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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 번개로부터 전원 공급 장치 보호. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
무선 전자 및 전기 공학 백과사전 / 네트워크의 비상 작동으로부터 장비 보호 낙뢰 방전으로 인한 충격으로부터 장비를 보호하기 위해 작동 조건으로 인해 끌 수 없는 통신 및 보안 장치와 비디오 감시 시스템에 대한 전원 공급은 요구 사항에 따라 수행됩니다. 일반적으로 네트워크 보호 장치가 내장된 무정전 전원 공급 장치입니다. 그러나 예를 들어, 전원이 켜진 장비를 다차에 두고 소유자에게 통제 구역에 들어오는 승인되지 않은 사람에 대해 알리는 사람들은 어떻게 해야 합니까? 뇌우 발생 시 보안 장치가 손상될 가능성을 줄이려면 네트워크의 고전압 펄스를 급격히 약화시키는 일부 요소를 전원 공급 장치에 보완해야 합니다. 이를 네트워크 간섭이라고 부르겠습니다. 동일한 요소에 의한 간섭 억제 효과는 다양합니다. 이는 첫 번째 기능을 의미합니다. 즉, 보호 장치는 다단계여야 합니다. 보호 장치 설계의 두 번째 특징은 전위가 XNUMX인 도체, 즉 "접지"가 있어야 한다는 것입니다. 이 조건은 전기 배선이 XNUMX선 회로("위상"(L), "제로"(N), "보호 접지"(PE))에 따라 구성된 현대 아파트에서 준수하기 쉽습니다. 전원 공급 장치 네트워크에 보호 접지가 없으면 접지 루프를 직접 만들거나 이를 참아야 합니다. 간섭 억제는 충분히 효과적이지 않습니다. 노이즈가 상선에서 중성선으로 전환되면 만족 스럽습니다. 양호-상선에서 중성선과 별도로 접지선으로, 우수-상선에서 중성선과 접지선으로 별도로, 그리고 또한 XNUMX에서 접지선까지. 번개 방전으로 인해 발생하는 장기간의 강력한 간섭을 감쇠하기 위해 진공 및 가스 충전 피뢰기가 펄스 에너지 흡수 장치로 사용됩니다. 통계에 따르면 이러한 간섭의 비율은 약 20%입니다. 나머지 80%는 단기적이며 보호 회로와 직렬 배리어 요소(초크)에 병렬인 커패시터에 의해 효과적으로 억제됩니다. 병렬로 연결된 흡수 요소(전압 제한기)와 저전력 요소를 직렬로 사용하여 강력한 간섭을 감쇠하는 경우에도 결합 방법이 사용됩니다. 보호 장치에 사용되는 가장 일반적인 전압 제한기의 일반화된 특성이 표에 나와 있습니다.
가스 충전 어레스터는 보호 장치의 설계에 따라 1선식 또는 XNUMX선식 등 XNUMX전극 및 XNUMX전극 버전으로 사용할 수 있습니다. 작동 신뢰성과 최대 펄스 전류 측면에서 이 전압 제한기는 다른 모든 것보다 우수합니다(그림 XNUMX). 이것은 불활성 가스로 채워진 방전 전극이 끝에 있는 원통형 실린더입니다. 스파크 갭의 단점은 가스 이온화를 위한 특정 시간 간격이 필요하기 때문에 다른 보호 요소에 비해 작동 속도가 낮다는 것입니다.
직경 23mm, 길이 230mm의 8전극 스파크 갭 T10-A8X를 생각해 보겠습니다. 이러한 작은 크기에도 불구하고 이 보호 요소는 20/20μs(에지/하강)의 다중 단일 펄스에서 최대 1kA의 피크 방전 전류를 허용하거나 10의 교류 방전 전류 및 50초 동안 1Hz의 주파수를 견딥니다. 이러한 보호 효율성은 그림 10에 설명된 피뢰기의 특수 설계로 보장됩니다. 초기 상태에서 저항은 XNUMXΩ을 초과합니다. 방전 갭의 전압이 가스의 이온화를 일으킬 수 있는 전계 강도를 생성하면 전기 방전이 발생하고 그 결과 스파크 갭의 저항이 급격히 감소합니다. 펄스가 끝나면 불활성 가스가 절연 특성을 복원합니다. 방전 갭의 항복 전압은 전극의 크기와 디자인, 그리고 충전 가스의 특성(구성 및 압력)에 의해 결정됩니다. 전극과 그 사이의 세라믹 절연체를 특수 복합 코팅하여 방사율을 활성화합니다. 중앙 전극의 링 모양은 끝 전극 1과 2의 표면을 최대한 활용할 수 있도록 하여 전류 전달 표면의 침식 없이 큰 방전 전류를 제공합니다. 가파른 전면(1kV/μs 이상)의 간섭으로 인한 응답 지연을 보상하기 위해 다단계 보호 장치의 어레스터는 일반적으로 펄스 간섭 에너지의 일부를 흡수하는 배리스터와 보호 다이오드로 보완됩니다. 전기 네트워크에 나타나는 초기 순간 . 금속 산화물 배리스터는 대칭형 제너 다이오드와 유사합니다. 인가 전압의 특정 임계값을 초과하면 요소의 저항이 급격히 떨어집니다. 배리스터의 분류 전압은 주전원 전압의 최대 진폭을 5% 이상 초과해야 합니다. 예를 들어, 주전원 전압 220V에서 20%(264V)만큼 허용되는 최대 증가는 374V의 진폭에 해당합니다. 따라서 배리스터의 분류 전압은 최소 393V여야 합니다. 배리스터를 사용하는 경우, 표준 분류 전압이 390B인 많은 산업적으로 제조된 보호 장치와 마찬가지로 이 매개변수의 허용되는 기술적 오류로 인해 보호 장치가 손상될 위험이 있습니다. 따라서 분류전압을 조금 더 높여서 사용하는 것이 좋으며, 배리스터는 파괴되지 않고 흡수할 수 있는 최대 펄스 에너지가 일정한 것도 특징입니다. 이 특성은 축적되는 성질을 가지고 있습니다. 이는 장치가 매개변수를 저하시키지 않고 특정 최대 허용 에너지로 단일 펄스를 흡수하거나 더 낮은 에너지로 특정 수의 펄스를 흡수할 수 있음을 의미합니다. 예를 들어, 직경 20mm의 금속 산화물 배리스터는 최대 허용 에너지가 410J인 펄스 또는 10J의 에너지로 40개의 펄스를 흡수합니다. 배리스터가 의도한 자원을 모두 소모한 후에는 분류 전압이 약간 증가합니다. 그런 다음 후속 펄스마다 급격히 감소하기 시작하여 결과적으로 배리스터가 "소진"됩니다. 따라서 외관상 약간의 성능 저하(도색이 어두워지는 현상)가 나타나면 교체해야 합니다. 폐쇄형 서지 보호기 내부에 위치한 배리레이터의 기술적 상태를 모니터링해야 한다는 점은 단점입니다. 제너 다이오드와 같은 과도 전압 억제 다이오드는 인가 전압이 온-오프 전압 이상으로 증가할 때 매우 빠르게 전도성이 됩니다. 이러한 장치, 특히 무연 장치의 응답 시간은 불과 몇 피코초에 불과합니다. 물론, 리드와 리드 와이어의 인덕턴스는 다이오드의 성능을 감소시키지만, 그럼에도 불구하고 사용된 전압 리미터 중에서는 여전히 가장 높습니다. 단극 보호 다이오드와 전류-전압 특성이 대칭인 보호 다이오드가 모두 있으므로 교류 회로에서 추가 정류 다이오드 없이 사용할 수 있습니다. 가스 충전 어레스터와 달리 매우 높은 전류에서는 보호 다이오드에서 발생하는 전기적 파손이 되돌릴 수 없게 됩니다. 이 요소는 교체되어야 합니다. 국내 및 해외 전기 네트워크의 고전압 펄스로부터 보호하기 위해 산업적으로 제조된 장치는 승인된 국제 표준의 요구 사항을 충족해야 합니다. 국제전기기술위원회(IEC)는 일반적으로 인정되는 용어에 따라 보호 등급 I, II 및 III으로 구분됩니다. 클래스 I 장치는 건물 입구의 전기 에너지 계량기 앞 전기 네트워크를 보호하도록 설계되었습니다. 이러한 장치의 주요 요소는 펄스당 최대 150kA의 강력한 낙뢰 방전을 중화할 수 있는 진공 및 가스 충전 어레스터입니다. 이는 감전 대상 표면에 전류가 확산되는 것을 고려하여 직접적인 낙뢰에 해당합니다. 클래스 II 장치는 바닥 및 작업장 배전반의 충격 소음을 감쇠합니다. 이러한 장치에서 가장 일반적으로 사용되는 보호 요소는 배리스터입니다. 클래스 III 장치는 16A 이하의 전류 소비로 개별 장치를 보호하도록 설계되었습니다. 일반적으로 보호 다이오드로 제작됩니다. 물론 무선 장비의 안전한 작동을 위해 사용자는 별장이나 아파트의 배전망에 산업용 장치를 설치할 수 있지만 이러한 솔루션을 구현하는 것은 재정적으로 어려울 수 있습니다. 네트워크 보호 장치를 직접 제조하는 것이 훨씬 저렴할 것입니다. 저자는 낙뢰 보호 장치의 요구 사항과 실제 구현 방법에 대한 최신 아이디어 분석을 기반으로 다단계 보호 장치를 개발했으며 그 다이어그램은 그림 2에 나와 있습니다. XNUMX.
장치는 전기 플러그를 사용하여 네트워크에 연결됩니다. 접지 접점이 있는 XP1. 퓨즈 링크 FU1, FU2는 XS1 소켓에 연결된 최대 1kW의 부하용으로 설계되었으며, 이 링크가 있으면 보호 장치의 신뢰성이 크게 향상되고 여기에 사용되는 다른 요소의 수명이 연장됩니다. 어레스터 F1을 트리거할 수 없는 단기 간섭은 초크 L2-L4에 의해 감쇠되고 보호 다이오드 VD1에 의해 흡수됩니다. 네트워크 케이블에 배치된 페라이트 실린더도 이러한 간섭을 감쇠하는 데 크게 기여하여 초크 L1이 형성됩니다. 마지막으로 대칭형 단기 네트워크 간섭은 커패시터 C1에 의해 억제되고 비대칭 C2 및 C3에 의해 억제됩니다. 낙뢰 방전으로 인해 발생하는 지속적인 네트워크 간섭의 전면은 주로 보호 다이오드 VD1 및 배리스터 RU1-RU3에 의해 억제됩니다. 250ns 후에 스위치 온 스파크 갭 F1은 간섭을 자체적으로 전환하고 트립된 퓨즈 링크 FU1, FU2는 심각한 결과가 발생할 때까지 장비의 전원 공급 장치를 네트워크에서 분리합니다. 네트워크 필터의 보호 요소에 의해 방출되는 임펄스 노이즈의 에너지는 열의 형태로 방출되며 요소의 온도는 200°C 이상에 도달할 수 있습니다. 따라서 화재 안전상의 이유로 장치 본체는 금속으로만 제작되어야 합니다. 플러그의 접지 접점에서 하우징을 와이어에 연결합니다. XP1은 네트워크 케이블이 필터 하우징에 입력되는 바로 근처에서 수행됩니다. XS1 소켓은 장치 인쇄 회로 기판 도면에 표시된 해당 접촉 패드에 짧은 전선으로 연결됩니다(그림 3).
보드의 사진이 그림에 나와 있습니다. 넷.
인쇄 회로 기판은 두께 1,5mm의 단면 호일 코팅 유리 섬유 라미네이트로 만들어졌습니다. 보드의 보호 요소를 접지하는 인쇄된 도체를 납땜으로 벗겨 단면적을 늘려 1~1,5mm 높이의 비드를 만듭니다. 네트워크 케이블은 단면적이 1mm2 이상인 전선과 함께 사용됩니다. 페라이트 실린더가 그 위에 놓입니다. K18*9x30mm(그림 4의 왼쪽 참조). 외국 제조업체는 다양한 장치를 컴퓨터에 연결하기 위해 케이블에 이러한 실린더를 설치합니다. 초크 L2 및 L3은 함께 접힌 두 개의 링 자기 코어에 각각 직경 2mm의 PEV-1 와이어로 감겨 있습니다. 퍼멀로이 MP 27에서 KP15>6-140mm. 권선은 층간 절연 없이 두 개의 전체 층으로 수행되며 저자는 습기 보호를 위해 에나멜로 코팅된 기성 초크를 사용했습니다. 자기 회로를 사용할 수도 있습니다. 컴퓨터의 AT 스위칭 전원 공급 장치에 있는 다중 권선 인덕터의 K28>14-12mm입니다. L4 초크는 M28NM 페라이트로 제작된 K15-10-2000mm 링으로 제작됩니다. 자기 회로의 날카로운 모서리는 줄로 둥글게 처리한 후 광택제를 칠한 천이나 불소수지 테이프로 절연합니다. 각 권선에는 15개의 와이어 회전이 포함되어 있습니다. 직경 2mm의 PEV-1는 설계상의 이유로 리드를 인쇄 회로 기판에 연결하기 쉽도록 권선 중 하나가 다른 권선에 사용되는 방향과 반대 방향으로 감겨 있습니다. 이 경우 자기 회로의 들어오고 나가는 전류에 의해 생성된 필드는 상호 보상되고 이에 따라 자기 포화가 제외됩니다. 인덕터의 올바른 설계는 인덕턴스를 측정하여 확인할 수 있습니다. 이 설계에서 각 권선의 인덕턴스는 270μH입니다. 권선의 출력 끝을 연결하고 입력 인덕턴스를 측정하면 10μH를 초과하지 않습니다. 배리스터 RU1-RU3 - SIOV S20K420. 직경이 20mm이고 분류 전압이 420V인 다른 금속 산화물로 교체할 수 있습니다. 최후의 수단으로 분류 전압이 430V인 동일한 직경의 산화아연을 사용할 수 있습니다. 예를 들어 다음과 같습니다. 제조업체 중 하나인 MYG20K431. K1-3 시리즈의 고전압 커패시터 C78 - C2. 대칭형 보호 다이오드 1,5KE440CA는 동일한 단극성 다이오드(CA 인덱스 없음) 두 개 또는 그 유사체로 교체할 수 있습니다. 이 경우 주 전압 표시기와 보호 다이오드의 서비스 가능성을 표시하여 보호 장치를 보완하는 것이 좋습니다. 장치 작동 중에는 정기적으로, 특히 뇌우가 발생한 날 이후에는 장치의 기술 상태를 모니터링하고 수명이 다한 요소를 즉시 교체해야 합니다. 저자: Kosenko S.
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