2021-10-07
サージ保護回路ブレーカーは、実際には通常サージ保護装置と呼ばれるものであり、雷サージ保護装置とも呼ばれます。さまざまな電気機器、計器、通信回路を安全に保護するための装置または回路の一種です。AC グリッド間のサージまたはピーク電圧を吸収し、保護する機器や回路が損傷しないようにするために使用されます。
サージ保護回路ブレーカーは、数千ボルトの電圧サージまたはスパイクに対処できます。もちろん、これは、選択したサージ保護装置のパラメータと仕様によって異なります。ユーザーの使用シナリオに応じて、数百ボルト専用のspdサージプロテクターもあります。サージプロテクターは高電圧スパイクに瞬時に耐えることができますが、スパイク電圧の継続時間が長すぎることはできません。そうしないと、過剰なエネルギー吸収によりプロテクターが加熱して燃焼します。
サージは一時的な干渉の一種です。特定の条件下では、電力網の瞬時電圧が定格通常電圧の範囲を超えます。一般に、この過渡状態はそれほど長くは続きませんが、振幅が非常に大きくなる場合があります。わずか100万分の1秒で突然最高値になる可能性があります。たとえば、落雷の瞬間、誘導負荷の切断、または大きな負荷の接続は、電力網に大きな影響を与えます。ほとんどの場合、電力網に接続されている機器や回路にサージ保護対策が施されていない場合、機器が損傷しやすくなり、損傷の程度は機器の耐電圧レベルに関係します。
通常の動作条件下では、テストポイントの電圧は 500V の安定した状態に維持されます。しかし、スイッチqが急に切断されると、誘導電流の急激な変化による逆起電力効果により、試験点に高電圧サージが発生します。
第 1 レベルのサージ保護装置は、通常、家または建物の入り口に設置されます。入口接続点からのすべての機器をサージによる被害から保護します。通常、第 1 レベルのサージプロテクターの容量と体積は両方とも非常に大きく高価ですが、不可欠です。
第 2 レベルのサージ保護装置は、第 1 レベルほど容量が大きくなく、吸収するエネルギーも少なくなりますが、非常に持ち運びに便利です。通常、ソケットなどの電気機器のアクセス ポイントに設置されるか、機器の二次保護機能を提供するために電気機器の電源基板のフロントエンドに統合されることもあります。
次の図は、サージ保護デバイスの設置の簡単な概略図です。
二次サージ保護回路のほとんどは電源基板に組み込まれているため、多くの人にとって二次サージ保護回路についてはほとんど知られていません。いわゆる電源基板は、多くの電気機器の入力のフロントエンドであることが多く、通常は AC-AC、AC-DC 回路もソケットに直接差し込まれる回路です。電源基板上に設計された雷保護回路の最も重要な役割は、サージが発生した場合に、回路を遮断したり、サージ電圧、電流を吸収したりするなど、適時に保護を提供することです。
UPS (無停電電源装置) などの別のタイプの二次サージ保護回路では、一部の複雑な UPS 電源にはサージ保護回路が組み込まれており、通常の電源基板のサージ保護装置と同じ機能があります。
サージ電圧が発生した場合に電源を遮断するサージプロテクターが付いています。この種のサージ保護装置は非常にインテリジェントで複雑です。もちろん、比較的高価であり、一般的にはめったに使用されません。この種のサージ保護装置は通常、電圧センサー、コントローラー、ラッチで構成されます。電圧センサーは主に電力系統電圧のサージ変動の有無を監視します。コントローラは電圧センサーのサージ電圧信号を読み取り、サージ信号と判断した場合にはアクチュエーター制御回路のオンオフとしてラッチを適時に制御します。
また、サージが発生したときに回路を遮断するのではなく、サージ電圧をクランプしてサージエネルギーを吸収するサージ保護回路もあります。これは通常、回路基板に組み込まれており、スイッチング電源回路などにはこのタイプのサージ保護回路が搭載されています。回路は一般に次の図に示すとおりです。
活線と中性線の境界をまたぐサージプロテクター1、つまりディファレンシャルモード抑制回路。サージ保護装置 2 と 3 は、それぞれ活線がアースに接続され、中性線がアースに接続されており、コモンモード抑制となっています。差動モードサージデバイスは、活線と中性線の間のサージ電圧をクランプして吸収するために使用されます。同様に、コモンモードサージデバイスは、相線のサージ電圧をアースにクランプするために使用されます。一般に、それほど要求の厳しいサージ規格に対してはサージ保護装置 1 を取り付けるだけで十分ですが、要求の厳しい場合によっては、コモンモードサージ保護を追加する必要があります。
サージ電圧を発生させる要因は数多くありますが、一般的には、落雷、コンデンサの充放電、共振回路、誘導スイッチング回路、モーター駆動の干渉などが原因です。サージ電圧は電力網のあらゆる場所に存在すると言えます。したがって、回路内にサージ保護装置を設計することが非常に必要です。
適切な伝播媒体が存在する場合にのみ、サージ電圧が電気機器を破壊する可能性があります。
電力線 - ほとんどすべての電気機器は電力線から電力を供給され、電力線配電ネットワークが遍在しているため、電力線はサージを拡散させるための最も重要かつ直接的な媒体です。
電波、実は一番の入り口はアンテナであり、無線サージや落雷を受けやすく、電気機器を一瞬にして故障させてしまう可能性があります。アンテナに雷が落ちると、無線周波数受信機に雷が侵入します。
オルタネータ - 自動車エレクトロニクスの分野では、電圧サージも重点的に定義されます。オルタネーターが複雑に変動すると、大きなサージ電圧が発生することがあります。
誘導回路 - インダクタの両端の電圧が急激に変化すると、サージ電圧が発生することがよくあります。
サージ保護回路の設計は難しくありません。実際、内蔵サージ保護回路を設計する最も簡単な方法では、MOV バリスタまたは過渡ダイオード TVS という 1 つのコンポーネントだけが必要です。以下の図に示すように、サージ保護装置 1 ～ 3 にはバリスタ MOV または TVS を使用できます。
場合によっては、IEC 規格を満たすために、AC 電力線の中性線の間に MOV バリスタを並列に接続することだけが必要な場合があります。多くのアプリケーションでは、より高いサージ規格要件を満たすために、同時にゼロ活線とアースの間にサージ保護回路を追加する必要があります。たとえば、要件は 4KV を超えています。
1.MOVは金属酸化物バリスタ、金属酸化物抵抗器の略で、その抵抗値は抵抗器の両端の電圧に応じて変化します。通常、サージ電圧に対処するために交流電力網間で使用されます。
2. MOV は電圧に基づく特別なデバイスです。
3. MOV が動作するとき、その特性はダイオードに少し似ており、非線形でオームの法則には適していませんが、電圧と電流の特性は双方向ですが、ダイオードは単方向です。
4. 双方向 TVS ダイオードに似ています。
5. バリスタの両端の電圧がクランプ電圧に達しない場合、バリスタは開回路状態になります。
バリスタはサージ保護装置の重要な部品です。下図のように入力端のヒューズにできるだけ近づけて設計してください。このようにして、サージ電流が発生したときにヒューズが間に合うように確実に飛ぶことができ、後続の回路がオープン状態になり、サージ電流によって引き起こされる大きな損傷や火災さえも回避できます。
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