ห้าวิธีการป้องกันของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก

วิธีการป้องกันไฟกระชาก

1. อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) ที่ต่อขนานกับสายส่งไฟฟ้า

ภายใต้สภาวะปกติ ตัวต้านทานปรับค่าได้ (varistor) ภายในอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากจะอยู่ในสถานะความต้านทานสูง เมื่อโครงข่ายไฟฟ้าถูกฟ้าผ่าหรือเกิดไฟกระชากชั่วคราวเนื่องจากการสลับการทำงาน อุปกรณ์ป้องกันจะตอบสนองภายในไม่กี่นาโนวินาที ทำให้ตัวต้านทานปรับค่าได้เปลี่ยนไปอยู่ในสถานะความต้านทานต่ำ และจำกัดแรงดันไฟฟ้าเกินให้อยู่ในระดับที่ปลอดภัยอย่างรวดเร็ว หากเกิดไฟกระชากหรือแรงดันไฟฟ้าเกินเป็นเวลานาน ตัวต้านทานปรับค่าได้จะเสื่อมสภาพและร้อนขึ้น ทำให้กลไกการตัดการเชื่อมต่อเนื่องจากความร้อนทำงานเพื่อป้องกันไฟไหม้และปกป้องอุปกรณ์

2. อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแบบอนุกรมชนิดตัวกรองที่ต่ออนุกรมกับวงจรไฟฟ้า

อุปกรณ์ป้องกันเหล่านี้ให้พลังงานที่สะอาดและปลอดภัยสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ไวต่อกระแสไฟกระชาก กระแสไฟกระชากจากฟ้าผ่าไม่เพียงแต่มีพลังงานมหาศาลเท่านั้น แต่ยังมีอัตราการเพิ่มขึ้นของแรงดันและกระแสที่สูงมากอีกด้วย ในขณะที่อุปกรณ์ป้องกันกระแสไฟกระชากแบบขนานสามารถลดแอมพลิจูดของกระแสไฟกระชากได้ แต่ก็ไม่สามารถทำให้คลื่นกระแสไฟที่แหลมคมนั้นราบเรียบได้ อุปกรณ์ป้องกันกระแสไฟกระชากแบบอนุกรมชนิดตัวกรอง ซึ่งเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับวงจรไฟฟ้า จะใช้ MOV (MOV1, MOV2) เพื่อจำกัดแรงดันเกินในระดับนาโนวินาที นอกจากนี้ ตัวกรอง LC ยังช่วยลดความชันของอัตราการเพิ่มขึ้นของแรงดันและกระแสของกระแสไฟกระชากได้เกือบ 1,000 เท่า และลดแรงดันตกค้างลงห้าเท่า ช่วยปกป้องอุปกรณ์ที่ไวต่อกระแสไฟกระชากได้

3. ติดตั้งตัวต้านทานหน่วงแรงดัน (Varitor) ระหว่างเฟสและสายเพื่อจำกัดแรงดันไฟกระชากเกิน

วิธีนี้ใช้ได้ผลดีกับอุปกรณ์ให้แสงสว่าง ลิฟต์ เครื่องปรับอากาศ และมอเตอร์ ซึ่งมีความสามารถในการทนต่อไฟกระชากได้สูงกว่า อย่างไรก็ตาม วิธีนี้มีประสิทธิภาพน้อยกว่าสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดกะทัดรัดสมัยใหม่ที่มีการรวมวงจรสูง ตัวอย่างเช่น ในระบบไฟฟ้ากระแสสลับ 220 โวลต์แบบเฟสเดียว โดยทั่วไปจะติดตั้งวาริสเตอร์ระหว่างสายกลางและสายดินเพื่อดูดซับไฟกระชากที่เกิดจากฟ้าผ่า ประสิทธิภาพในการป้องกันขึ้นอยู่กับการเลือกใช้และความน่าเชื่อถือของวาริสเตอร์เป็นอย่างมาก

แรงดันจำกัดจะถูกตั้งค่าโดยอิงจากแรงดันสูงสุดของระบบไฟฟ้า (310V) โดยคำนึงถึง:
- ความผันผวนของระบบไฟฟ้า 20%
- ค่าความคลาดเคลื่อนของชิ้นส่วน 10%
- ปัจจัยด้านความน่าเชื่อถือ 15% (การเสื่อมสภาพตามอายุ ความชื้น ความร้อน)
ดังนั้น ระดับการหน่วงแรงดันไฟโดยทั่วไปจึงอยู่ระหว่าง 470V ถึง 510V แรงดันไฟกระชากที่ต่ำกว่า 470V จะผ่านไปได้โดยไม่ได้รับผลกระทบ

ในขณะที่อุปกรณ์ไฟฟ้ามาตรฐาน (เช่น มอเตอร์ ไฟส่องสว่าง) สามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ 1,500 โวลต์ (สูงสุด 2,500 โวลต์) ได้ แต่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ทำงานที่ ±5 โวลต์ถึง ±15 โวลต์ โดยมีค่าความคลาดเคลื่อนสูงสุดต่ำกว่า 50 โวลต์ กระแสไฟกระชากความถี่สูงที่ต่ำกว่า 470 โวลต์ยังคงสามารถส่งผ่านความจุไฟฟ้าแฝงในหม้อแปลงและแหล่งจ่ายไฟ ทำให้ไอซีเสียหายได้ ยิ่งไปกว่านั้น เนื่องจากแรงดันตกค้างของวาริสเตอร์และความเหนี่ยวนำของสายไฟ กระแสไฟกระชากที่รุนแรงอาจทำให้ระดับการหน่วงเพิ่มขึ้นเป็น 800 โวลต์ถึง 1,000 โวลต์ ซึ่งเป็นอันตรายต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มากยิ่งขึ้น

4. การเพิ่มประสิทธิภาพการป้องกันด้วยหม้อแปลงไฟฟ้าแบบแยกส่วนพิเศษ (วิธีการแยกส่วน)

หม้อแปลงแยกวงจรแบบมีฉนวนหุ้มจะถูกติดตั้งระหว่างแหล่งจ่ายไฟและโหลดเพื่อป้องกันสัญญาณรบกวนความถี่สูง ในขณะเดียวกันก็ช่วยให้การต่อลงดินของขดลวดทุติยภูมิเป็นไปอย่างถูกต้อง สัญญาณรบกวนแบบคอมมอนโหมด ซึ่งสัมพันธ์กับกราวด์ จะส่งผ่านความจุระหว่างขดลวด ฉนวนที่ต่อลงดินระหว่างขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิจะเบี่ยงเบนสัญญาณรบกวนนี้ ลดสัญญาณรบกวนที่เอาต์พุต

5. วิธีการดูดซึม

ส่วนประกอบดูดซับจะช่วยลดไฟกระชากโดยการเปลี่ยนจากความต้านทานสูงเป็นความต้านทานต่ำเมื่อแรงดันไฟฟ้าเกินเกณฑ์ที่กำหนด อุปกรณ์ทั่วไปได้แก่:
- วาริสเตอร์ – ความสามารถในการรองรับกระแสไฟฟ้ามีจำกัด
- หลอดปล่อยประจุแก๊ส (GDTs)– การตอบสนองช้า
- ไดโอด TVS / หลอดปล่อยประจุโซลิดสเตท – เร็วขึ้น แต่แลกมาด้วยการสิ้นเปลืองพลังงาน