SPD หมายถึงอะไร?

SPD ย่อมาจาก Surge Protection Device (อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก)

เป็นอุปกรณ์ที่ปกป้องการติดตั้งระบบไฟฟ้าและอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อภายในทรัพย์สิน เช่น ตู้ควบคุมไฟฟ้า สายไฟและเต้ารับทั้งหมด ไฟ ฯลฯ จาก 'ไฟกระชาก' ทางไฟฟ้าที่เรียกว่าแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วขณะ

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) หรือเรียกอีกอย่างว่า Surge protector เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ให้การป้องกันความปลอดภัยสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เครื่องมือ และสายสื่อสารต่างๆ เมื่อกระแสไฟหรือแรงดันไฟฟ้าพุ่งสูงขึ้นอย่างกะทันหันในวงจรไฟฟ้าหรือวงจรสื่อสารเนื่องจากการรบกวนภายนอก อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากสามารถนำไฟฟ้าและชัตดาวน์ได้ในเวลาอันสั้นมาก เพื่อป้องกันไฟกระชากไม่ให้สร้างความเสียหายให้กับอุปกรณ์อื่นๆ ในวงจร

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) เป็นอุปกรณ์ที่ขาดไม่ได้ในการป้องกันฟ้าผ่าของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ หน้าที่ของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากคือการจำกัดแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วขณะที่แทรกซึมเข้าไปในสายไฟและสายส่งสัญญาณภายในช่วงแรงดันไฟฟ้าที่อุปกรณ์หรือระบบสามารถทนได้ ปกป้องอุปกรณ์หรือระบบที่ได้รับการปกป้องจากการกระแทกและความเสียหาย SPD เหมาะสำหรับระบบจ่ายไฟ AC 50/60HZ

ประเภทของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก

มี SPD หลายประเภทตามมาตรฐาน IEC/EN 61643-11 จัดประเภทดังนี้:

- Type 1 / Class I / Class B
- Type 1+2 / Class I+II / Class B+C
- Type 2 / Class II / Class C
- Type 2+3 / Class II+III / Class C+D
- Type 3 / Class III / Class D

พารามิเตอร์หลัก

1. แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด Un: แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดของระบบที่ได้รับการป้องกันตรงกัน พารามิเตอร์นี้ระบุประเภทของตัวป้องกันที่ควรเลือก ซึ่งจะระบุค่าที่มีประสิทธิภาพของแรงดันไฟฟ้า AC หรือ DC

2. แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด Uc: ค่าที่มีประสิทธิภาพสูงสุดของแรงดันไฟฟ้าที่สามารถใช้กับปลายทางที่กำหนดของตัวป้องกันได้เป็นเวลานานโดยไม่ทำให้ลักษณะของตัวป้องกันเปลี่ยนแปลงและเปิดใช้งานองค์ประกอบการป้องกัน

3. กระแสไฟปล่อยที่กำหนด In: ค่าสูงสุดของกระแสไฟกระชากที่ตัวป้องกันสามารถทนได้เมื่อใช้คลื่นฟ้าผ่ามาตรฐานที่มีรูปคลื่น 8/20μs กับตัวป้องกัน 10 ครั้ง

4. กระแสไฟปล่อยสูงสุด Imax: เมื่อใช้คลื่นฟ้าผ่ามาตรฐานที่มีรูปคลื่น 8/20μs กับตัวป้องกันสำหรับการกระแทกหนึ่งครั้ง ค่าสูงสุดของกระแสไฟกระชากที่ตัวป้องกันสามารถทนได้

5. ระดับการป้องกันแรงดันไฟฟ้า Up: ค่าสูงสุดของตัวป้องกันในการทดสอบต่อไปนี้: ความชัน 1KV/μs ของแรงดันไฟฟ้าแฟลชโอเวอร์; แรงดันไฟฟ้าตกค้างของกระแสไฟปล่อยที่กำหนด

6. เวลาตอบสนอง tA: ส่วนใหญ่สะท้อนถึงความไวในการทำงานและเวลาที่พังทลายขององค์ประกอบการป้องกันพิเศษในตัวป้องกัน การเปลี่ยนแปลงในช่วงเวลาหนึ่งขึ้นอยู่กับความชันของ du/dt หรือ di/dt

Type 1 SPD

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก Type 1 มีไว้สำหรับการติดตั้งระหว่างทุติยภูมิของหม้อแปลงไฟฟ้าบริการและด้านสายของอุปกรณ์บริการกระแสเกิน รวมถึงด้านโหลด รวมถึงตัวเรือนซ็อกเก็ตมิเตอร์วัดวัตต์-ชั่วโมง และมีไว้สำหรับการติดตั้งโดยไม่มีอุปกรณ์ป้องกันกระแสเกินภายนอก

อุปกรณ์ Type 1 ได้รับการจัดอันดับแบบคู่สำหรับการใช้งาน Type 2 เช่นกัน โดยให้คะแนนสูงสุดสำหรับการติดตั้งที่ทางเข้าบริการ

Type 1 SPD สามารถปล่อยกระแสฟ้าผ่าด้วยรูปคลื่น 10/350 μs จะติดตั้งในแผงจ่ายไฟหลักที่ต้นกำเนิดของการติดตั้งระบบไฟฟ้า

Type 1 SPD ไม่ได้ให้ระดับการป้องกันที่ต้องการในตัวมันเอง และต้องใช้ร่วมกับอุปกรณ์ Type 2 ที่ประสานกัน การติดตั้งที่มีระบบป้องกันฟ้าผ่าจะต้องใช้ Type 1 SPD

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก Type 1 ได้รับการพัฒนาให้เป็นโซลูชันที่ดีที่สุดที่มีอยู่เพื่อป้องกันทางเข้าบริการ ณ สถานที่อุตสาหกรรม โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับผู้ที่มีระบบป้องกันฟ้าผ่าที่มีอยู่หรือการใช้งานกรงแบบตาข่าย

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก Type 1 มีประโยชน์อย่างยิ่งในพื้นที่ที่มีความหนาแน่นของฟ้าผ่าสูง ซึ่งมีความเสี่ยงสูงต่อกระแสไฟกระชากหนักหรือแม้แต่การโจมตีโดยตรง (เช่น อาคารที่ติดตั้งเสาล่อฟ้า)

Type 1 SPD มีลักษณะเฉพาะด้วยรูปคลื่นกระแสฟ้าผ่า 10/350 µs และติดตั้งที่เบรกเกอร์วงจรหลักของศูนย์โหลด เช่น แผงจ่ายไฟหลัก

Type 1+2 SPD

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก Type 1+2 สามารถป้องกันการติดตั้งระบบไฟฟ้าทั้งหมดจากการถูกฟ้าผ่าได้โดยการปล่อยกระแสไฟที่เกิดจากไฟกระชากจากฟ้าผ่าและป้องกันไม่ให้แพร่กระจายไปยังอุปกรณ์

Type 1+2 SPD มีลักษณะเฉพาะด้วยรูปคลื่นกระแสฟ้าผ่า 10/350 µs และ 8/20 µs

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก Type 1+2 ติดตั้งที่ต้นกำเนิดของการติดตั้ง AC ที่ติดตั้ง LPS

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก Type 1+2 ใช้วงจร Metal Oxide Varistor (MOV) และ/หรือ Gas Discharge Tube (GDT) เพื่อป้องกันอุปกรณ์ไฟฟ้าจากไฟกระชากในกระแสไฟสลับ

Type 1+2 SPD ได้รับการออกแบบให้เชื่อมต่อในรูปแบบหลายขั้วเพื่อป้องกันเครือข่าย AC แบบเฟสเดียว, 3 เฟส และ 3 เฟส + เป็นกลาง และสำหรับระบบจ่ายไฟ TN-C, TN-S, TN-C-S TT และ IT

Type 2 SPD

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก Type 2 มีไว้สำหรับการติดตั้งที่ด้านโหลดของอุปกรณ์บริการกระแสเกิน รวมถึง SPDs ที่อยู่ในแผงสาขา

Type 2 SPD สามารถปล่อยคลื่นกระแส 8/20 μs ได้ ซึ่งสามารถป้องกันความเสียหายของแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วขณะในการติดตั้งระบบไฟฟ้าและปกป้องอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อกับอุปกรณ์นั้น

โดยปกติจะใช้อุปกรณ์เทคโนโลยี metal oxide varistor (MOV) อุปกรณ์นี้จะติดตั้งในแผงย่อยและในแผงจ่ายไฟหลักหากไม่มีข้อกำหนดสำหรับอุปกรณ์ Type 1

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก Type 2 มีลักษณะเฉพาะด้วยรูปคลื่นกระแสฟ้าผ่า 8/20 µs

Type 2 SPD ได้รับการออกแบบให้ติดตั้งที่ทางเข้าบริการของระบบแรงดันไฟฟ้าต่ำหรือใกล้กับอุปกรณ์ที่ละเอียดอ่อนเพื่อป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วขณะ

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก Type 2 สำหรับการใช้งานแรงดันไฟฟ้าใช้งานที่กำหนด (50/60Hz) Un = 120V 230V 400V ac และสำหรับการใช้งานแรงดันไฟฟ้าใช้งานต่อเนื่องสูงสุด (50/60Hz) Uc = 150V 275V 320V 385V 440V ac

Type 2 SPD โดยทั่วไปจะติดตั้งในตู้ควบคุมย่อยหรือเครื่องจักร สำหรับใช้ภายในอาคารหรือติดตั้งในกล่องกันน้ำสำหรับใช้ภายนอกอาคาร

Type 2+3 SPD

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก Type 2+3 โดยปกติจะติดตั้งก่อนอุปกรณ์ที่ได้รับการป้องกัน

Type 2+3 SPD มีลักษณะเฉพาะด้วยคลื่นกระแส (8/20 μs) และการรวมกันของคลื่นแรงดันไฟฟ้า (1.2/50 μs)

พารามิเตอร์ทางเทคนิคโดยปกติคือกระแสไฟปล่อยที่กำหนด (8/20 μs) In และแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด (1.2/50 μs) Uoc

Type 3 SPD

SPDs เหล่านี้มีความจุในการปล่อยต่ำ ดังนั้นจึงต้องติดตั้งเป็นส่วนเสริมของ Type 2 SPD เท่านั้น และในบริเวณใกล้เคียงกับโหลดที่ละเอียดอ่อน

Type 3 SPD มีลักษณะเฉพาะด้วยการรวมกันของคลื่นแรงดันไฟฟ้า (1.2/50 μs) และคลื่นกระแส (8/20 μs) และกระแสโหลด IL

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก Type 3 โดยปกติจะติดตั้งก่อนอุปกรณ์ที่ได้รับการป้องกัน

Type 3 SPD โดยทั่วไปจะติดตั้งใกล้กับโหลดที่ได้รับการป้องกัน เพื่อปกป้องอุปกรณ์ที่ละเอียดอ่อนสำหรับ 24V 48V 60V 120V 230V โดยประสานงานกับการติดตั้ง Type 2 surge arrester

Arresters ที่ผ่านการทดสอบและพบว่าอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก AC Type 3 มีไว้สำหรับการติดตั้งใกล้กับอุปกรณ์ที่ละเอียดอ่อน โดยประสานงานกับการติดตั้ง Type 2 surge arrester

ส่วนประกอบหลัก

1. ช่องว่างประกายไฟ

โดยทั่วไปประกอบด้วยแท่งโลหะสองแท่งที่สัมผัสกับอากาศโดยมีช่องว่างบางอย่างคั่นอยู่ แท่งโลหะหนึ่งแท่งเชื่อมต่อกับสายเฟสไฟ L1 หรือสายกลาง (N) ของอุปกรณ์ป้องกันที่ต้องการ แท่งโลหะอีกแท่งหนึ่งเชื่อมต่อกับสายดิน (PE) การเชื่อมต่อเฟส เมื่อเกิดไฟกระชากทันทีทันใด ช่องว่างจะพังทลายลง และส่วนหนึ่งของประจุไฟฟ้าเกินจะถูกนำเข้าสู่พื้นดิน หลีกเลี่ยงการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าบนอุปกรณ์ที่ได้รับการป้องกัน ระยะห่างระหว่างแท่งโลหะสองแท่งในช่องว่างประกายไฟสามารถปรับได้ตามต้องการ และโครงสร้างค่อนข้างง่าย แต่ข้อเสียคือประสิทธิภาพในการดับอาร์คไม่ดี ช่องว่างประกายไฟที่ได้รับการปรับปรุงคือช่องว่างเชิงมุม ฟังก์ชันการดับอาร์คดีกว่าแบบเดิม อาศัยกำลังไฟฟ้า F ของวงจรและผลกระทบที่เพิ่มขึ้นของการไหลของอากาศร้อนเพื่อดับอาร์ค

2. ท่อระบายก๊าซ (GDT)

ท่อระบายก๊าซ (GDT) ประกอบด้วยแผ่นลบเย็นสองคู่ที่แยกจากกันและห่อหุ้มในหลอดแก้วหรือหลอดเซรามิกที่บรรจุด้วยก๊าซเฉื่อยบางชนิด (Ar) เพื่อปรับปรุงความน่าจะเป็นในการทริกเกอร์ของท่อระบาย จะมีสารช่วยทริกเกอร์ในท่อระบาย ท่อระบายที่บรรจุก๊าซนี้มีสองขั้วและสามขั้ว

3. Metal oxide varistor (MOV)

เป็นสารกึ่งตัวนำโลหะออกไซด์ที่มีความต้านทานแบบไม่เป็นเชิงเส้น โดยมี ZnO เป็นส่วนประกอบหลัก เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับปลายทั้งสองถึงค่าหนึ่ง ความต้านทานจะไวต่อแรงดันไฟฟ้ามาก หลักการทำงานของมันเทียบเท่ากับการเชื่อมต่อแบบอนุกรม-ขนานของ P-Ns กึ่งตัวนำหลายตัว

4. ไดโอด Transient voltage suppression (TVS)

ไดโอด TVS มีฟังก์ชันในการหนีบและจำกัดแรงดันไฟฟ้า ทำงานในโซนพังทลายแบบย้อนกลับ เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าหนีบต่ำและการตอบสนองที่รวดเร็ว จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้เป็นระดับสุดท้ายของส่วนประกอบป้องกันในวงจรป้องกันหลายระดับ

5. ขดลวด

ขดลวดเป็นอุปกรณ์ปราบปรามการรบกวนโหมดทั่วไปที่มีเฟอร์ไรต์เป็นแกนกลาง ประกอบด้วยขดลวดสองขดที่มีขนาดเท่ากันและจำนวนรอบเท่ากัน พันกันอย่างสมมาตรบนแกนเฟอร์ไรต์แบบวงแหวนเดียวกัน ซึ่งก่อให้เกิดอุปกรณ์สี่ขั้ว ต้องปราบปรามการเหนี่ยวนำขนาดใหญ่ของสัญญาณโหมดทั่วไป ในขณะที่การเหนี่ยวนำการรั่วไหลขนาดเล็กสำหรับสัญญาณโหมดดิฟเฟอเรนเชียลแทบจะไม่มีผลกระทบ การใช้ขดลวดในสายสมดุลสามารถปราบปรามสัญญาณรบกวนโหมดทั่วไป (เช่น การรบกวนจากฟ้าผ่า) ได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่ส่งผลกระทบต่อการส่งสัญญาณโหมดดิฟเฟอเรนเชียลตามปกติบนสาย

อะไรคือความแตกต่างระหว่างอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก Type 1, Type 2 และ Type 3?

SPD Type 1 ให้การป้องกันหลักจากไฟกระชากระดับสูงที่เกิดจากการถูกฟ้าผ่าโดยตรง มักจะใส่ในแผงจ่ายไฟหลักเพื่อปกป้องระบบไฟฟ้าทั้งหมดของอาคาร

SPD Type 2 ให้การป้องกันระดับรอง ส่วนใหญ่ของไฟกระชากทั่วไปที่เกิดจากการสลับไฟฟ้าหรือฟ้าผ่าใกล้เคียงสามารถป้องกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งติดตั้งที่แผงย่อยหรือแผงไฟฟ้า

SPD Type 3 ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อปกป้องอุปกรณ์ปลายทางเฉพาะ ควรติดตั้งใกล้กับโหลดที่ละเอียดอ่อนเพื่อเสริม SPD Type 2

โดยรวมแล้ว การเลือกประเภท SPD ที่เหมาะสมจะขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ รวมถึงตำแหน่งการติดตั้ง กระแสไฟปล่อยสูงสุด ระดับการป้องกันแรงดันไฟฟ้า และการใช้งาน

สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าการใช้งานจริงของแต่ละประเภทสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามข้อกำหนดเฉพาะของสิ่งอำนวยความสะดวกหรืออุปกรณ์ที่ต้องได้รับการปกป้อง