近年、科学技術の進歩、家電製品の技術立国、電子機器の電力要件の改善に伴い、このような電子機器の内部の過電圧に非常に敏感な大規模または超大規模な集積回路が多数存在し、電圧による損失が増加しています。このような状況を踏まえて、「建築物の避雷設計規程」GB50057-94(2000年版)では、第VI章「雷保護電磁パルス」が追加されました。この要件に従って、一部のメーカーは、サージプロテクタと呼ばれることが多い関連する過電圧保護製品も導入しています。電磁両立性保護ゾーン内のすべてのアクティブ導体を含む電気および電子システムを保護するために、完全な等電位ボンディングシステムを設定することが不可欠です。さまざまな過電圧保護デバイスの放電部品の物理的特性には、実際のアプリケーションでは長所と短所があるため、複数の部品を使用する保護回路がより広く使用されています。
ただし、現代の技術レベルで10 / 350μsのパルス電流を伝導できる雷電流アレスタ、二次配電用のプラグ可能なサージプロテクタ、電力保護装置、および電力フィルタのすべての技術要件を満たすことができます。したがって、製品ラインは不足しています。また、この製品群には、電源に加えて、測定、制御、技術調整回路、電子データ処理伝送回路、および無線および有線通信用のすべての回路用の避雷器が含まれ、顧客がそれらを使用できるようにする必要があります。
一般的に使用されるいくつかのサージ保護製品の簡単な紹介と、それらの特性と適用可能な機会の簡単な分析を示します。
1 等電位ボンディングシステム
過電圧保護の基本原理は、過渡的な過電圧が瞬間的(マイクロ秒またはナノ秒レベル)に発生することです。等電位は、保護領域内のすべての金属部品間で達成されるべきです。「等電位とは、避雷装置、建物の金属構造物、外部導体、電気および通信装置などを、雷保護が必要な空間で接続ワイヤまたは過電圧保護装置に接続することです。」( 「建築物の避雷設計仕様書」)(GB50057-94)。「等電位ボンディングの目的は、雷保護が必要な空間で金属部品とシステム間の電位差を減らすことです」(IEC13123.4)。「建築物の避雷設計基準」(GB50057-94)は、「第3.1.2条第3.1.2条雷保護装置を備えた建物で、避雷装置が建物内の他の施設や人から隔離できない場合、等電位ボンディングを採用すべきである」と規定しています。この等電位ボンディングネットワークを構築する際には、情報を交換する必要がある電気電子機器と等電位ボンディングベルト間の接続ワイヤとの間に最短距離を保つように注意する必要があります。
誘導定理によれば、インダクタンスが大きいほど、回路内の過渡電流によって生成される電圧が高くなります。(U = L·di/dt>インダクタンスは主にワイヤーの長さに関連し、ワイヤーの断面積とはほとんど関係ありません。したがって、アース線はできるだけ短く保つ必要があります。さらに、複数のワイヤを並列に接続することで、電位補償システムのインダクタンスを大幅に低減できます。これら2つを実践するために、等電位ボンディングデバイスに接続する必要があるすべての回路を理論的に接続することが可能です。機器と同じ金属板に接続されています。金属板の概念に基づき、等電位ボンディングシステムを後付けする際に、ライン、スター、メッシュ構造を使用することができます。原則として、新しい機器(リンクシステム)を設計するときは、メッシュ等電位のみを使用する必要があります。
2電源ラインを等電位ボンディングシステムに接続します
いわゆる過渡電圧または過渡電流は、その存在時間がマイクロ秒またはナノ秒であることを意味します。サージ保護の基本原理は、過渡過電圧が存在する場合、保護領域内のすべての導電性部品間に短時間、等電位を確立することです。このような導電素子には、電気回路内の電力線も含まれます。したがって、特に静電放電の場合、マイクロ秒よりも速く応答するコンポーネントが必要です。
ナノ秒よりも速く。このような要素は、短い時間間隔で最大数倍の1万アンペアの強力な電流を供給することができます。最大50kAの風は、予想される落雷条件下で10/350μSパルスで計算されます。完全な等電位ボンディングデバイスを通じて、等電位アイランドを迅速に形成することができ、この等電位アイランドとの距離との電位差は数十万ボルトにもなります。ただし、重要なのは、保護する領域では、すべての導電性部品が大きな電位差なしにほぼ同等または等しい電位を持っていると見なすことができることです。
3 サージプロテクタの設置と機能
サージ保護の電気部品は、応答特性の点でソフトとコンプレックスに分けられます。ハードレスポンス特性を持つ放電素子には、ガス放電管と放電ギャップ放電器があり、アークチョッピング技術に基づく角スパークギャップまたは同軸放電スパークギャップのいずれかです。ソフトレスポンス特性に属する放電素子には、バリスタとサプレッサーダイオードが含まれます。(当社のサージプロテクタは応答が弱いです。これらの部品の違いは、放電能力、応答特性、残留電圧です。これらのコンポーネントには長所と短所があるため、人々はそれらを特別な保護回路に組み合わせて、長所を促進し、短所を回避します。民間の建物で一般的に使用されるサージプロテクタは、主に放電ギャップタイプの避雷器とバリスタタイプの避雷器です。
雷電流と雷後電流には、非常に強力な放電器が必要です。等電位ボンディングシステムを介して雷電流を接地装置に伝導するには、アークチョッピング技術に従って角スパークギャップを備えた電流避雷器を使用することをお勧めします。50kAを超える10/350μsのパルス電流を流し、自動アーク消火を実現できるのはそれだけです。この製品アプリケーションの定格電圧は400Vに達する可能性があります。また、短絡電流が4kAになっても定格125Aのヒューズが切れることはありません。
その優れた性能により、保護エリアに設置された機器や機器の中断のない動作特性が大幅に向上します。ただし、高振幅の電流を処理できるだけでなく、さらに重要なことに、電流のパルス形式が決定的な役割を果たすことを指摘する必要があります。両方を同時に考慮する必要があります。したがって、角スパークギャップは最大100kAの電流を伝導することもできますが、そのパルス形式は短くなります(8 /80μs)。このようなパルスはインパルス電流パルスであり、1992年10月までは電流避雷器の開発のための設計基礎でした。
雷電流アレスタは良好な放電容量を持っていますが、常に欠点があります:その残留電圧は2.5~3.5kVと高いです。そのため、雷電流避雷器を全体として設置する場合は、他の避雷器と組み合わせて使用する必要があります。
このような製品には、主にリミッターMB、リミッターNB-B、リミッターG-B、アジアブラウンボファリー(ABB)会社のリミテッドGN-Bが含まれます。DEHNportMaxi(10 /350μs、50kA /フェーズ)、DEHNport255(10 /350μs、75kA /フェーズ);ドイツPHOENIXアングルスパークギャップ:FLT60-400(10 /350μs、60kA相)、FLT25-400(10 /350μs、25kA相);シュナイダーのPRF1サージプロテクタ。MOELLERのVBFシリーズ。
バリスタは、直列および並列の多数の双方向サプレッサダイオードとして機能し、電圧依存抵抗器のように機能します。電圧が指定された電圧を超えると、バリスタは電気を通すことができます。電圧が規定電圧より低い場合、バリスタは電気を通しません。このようにして、バリスタは完璧な電圧制限の役割を果たすことができます。バリスタは非常に高速に動作し、応答時間はナノ秒の短い範囲です。
電源に一般的に使用されるバリスタは、40kA8 / 20usパルスの制限で電流を伝導できるため、電源の2段目の放電器に非常に適しています。しかし、雷電流アレスタとしては理想的ではありません。国際電子技術委員会の文献IEC1024-1には、処理する電荷量は10/350μsと記載されており、これは8/20μsパルスの場合の電荷量の20倍に相当します。
( 10/350) μs=20xQ(8/20) μs
この式から、放電電流の振幅だけでなく、パルス形状にも注意を払うことが不可欠であることがわかります。バリスタの欠点は、経年劣化しやすく、静電容量が大きいことです。さらに、ダイオード素子は破壊されます。ほとんどの場合、PN接合が過負荷になると短絡が発生するため、負荷の頻度にもよりますが、バリスタは漏れ電流を引き始め、測定データの感度に欠けるテスト回路にエラーを引き起こす可能性があります。同時に、特に高定格電圧では、コース内で強烈な熱が発生します。
バリスタの大容量化により、信号伝送ラインでの使用が不可能なケースが多いです。静電容量とワイヤインダクタンスは、信号を大幅に減衰させるローパス回路を形成します。しかし、約30kHz未満の減衰はごくわずかです。このような製品には、主にABBのLimitor V、Limited VTS、Limitor VE、Limitor VETS、LimitorGE-Sが含まれます。シュナイダーのPRDシリーズ交換可能なサージプロテクタ。MOELLERのVR7シリーズ、VS7シリーズ製品。ドイツDEHNのDEHNguard385(8 /20μs、40kAフェーズ)、DEHNguard275(8 /20μs、40kAフェーズ)。VAL-MS400ST(8/20μs、40kA相)、VAL-ME400ST/FM(8/20μs、40kA/相)、PHOENIX、ドイツ;Ma Shen DB30-4A/B(8/20μs、30kA/相)、DB40-4A/B(8/20μs、40kA相)。
4 過電圧保護方式に従ってサージプロテクタを取り付けます
技術的な設置条件に従って単一の保護要素または統合された複合保護回路を含むアセンブリ(レール取り付けタイプ、電源ソケットタイプ、アダプタ)は、ディスチャージャーと呼ばれます。
ほとんどの場合、過電圧保護は少なくとも2つのレベルに分ける必要があります。たとえば、1 つのレベルのセキュリティのみを含む各避雷器は、電源の異なる場所に設置できます。同じ避雷器にも、複数のレベルの保護がある場合があります。適切な過電圧保護を達成するためには、人々は、干渉電圧保護ゾーンのシリアル番号が高くなるまで、雷保護ゾーン0過電圧保護ゾーン1から3まで、この保護範囲を含む、さまざまな電磁両立性部門の範囲を保護する必要があります。電磁両立性保護ゾーン0〜3は、高エネルギー結合による機器の損傷を避けるために設定されています。シリアル番号の大きい電磁両立性保護は、情報の歪みや損失を防ぐために設定されています。保護ゾーン番号が大きいほど、予想される外乱エネルギーと外乱電圧レベルは低くなります。保護が必要な電気電子機器は、非常に効果的な保護リングに取り付けられています。このような保護リングは、単一の電子機器、複数の種類の電子機器があるスペース、または建物全体が通過するものに使用できます。通常、スペースシールドされた保護リングを備えたワイヤは、保護サークルの周辺機器と同時に電圧保護アレスタに接続されます。
ただし、現代の技術レベルで10 / 350μsのパルス電流を伝導できる雷電流アレスタ、二次配電用のプラグ可能なサージプロテクタ、電力保護装置、および電力フィルタのすべての技術要件を満たすことができます。したがって、製品ラインは不足しています。また、この製品群には、電源に加えて、測定、制御、技術調整回路、電子データ処理伝送回路、および無線および有線通信用のすべての回路用の避雷器が含まれ、顧客がそれらを使用できるようにする必要があります。
一般的に使用されるいくつかのサージ保護製品の簡単な紹介と、それらの特性と適用可能な機会の簡単な分析を示します。
1 等電位ボンディングシステム
過電圧保護の基本原理は、過渡的な過電圧が瞬間的(マイクロ秒またはナノ秒レベル)に発生することです。等電位は、保護領域内のすべての金属部品間で達成されるべきです。「等電位とは、避雷装置、建物の金属構造物、外部導体、電気および通信装置などを、雷保護が必要な空間で接続ワイヤまたは過電圧保護装置に接続することです。」( 「建築物の避雷設計仕様書」)(GB50057-94)。「等電位ボンディングの目的は、雷保護が必要な空間で金属部品とシステム間の電位差を減らすことです」(IEC13123.4)。「建築物の避雷設計基準」(GB50057-94)は、「第3.1.2条第3.1.2条雷保護装置を備えた建物で、避雷装置が建物内の他の施設や人から隔離できない場合、等電位ボンディングを採用すべきである」と規定しています。この等電位ボンディングネットワークを構築する際には、情報を交換する必要がある電気電子機器と等電位ボンディングベルト間の接続ワイヤとの間に最短距離を保つように注意する必要があります。
誘導定理によれば、インダクタンスが大きいほど、回路内の過渡電流によって生成される電圧が高くなります。(U = L·di/dt>インダクタンスは主にワイヤーの長さに関連し、ワイヤーの断面積とはほとんど関係ありません。したがって、アース線はできるだけ短く保つ必要があります。さらに、複数のワイヤを並列に接続することで、電位補償システムのインダクタンスを大幅に低減できます。これら2つを実践するために、等電位ボンディングデバイスに接続する必要があるすべての回路を理論的に接続することが可能です。機器と同じ金属板に接続されています。金属板の概念に基づき、等電位ボンディングシステムを後付けする際に、ライン、スター、メッシュ構造を使用することができます。原則として、新しい機器(リンクシステム)を設計するときは、メッシュ等電位のみを使用する必要があります。
2電源ラインを等電位ボンディングシステムに接続します
いわゆる過渡電圧または過渡電流は、その存在時間がマイクロ秒またはナノ秒であることを意味します。サージ保護の基本原理は、過渡過電圧が存在する場合、保護領域内のすべての導電性部品間に短時間、等電位を確立することです。このような導電素子には、電気回路内の電力線も含まれます。したがって、特に静電放電の場合、マイクロ秒よりも速く応答するコンポーネントが必要です。
ナノ秒よりも速く。このような要素は、短い時間間隔で最大数倍の1万アンペアの強力な電流を供給することができます。最大50kAの風は、予想される落雷条件下で10/350μSパルスで計算されます。完全な等電位ボンディングデバイスを通じて、等電位アイランドを迅速に形成することができ、この等電位アイランドとの距離との電位差は数十万ボルトにもなります。ただし、重要なのは、保護する領域では、すべての導電性部品が大きな電位差なしにほぼ同等または等しい電位を持っていると見なすことができることです。
3 サージプロテクタの設置と機能
サージ保護の電気部品は、応答特性の点でソフトとコンプレックスに分けられます。ハードレスポンス特性を持つ放電素子には、ガス放電管と放電ギャップ放電器があり、アークチョッピング技術に基づく角スパークギャップまたは同軸放電スパークギャップのいずれかです。ソフトレスポンス特性に属する放電素子には、バリスタとサプレッサーダイオードが含まれます。(当社のサージプロテクタは応答が弱いです。これらの部品の違いは、放電能力、応答特性、残留電圧です。これらのコンポーネントには長所と短所があるため、人々はそれらを特別な保護回路に組み合わせて、長所を促進し、短所を回避します。民間の建物で一般的に使用されるサージプロテクタは、主に放電ギャップタイプの避雷器とバリスタタイプの避雷器です。
雷電流と雷後電流には、非常に強力な放電器が必要です。等電位ボンディングシステムを介して雷電流を接地装置に伝導するには、アークチョッピング技術に従って角スパークギャップを備えた電流避雷器を使用することをお勧めします。50kAを超える10/350μsのパルス電流を流し、自動アーク消火を実現できるのはそれだけです。この製品アプリケーションの定格電圧は400Vに達する可能性があります。また、短絡電流が4kAになっても定格125Aのヒューズが切れることはありません。
その優れた性能により、保護エリアに設置された機器や機器の中断のない動作特性が大幅に向上します。ただし、高振幅の電流を処理できるだけでなく、さらに重要なことに、電流のパルス形式が決定的な役割を果たすことを指摘する必要があります。両方を同時に考慮する必要があります。したがって、角スパークギャップは最大100kAの電流を伝導することもできますが、そのパルス形式は短くなります(8 /80μs)。このようなパルスはインパルス電流パルスであり、1992年10月までは電流避雷器の開発のための設計基礎でした。
雷電流アレスタは良好な放電容量を持っていますが、常に欠点があります:その残留電圧は2.5~3.5kVと高いです。そのため、雷電流避雷器を全体として設置する場合は、他の避雷器と組み合わせて使用する必要があります。
このような製品には、主にリミッターMB、リミッターNB-B、リミッターG-B、アジアブラウンボファリー(ABB)会社のリミテッドGN-Bが含まれます。DEHNportMaxi(10 /350μs、50kA /フェーズ)、DEHNport255(10 /350μs、75kA /フェーズ);ドイツPHOENIXアングルスパークギャップ:FLT60-400(10 /350μs、60kA相)、FLT25-400(10 /350μs、25kA相);シュナイダーのPRF1サージプロテクタ。MOELLERのVBFシリーズ。
バリスタは、直列および並列の多数の双方向サプレッサダイオードとして機能し、電圧依存抵抗器のように機能します。電圧が指定された電圧を超えると、バリスタは電気を通すことができます。電圧が規定電圧より低い場合、バリスタは電気を通しません。このようにして、バリスタは完璧な電圧制限の役割を果たすことができます。バリスタは非常に高速に動作し、応答時間はナノ秒の短い範囲です。
電源に一般的に使用されるバリスタは、40kA8 / 20usパルスの制限で電流を伝導できるため、電源の2段目の放電器に非常に適しています。しかし、雷電流アレスタとしては理想的ではありません。国際電子技術委員会の文献IEC1024-1には、処理する電荷量は10/350μsと記載されており、これは8/20μsパルスの場合の電荷量の20倍に相当します。
( 10/350) μs=20xQ(8/20) μs
この式から、放電電流の振幅だけでなく、パルス形状にも注意を払うことが不可欠であることがわかります。バリスタの欠点は、経年劣化しやすく、静電容量が大きいことです。さらに、ダイオード素子は破壊されます。ほとんどの場合、PN接合が過負荷になると短絡が発生するため、負荷の頻度にもよりますが、バリスタは漏れ電流を引き始め、測定データの感度に欠けるテスト回路にエラーを引き起こす可能性があります。同時に、特に高定格電圧では、コース内で強烈な熱が発生します。
バリスタの大容量化により、信号伝送ラインでの使用が不可能なケースが多いです。静電容量とワイヤインダクタンスは、信号を大幅に減衰させるローパス回路を形成します。しかし、約30kHz未満の減衰はごくわずかです。このような製品には、主にABBのLimitor V、Limited VTS、Limitor VE、Limitor VETS、LimitorGE-Sが含まれます。シュナイダーのPRDシリーズ交換可能なサージプロテクタ。MOELLERのVR7シリーズ、VS7シリーズ製品。ドイツDEHNのDEHNguard385(8 /20μs、40kAフェーズ)、DEHNguard275(8 /20μs、40kAフェーズ)。VAL-MS400ST(8/20μs、40kA相)、VAL-ME400ST/FM(8/20μs、40kA/相)、PHOENIX、ドイツ;Ma Shen DB30-4A/B(8/20μs、30kA/相)、DB40-4A/B(8/20μs、40kA相)。
4 過電圧保護方式に従ってサージプロテクタを取り付けます
技術的な設置条件に従って単一の保護要素または統合された複合保護回路を含むアセンブリ(レール取り付けタイプ、電源ソケットタイプ、アダプタ)は、ディスチャージャーと呼ばれます。
ほとんどの場合、過電圧保護は少なくとも2つのレベルに分ける必要があります。たとえば、1 つのレベルのセキュリティのみを含む各避雷器は、電源の異なる場所に設置できます。同じ避雷器にも、複数のレベルの保護がある場合があります。適切な過電圧保護を達成するためには、人々は、干渉電圧保護ゾーンのシリアル番号が高くなるまで、雷保護ゾーン0過電圧保護ゾーン1から3まで、この保護範囲を含む、さまざまな電磁両立性部門の範囲を保護する必要があります。電磁両立性保護ゾーン0〜3は、高エネルギー結合による機器の損傷を避けるために設定されています。シリアル番号の大きい電磁両立性保護は、情報の歪みや損失を防ぐために設定されています。保護ゾーン番号が大きいほど、予想される外乱エネルギーと外乱電圧レベルは低くなります。保護が必要な電気電子機器は、非常に効果的な保護リングに取り付けられています。このような保護リングは、単一の電子機器、複数の種類の電子機器があるスペース、または建物全体が通過するものに使用できます。通常、スペースシールドされた保護リングを備えたワイヤは、保護サークルの周辺機器と同時に電圧保護アレスタに接続されます。