נקודות מפתח בבחירת מגני נחשול וניתוח בעיות קשורות

מגן מתח הוא מגן מעגלים יעיל במיוחד, העומד בפני מתח גבוה חולף, פולסים של אנרגיה גבוהה, מהירות (10-9 שניות) מהעכבה הגבוהה המקורית לעכבה נמוכה, ופלימי הפרעה של מתח גבוה חולף למתח שנקבע מראש, על מנת להגן ביעילות על הציוד והמכשירים הרגישים מפני נזק, ולפעול במעגל ללא הפרעות.

(1) התקני הגנה מפני נחשולי מתח מחולקים לשלוש רמות
הרמה הראשונה יכולה לפרוק את זרם הברקים הישיר או את האנרגיה העצומה המועברת כאשר קו תמסורת החשמל נפגע ישירות מברק. ההגנה ברמה הראשונה צריכה להיות מפסק ברקים של ספק כוח תלת פאזי מתח-מיתוג, ושטף הברקים שלו לא יפחת מ-60kA. משמש בדרך כלל להפצה כללית.
מטרת השלב השני היא להגביל עוד יותר את ערך מתח הנחשול השיורי דרך מפסק הברקים של השלב הראשון ל-1500-2000 וולט, וליישם חיבור אקוויוולנטי עבור lpz1-lpz2. כאשר מפסק הברקים החשמלי המוצא מקו ארון החלוקה משמש כהגנה ברמה השנייה, יש להשתמש במפסק הברקים החשמלי להגבלת מתח, וקיבולת זרם הברקים שלו לא תפחת מ-20KA.

מטרת הרמה השלישית היא להגן סופית על הציוד ולהפחית את ערך מתח הנחשול השיורי לפחות מ-1000 וולט. כהגנה ברמה השלישית, הוא יהיה מפסק ברקים להגבלת מתח טורי, וקיבולת זרם הברקים שלו לא תפחת מ-10 קילו-אמפר. משמש בדרך כלל עבור ציוד חלוקת חשמל סופי.
מערכות הפצה שונות צריכות לבחור התקני הגנה מפני נחשולי מתח מתאימים, אשר ניתן לחלק ל-TN (TN-S, NC, TN-CS), it ו-TT.

1) הגנה ראשונית
המטרה היא למנוע ממתח הנחשול לעבור ישירות מאזור lpz0 לאזור lpz1, ולהגביל את מתח הנחשול של עשרות אלפי עד מאות אלפי וולט ל-2500-3000 וולט.
כאשר מעכב ברקים המותקן בצד המתח הנמוך של שנאי החשמל הביתי משמש כהגנה ברמה הראשונה, עליו להיות מעכב ברקים תלת פאזי עם מתח ממותג, ושטף הברקים שלו לא יפחת מ-60 קילו-אמפר. מעכב ברקים ברמה זו צריך להיות מעכב ברקים בעל קיבולת גבוהה המחובר בין כל פאזה של הקו הנכנס בכניסה למערכת אספקת החשמל של המשתמש לבין הארקה. מורה די בהוראה מקוונת של תכנון חשמלי דורש בדרך כלל שמעכב ברקים ברמה זו יהיה בעל קיבולת פגיעה מקסימלית של יותר מ-100 קילו-אמפר לפאזה ומתח המגבלה הנדרש יהיה פחות מ-1500 וולט, מה שנקרא מעכב ברקים ברמה קלאסית. מעכבי ברקים אלקטרומגנטיים אלה נועדו לעמוד בזרם גדול של ברק וברקים מושרים ולמשוך נחשולי אנרגיה גבוהים, שיכולים להסיט כמות גדולה של זרם נחשולים לאדמה. הם מספקים רק את מתח המגבלה (כאשר זרם הדחף זורם דרך מפסק הברקים, המתח המקסימלי על הקו נקרא מתח המגבלה) כהגנה ברמה בינונית, מכיוון שמגן ברמה קלאסית סופג בעיקר את זרם הנחשולים הגדול, והם לבדם אינם יכולים להגן לחלוטין על הציוד החשמלי הרגיש בתוך מערכת אספקת החשמל.

מעכב ברקים ברמה הראשונה יכול למנוע גלי ברקים של 10/350us ו-100kA, ולהגיע לתקן ההגנה הגבוה ביותר שצוין על ידי IEC.
ההתייחסות הטכנית היא: שטף הברק גדול או שווה ל-100kA (10 / 350us); ערך המתח השיורי לא יעלה על 2.5KV; זמן התגובה קטן או שווה ל-100ns.
2) הגנה משנית
המטרה היא להגביל עוד יותר את ערך מתח הנחשולים השיורי דרך מעכב הברקים ברמה הראשונה ל-1500-2000 וולט, וליישם חיבור אקוויפוטנציאלי עבור lpz1-lpz2.
כאשר מעכב ברקים של חשמל היוצא מקו ארון החלוקה משמש כהגנה ברמה השנייה, יש להתקין את מעכב הברקים להגבלת המתח במקום חלוקת הסניף המספק חשמל לציוד חשמלי חשוב או רגיש, וקיבולת זרם הברקים שלו לא תפחת מ-20KA. מר די, הוראה מקוונת של תכנון חשמלי, מעכבי ברקים אלה יכולים לספוג טוב יותר את אנרגיית הנחשולים השיורית העוברת דרך מעכב הנחשולים בכניסת אספקת החשמל של המשתמש, ויש להם השפעה מעכבת מצוינת על מתח יתר חולף.

קיבולת הדחף המקסימלית של מעכב ברקים חשמלי המשמש כאן נדרשת להיות יותר מ-45kA לכל פאזה, ומתח המגבלה הנדרש יהיה פחות מ-1200V, מה שנקרא מעכב ברקים חשמלי ClassII. באופן כללי, אם מערכת אספקת החשמל של המשתמש משיגה את ההגנה ברמה השנייה, היא יכולה לעמוד בדרישות הפעלת ציוד חשמלי.
מגן Class C מאומץ עבור מעכב ברקים מסוג Class II להגנה מלאה של שלב I, שלב I ושלב I, והפרמטרים הטכניים העיקריים הם: קיבולת זרם הברקים גדולה או שווה ל-40ka (8 / 20us); ערך השיא של מתח השיורי לא יעלה על 1000V; זמן התגובה לא יעלה על 25ns.

3) הגנה ברמה שלישית
המטרה היא להגן סופית על הציוד על ידי הפחתת מתח הנחשול השיורי לפחות מ-1000 וולט, כך שאנרגיית הנחשול עלולה לגרום נזק לציוד.
כאשר מפסק ברקים המותקן בקצה הנכנס של ספק הכוח AC של ציוד מידע אלקטרוני משמש כהגנה ברמה שלישית, עליו להיות מפסק ברקים להגבלת מתח טורי, וקיבולת זרם הברקים שלו לא תפחת מ-10kA.
לבסוף, ניתן להשתמש במעכב ברקים מובנה באספקת החשמל הפנימית של ציוד חשמלי כדי לבטל לחלוטין מתח יתר חולף קטן. מר די, בהוראה מקוונת של תכנון חשמלי, קיבולת הפגיעה המקסימלית של מעכב הברקים המשמש כאן נדרשת להיות 20KA לכל פאזה או פחות, ומתח המגבלה הנדרש יהיה פחות מ-1000V. עבור ציוד אלקטרוני חשוב או רגיש במיוחד, יש צורך בהגנה ברמה שלישית, והיא יכולה גם להגן על הציוד החשמלי מפני מתח יתר חולף שנוצר בתוך המערכת. עבור ספק כוח מיישר המשמש לציוד תקשורת מיקרוגל, ציוד תקשורת תחנות בסיס ניידות וציוד מכ"ם, יש לבחור מעכבי ברקים של ספק כוח DC עם מתח עבודה מתאים כהגנה לא ברמה בהתאם לצורכי ההגנה של מתח העבודה שלהם.

4) בהתאם לרמת המתח העומדת של הציוד המוגן
אם הגנת הברקים הדו-מפלסית יכולה להגביל את המתח מתחת לרמת מתח העמידה של הציוד, נדרשת רק הגנה דו-מפלסית. אם רמת מתח העמידה של הציוד נמוכה, ייתכן שיידרשו ארבע רמות הגנה או יותר. קיבולת זרם הברקים של ההגנה ברמה הרביעית לא תפחת מ-5k.
(2) מדוע יש להתקין נתיך ומפסק חשמלי לפני מגן נחשולי מתח?
כאשר זרם הכניסה העובר דרך מגן המתח גדול מה-IMAX שלו, מגן המתח יתקלקל ויכשל, מה שיגרום לקצר חשמלי במעגל. על מנת לנתק את הקצר חשמלי, יש צורך להתקין מפסק חשמלי או נתיך. מר די, בהוראה מקוונת של תכנון חשמלי, כל מכת ברק תגרום להזדקנות מגן המתח. לדוגמה, אם הזרם נמשך זמן רב, מגן המתח יתחמם יתר על המידה ויאיץ את ההזדקנות. בשלב זה, מערכת ההגנה התרמית של מפסק המעגל או הנתיך צריכה לפעול כדי לנתק את מגן המתח לפני שהוא יגיע לחום המרבי המותר.

דרישות למגן נחשולי מתח עבור נתיך ומפסק זרם: כאשר מופעלים 20 פולסים סטנדרטיים של 8/20 מיקרושניות ו-1.2/50 מיקרושניות תחת זרם מדורג, מפסק הזרם או הנתיך לא יפעלו. כאשר מגן הנחשולי מתח מתקלקל ונוצר קצר חשמלי, מפסק הזרם או הנתיך יפעלו. אם מגן הנחשולי מתח הוא מודול מיתוג, מכיוון שמצב הנזק שלו הוא מעגל פתוח, ניתן להגן עליו ללא מפסק זרם זעיר ונתיך.
ניתן להשתמש גם בנתיך וגם במפסק חשמלי כהגנה מעולה למגן נחשולי מתח. מאפייני הנתיך; לנתיך שתי פונקציות הגנה של השהיית זמן ארוכה וזרם רגעי עם מאפייני מגבלת זמן הפוכים. מר די, בהוראה מקוונת של תכנון חשמלי, משמש כהגנה מפני עומס יתר וקצר חשמלי בהתאמה, כלומר, יש להחליף את קישור הנתיך לאחר ניתוק בתקלה. מאפייני מפסק חשמלי: למפסק החשמל הגנה מפני זרם רגעי והגנה תרמית מפני עומס יתר. לאחר ניתוק בתקלה, ניתן לאפס אותו ידנית מבלי להחליף רכיבים.
שימו לב להבדל בין קווי הכניסה: יש לבחור מגן נחשולי מתח 440V עבור מערכת תלת פאזית של 280V עם חמישה חוטים או מערכת תלת פאזית של 380V עם ארבעה חוטים. יש לבחור מגן נחשולי מתח 220V עבור מערכת חד פאזית של 220V עם שני חוטים או מערכת חד פאזית של 220V עם שלושה חוטים. בנוסף, שימו לב: רמת ההגנה של מגן הנחשולים הנבחר היא רמה 2 עבור תלת פאזי של 280V בקו הכניסה של בניין המגורים; דרגה 3 עבור 220V חד פאזי.
לאחר שקו מערכת TN-CS נכנס לקופסת החלוקה הכללית של הבניין, קו הפאזה מחולק לקו N וקו PE. יש צורך רק להתקין מגן נחשולי מתח בין קו פאזה I לקו הפאזה.
המתג שלפני מגן המתח יכול לבחור נתיך ומפסק זרם. באופן כללי, יש לבחור 40 ~ 63A עבור IMAX > 40ka ו-20 ~ 32A עבור IMAX < 40ka.

(3) האם מגן נחשולי מתח ומעכב ברקים הוא אותו הדבר?
למרות שגם למגן נחשולי מתח וגם למעכב ברקים יש את הפונקציה של מניעת מתח יתר, במיוחד מתח יתר של ברקים, עדיין יש ביניהם הבדלים רבים ביישום.
1) למעצרי מתח מרובים, החל ממתח נמוך של 0.38 קילו-וולט ועד UHV של 500 קילו-וולט, בעוד שלמכשירי הגנה מפני נחשולי מתח יש בדרך כלל רק מוצרים במתח נמוך;

2) מעכבי ברקים מותקנים בעיקר במערכת הראשית כדי למנוע חדישה ישירה של גל ברק, בעוד שמגני נחשולי מתח מותקנים בעיקר במערכת המשנית, וזהו אמצעי משלים לאחר שמעכב הברקים מבטל את חדירת גל הברק הישירה או כאשר מעכב הברקים אינו מבטל את גל הברק;

3) מעכב ברקים משמש להגנה על ציוד חשמלי, ומגן נחשולי מתח משמש בעיקר להגנה על מכשירים אלקטרוניים או מדי חשמל;
4) מכיוון שהמגן מחובר למערכת החשמל הראשית, עליו להיות בעל ביצועי בידוד חיצוניים מספקים וגודל מראה גדול. מכיוון שמגן הנחשולים מחובר למתח נמוך, הגודל יכול להיות קטן מאוד.