近年、科学技術の進歩、家電の技術国家、電子機器の電力要件の改善に伴い、そのような電子機器内部の過電圧に非常に敏感な大規模または超大規模集積回路が多数存在するため、電圧による損失が増加しています。このような状況を考慮して、「建物の避雷設計のためのコード」GB50057-94(2000年版)は、第VI章-避雷電磁パルスを追加しました。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セットアップ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コンポーネントの物理的特性には、実際のアプリケーションでは長所と短所があるため、複数の部品を使用した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のパルス電流を流すことができる雷電流避雷器、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、およびパワー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、この製品範囲には、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が示されています。
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、過渡過電圧が瞬間(マイクロ秒またはナノ秒レベル)で発生することです。保護領域内のすべての金属部品間で等電位を達成する必要があります。「等電位とは、避雷が必要なスペースで、避雷装置、建物の金属構造物、外部導体、電気および電気通信機器などを接続するための接続線または過電圧保護装置の使用です。」(「建築物の避雷設計に関する仕様書」)(GB50057-94)。「等電位ボンディングの目的は、避雷が必要なスペース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)。「建物の避雷設計コード」(GB50057-94)は、「第3.1.2条避雷装置を備えた建物の場合、避雷装置を建物内の他の施設や人から隔離できない場合は、等電位ボンディングを採用する必要があります。」この等電位ボンディングネットワークを確立する際には、情報を交換する必要の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の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の長さに関連しており、ワイヤの断面積とはほとんど関係がありません。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接続することが理論的に可能です。装置と同じ金属板に接続されています。金属板の概念に基づいて、等電位ボンディングシステムを後付けするときに、ライン、スター、またはメッシュ構造を使用できます。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、その存在時間がわずか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、一時的な過電圧が存在する場合に、保護領域内のすべての導電性部品間に等電位を短時間確立することです。このような導電性要素には、電気回路内の電力線も含まれます。したがって、特に静電気放電の場合、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装置により、等電位島を迅速に形成することができ、この等電位島の遠方への電位差は数十万ボルトにもなる可能性があります。ただし、重要なことは、保護される領域では、すべての導電性部品が、大きな電位差なしにほぼ等しいまたは等しい電位を持つと見なすことができるということです。
3 サージプロテクタの設置と機能
サージ保護電気部品は、応答特性の点でソフトと複雑に分けられます。ハードレスポンス特性を持つ放電要素には、ガス放電管と放電ギャップ放電器、アークチョッピング技術に基づく角度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が含まれます。ソフト応答特性に属する放電素子としては、バリスタやサプレッサダイオードが挙げられる。(当社のサージプロテクタは弱い応答です。これらの部品の違いは、放電能力、応答特性、および残留電圧です。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、弱点を回避します。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。
雷電流と落雷後の電流には、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、角火花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。それだけが50kAより大きい10 /350μsパルス電流を伝導し、自動アーク消火を実現することができます。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。さらに、この避雷器は、短絡電流が125kAになったときに定格4Aのヒューズを溶断させません。
その優れた性能により、保護区域に設置された機器や機器の中断のない作業特性が大幅に向上します。しかしながら、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、電流のパルス形態が決定的な役割を果たすことを指摘すべきである。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の電流を流すことができますが、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月までは現在の避雷器の開発の設計基礎でした。
雷電流アレスタは良好な放電容量を持っていますが、それは常に欠点を持っています:その残留電圧は2.5~3.5kVと高いです。したがって、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/ 相), DEHNport255 (10/350μs, 75kA/ 相);ドイツフェニックスアングルスパークギャップ:FLT60-400(10 /350μs、60kAフェーズ)、FLT25-400(10 / 350μs、25kAフェーズ);シュナイダーのPRF1サージプロテクタ。モラーのVBFシリーズ。
バリスタは、直列および並列の多く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、応答時間はナノ秒台前半です。
電源で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流すことができるため、電源の2段目の放電に非常に適しています。しかし、それは雷電流避雷器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書IEC1024-1には、処理される電荷量が10/350μsであり、これは8/20μsパルスの場合の電荷量の20倍に相当すると記録されています。
( 10/350) μs=20xQ(8/20) μs
この式から、放電電流の振幅だけでなく、パルス形態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、ダイオード素子が破壊されます。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、負荷の頻度によっては、バリスタがリーク電流を流し始め、測定データに敏感でない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。
バリスタは静電容量が大きいため、信号伝送ラインでの使用が不可能な場合が多いです。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のリミッターV、リミテッドVTS、リミッターVE、リミッターVETS、リミッターGE-Sが含まれます。シュナイダーのPRDシリーズの交換可能なサージプロテクタ。モラーの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) フェニックス, ドイツ;馬シェンDB30-4A / B(8 /20μs、30kA /相)、DB40-4A / B(8 /20μs、40kA フェーズ)。
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統合された単一の保護要素または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、アダプター)は、放電器と呼ばれます。
ほとんどすべての場合の過電圧保護は、少なくとも2つのレベルに分割する必要があります。たとえば、1 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実現するには、雷保護ゾーン0の過電圧保護ゾーン1から3までを含む、干渉電圧保護ゾーンのシリアル番号が高くなるまで、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回避するために設定されています。より大きなシリアル番号による電磁両立性保護は、情報の歪みや損失を防ぐために設定されています。保護ゾーン番号が高いほど、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、複数の電子機器タイプの機器があるスペース、または建物全体が通過することさえできます。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避雷器に接続されます。
ただし、現代の技術レベルで10 /350μsのパルス電流を流すことができる雷電流避雷器、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、およびパワー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、この製品範囲には、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が示されています。
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、過渡過電圧が瞬間(マイクロ秒またはナノ秒レベル)で発生することです。保護領域内のすべての金属部品間で等電位を達成する必要があります。「等電位とは、避雷が必要なスペースで、避雷装置、建物の金属構造物、外部導体、電気および電気通信機器などを接続するための接続線または過電圧保護装置の使用です。」(「建築物の避雷設計に関する仕様書」)(GB50057-94)。「等電位ボンディングの目的は、避雷が必要なスペース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)。「建物の避雷設計コード」(GB50057-94)は、「第3.1.2条避雷装置を備えた建物の場合、避雷装置を建物内の他の施設や人から隔離できない場合は、等電位ボンディングを採用する必要があります。」この等電位ボンディングネットワークを確立する際には、情報を交換する必要の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の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の長さに関連しており、ワイヤの断面積とはほとんど関係がありません。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接続することが理論的に可能です。装置と同じ金属板に接続されています。金属板の概念に基づいて、等電位ボンディングシステムを後付けするときに、ライン、スター、またはメッシュ構造を使用できます。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、その存在時間がわずか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、一時的な過電圧が存在する場合に、保護領域内のすべての導電性部品間に等電位を短時間確立することです。このような導電性要素には、電気回路内の電力線も含まれます。したがって、特に静電気放電の場合、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装置により、等電位島を迅速に形成することができ、この等電位島の遠方への電位差は数十万ボルトにもなる可能性があります。ただし、重要なことは、保護される領域では、すべての導電性部品が、大きな電位差なしにほぼ等しいまたは等しい電位を持つと見なすことができるということです。
3 サージプロテクタの設置と機能
サージ保護電気部品は、応答特性の点でソフトと複雑に分けられます。ハードレスポンス特性を持つ放電要素には、ガス放電管と放電ギャップ放電器、アークチョッピング技術に基づく角度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が含まれます。ソフト応答特性に属する放電素子としては、バリスタやサプレッサダイオードが挙げられる。(当社のサージプロテクタは弱い応答です。これらの部品の違いは、放電能力、応答特性、および残留電圧です。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、弱点を回避します。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。
雷電流と落雷後の電流には、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、角火花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。それだけが50kAより大きい10 /350μsパルス電流を伝導し、自動アーク消火を実現することができます。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。さらに、この避雷器は、短絡電流が125kAになったときに定格4Aのヒューズを溶断させません。
その優れた性能により、保護区域に設置された機器や機器の中断のない作業特性が大幅に向上します。しかしながら、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、電流のパルス形態が決定的な役割を果たすことを指摘すべきである。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の電流を流すことができますが、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月までは現在の避雷器の開発の設計基礎でした。
雷電流アレスタは良好な放電容量を持っていますが、それは常に欠点を持っています:その残留電圧は2.5~3.5kVと高いです。したがって、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/ 相), DEHNport255 (10/350μs, 75kA/ 相);ドイツフェニックスアングルスパークギャップ:FLT60-400(10 /350μs、60kAフェーズ)、FLT25-400(10 / 350μs、25kAフェーズ);シュナイダーのPRF1サージプロテクタ。モラーのVBFシリーズ。
バリスタは、直列および並列の多く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、応答時間はナノ秒台前半です。
電源で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流すことができるため、電源の2段目の放電に非常に適しています。しかし、それは雷電流避雷器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書IEC1024-1には、処理される電荷量が10/350μsであり、これは8/20μsパルスの場合の電荷量の20倍に相当すると記録されています。
( 10/350) μs=20xQ(8/20) μs
この式から、放電電流の振幅だけでなく、パルス形態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、ダイオード素子が破壊されます。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、負荷の頻度によっては、バリスタがリーク電流を流し始め、測定データに敏感でない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。
バリスタは静電容量が大きいため、信号伝送ラインでの使用が不可能な場合が多いです。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のリミッターV、リミテッドVTS、リミッターVE、リミッターVETS、リミッターGE-Sが含まれます。シュナイダーのPRDシリーズの交換可能なサージプロテクタ。モラーの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) フェニックス, ドイツ;馬シェンDB30-4A / B(8 /20μs、30kA /相)、DB40-4A / B(8 /20μs、40kA フェーズ)。
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統合された単一の保護要素または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、アダプター)は、放電器と呼ばれます。
ほとんどすべての場合の過電圧保護は、少なくとも2つのレベルに分割する必要があります。たとえば、1 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実現するには、雷保護ゾーン0の過電圧保護ゾーン1から3までを含む、干渉電圧保護ゾーンのシリアル番号が高くなるまで、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回避するために設定されています。より大きなシリアル番号による電磁両立性保護は、情報の歪みや損失を防ぐために設定されています。保護ゾーン番号が高いほど、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、複数の電子機器タイプの機器があるスペース、または建物全体が通過することさえできます。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避雷器に接続されます。