัดแรงดันไฟฟ้าให้ต่ำกว่าระดับแรงดันไฟฟ้าที่อุปกรณ์ทนได้ ก็จำเป็นต้องใช้ระบบป้องกันเพียงสองระดับเท่านั้น แต่หากระดับแรงดันไฟฟ้าที่อุปกรณ์ทนได้ต่ำ อาจจำเป็นต้องใช้ระบบป้องกันสี่ระดับขึ้นไป โดยความสามารถในการรับกระแสฟ้าผ่าของระบบป้องกันระดับที่สี่ต้องไม่น้อยกว่า 5 กิโลจูล
(2) เหตุใดจึงต้องติดตั้งฟิวส์และเบรกเกอร์ไว้ด้านหน้าอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก?
เมื่อกระแสไฟกระชากที่ไหลผ่านอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากมีค่ามากกว่าค่า IMAX อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากจะเสียหายและทำงานล้มเหลว ส่งผลให้เกิดการลัดวงจร เพื่อตัดการลัดวงจร จำเป็นต้องติดตั้งเบรกเกอร์หรือฟิวส์ คุณ Di ผู้สอนการออกแบบไฟฟ้าออนไลน์ กล่าวว่า ทุกครั้งที่เกิดฟ้าผ่า อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากจะเสื่อมสภาพ ตัวอย่างเช่น หากกระแสไฟไหลผ่านเป็นเวลานาน อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากจะร้อนเกินไปและเร่งการเสื่อมสภาพ ในเวลานี้ ระบบป้องกันความร้อนของเบรกเกอร์หรือฟิวส์จะต้องทำงานเพื่อตัดการเชื่อมต่ออุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากก่อนที่อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากจะร้อนถึงระดับความร้อนสูงสุดที่อนุญาต

ข้อกำหนดของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากสำหรับฟิวส์และเบรกเกอร์วงจร: เมื่อใช้พัลส์ทดสอบมาตรฐาน 20 พัลส์ที่ความยาว 8/20 ไมโครวินาที และ 1.2/50 ไมโครวินาที ภายใต้กระแสพิกัด เบรกเกอร์วงจรหรือฟิวส์จะไม่ตัดวงจร เมื่ออุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากเสียหายและเกิดการลัดวงจร เบรกเกอร์วงจรหรือฟิวส์จะทำงาน หากอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากเป็นแบบโมดูลสวิตชิ่ง เนื่องจากโหมดความเสียหายคือวงจรเปิด จึงสามารถป้องกันได้โดยไม่ต้องใช้เบรกเกอร์วงจรขนาดเล็กและฟิวส์
ทั้งฟิวส์และเบรกเกอร์สามารถใช้เป็นอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากที่มีประสิทธิภาพสูงได้ คุณสมบัติของฟิวส์: ฟิวส์มีฟังก์ชันการป้องกันสองอย่าง คือ การหน่วงเวลาที่ยาวนานและการป้องกันกระแสทันทีโดยมีลักษณะการจำกัดเวลาแบบผกผัน คุณ Di ผู้สอนการออกแบบไฟฟ้าออนไลน์ ใช้ฟิวส์ในการป้องกันการโอเวอร์โหลดและการลัดวงจรตามลำดับ กล่าวคือ ต้องเปลี่ยนฟิวส์หลังจากเกิดความผิดพลาด คุณสมบัติของเบรกเกอร์: เบรกเกอร์มีการป้องกันกระแสทันทีและการป้องกันความร้อนจากการโอเวอร์โหลด หลังจากตัดการเชื่อมต่อเนื่องจากความผิดพลาดแล้ว สามารถรีเซ็ตได้ด้วยตนเองโดยไม่ต้องเปลี่ยนชิ้นส่วน
โปรดพิจารณาความแตกต่างระหว่างสายไฟขาเข้า: ควรเลือกอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก 440V สำหรับระบบไฟฟ้าสามเฟส 280V แบบห้าสาย หรือระบบไฟฟ้าสามเฟส 380V แบบสี่สาย ส่วนอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก 220V ควรเลือกสำหรับระบบไฟฟ้าเฟสเดียว 220V แบบสองสาย หรือระบบไฟฟ้าเฟสเดียว 220V แบบสามสาย นอกจากนี้ โปรดทราบว่า ระดับการป้องกันของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากที่เลือกคือ ระดับ 2 สำหรับระบบไฟฟ้าสามเฟส 280V ที่สายไฟขาเข้าของอาคารที่พักอาศัย และระดับ 3 สำหรับระบบไฟฟ้าเฟสเดียว 220V
หลังจากสายระบบ TN-CS เข้าสู่กล่องกระจายไฟหลักของอาคารแล้ว สาย PE จะถูกแยกออกเป็นสาย N และสาย PE จึงจำเป็นต้องติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากเฉพาะระหว่างสายเฟส I และสาย PE เท่านั้น
สวิตช์ด้านหน้าของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากสามารถเลือกใช้ฟิวส์และเบรกเกอร์ได้ โดยทั่วไป ควรเลือกขนาด 40 ~ 63A สำหรับ IMAX > 40ka และควรเลือกขนาด 20 ~ 32A สำหรับ IMAX < 40ka

(3) อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากและอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าเป็นสิ่งเดียวกันหรือไม่?
แม้ว่าทั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากและอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าจะมีหน้าที่ป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกิน โดยเฉพาะแรงดันไฟฟ้าเกินจากฟ้าผ่า แต่ก็ยังมีข้อแตกต่างมากมายในการใช้งาน
1) อุปกรณ์หยุดไฟกระชากมีระดับแรงดันไฟฟ้าหลายระดับ ตั้งแต่แรงดันต่ำ 0.38 กิโลโวลต์ ไปจนถึงแรงดันสูงพิเศษ 500 กิโลโวลต์ ในขณะที่อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากโดยทั่วไปจะมีเฉพาะผลิตภัณฑ์แรงดันต่ำเท่านั้น

2) โดยทั่วไปแล้ว อุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าจะติดตั้งในระบบหลักเพื่อป้องกันการเข้ามาของคลื่นฟ้าผ่าโดยตรง ในขณะที่อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากจะติดตั้งในระบบรอง ซึ่งเป็นมาตรการเสริมหลังจากที่อุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าสามารถป้องกันการเข้ามาของคลื่นฟ้าผ่าโดยตรงได้แล้ว หรือในกรณีที่อุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าไม่สามารถป้องกันคลื่นฟ้าผ่าได้

3) อุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าใช้สำหรับป้องกันอุปกรณ์ไฟฟ้า และอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากส่วนใหญ่ใช้สำหรับป้องกันเครื่องมือหรือมิเตอร์อิเล็กทรอนิกส์
4) เนื่องจากอุปกรณ์กันไฟกระชากเชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้าหลัก จึงควรมีประสิทธิภาพในการเป็นฉนวนภายนอกที่เพียงพอและมีขนาดใหญ่ ส่วนอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากนั้น เนื่องจากเชื่อมต่อกับแรงดันต่ำ ขนาดจึงสามารถเล็กมากได้