Hluboký dopad bleskových přepětí na elektronická zařízení a ochranná opatření

Jak technologie postupuje a elektronická zařízení jsou stále všudypřítomnější, dopad bleskové přepětí o elektronických zařízeních získává stále větší pozornost. Bleskové rázy, které označují přechodná přepětí nebo nadproudy způsobené činností blesku na napájecím nebo signálním vedení, mohou způsobit vážné poškození zařízení. Tento článek zkoumá účinky přepětí na elektronická zařízení a jak se proti nim účinně chránit.

1. Vznik a charakteristika bleskových přepětí

Bleskové rázy se obvykle vyskytují v extrémně krátkém časovém rámci, často v rozsahu mikrosekund nebo dokonce kratším. Tento přechodný jev způsobí, že úrovně napětí a proudu překročí normální provozní úrovně zařízení více než dvojnásobně. Vzhledem k jejich rychlému nástupu a rychlému rozptylu mohou bleskové přepětí způsobit poškození zařízení ve velmi krátké době. Během rázu se kondenzátor vstupního filtru rychle nabíjí, což vede ke špičkovým proudům, které daleko převyšují ustálený vstupní proud, což způsobuje nesmírné zatížení napájecího zdroje a dalších kritických komponent.

2. Účinky bleskových přepětí na elektronická zařízení

• Kolísání napětí a poškození zařízení

Bleskové rázy mohou způsobit vážné kolísání napětí, což vede k abnormálnímu chování elektronických zařízení. Mezi běžné problémy patří: neočekávané zastavení nebo spouštění strojů, časté resetování řídicích systémů a předčasné stárnutí nebo poškození motorů a dalších elektrických součástí v důsledku nadměrných proudových rázů. Kromě toho mohou přepětí vést k poruchám napětí polovodičových zařízení, poškození metalizačních vrstev na součástech nebo dokonce zničení stop a kontaktů desky s plošnými spoji (PCB), což nakonec vede k úplnému selhání zařízení.

• Rušení přenosu dat a zpracování

Kromě poškození hardwaru může zpracování a přenos dat narušit blesková přepětí. To může mít za následek částečné poškození datových souborů, chyby v programech pro zpracování dat a nestabilní příjem nebo přenos komunikačního signálu, což výrazně snižuje spolehlivost a stabilitu systému. V závažných případech může přepětí způsobit dokonce trvalé selhání zařízení.

• Snížená životnost zařízení

Opakované nárazy blesků urychlují stárnutí vnitřních součástí a výrazně zkracují celkovou životnost zařízení. To nejen zvyšuje náklady na údržbu a výměnu, ale může také ovlivnit provozní účinnost zařízení.

3. Ochranná opatření a osvědčené postupy

• Instalace přepěťových ochran

Přepěťové ochrany jsou účinná zařízení určená k rychlému pohlcení nadměrného napětí nebo proudu při přepětí bleskem a chrání elektronická zařízení před poškozením. Pro zajištění bezpečnosti zařízení se doporučuje instalovat na kritická napájecí a signální vedení vysoce kvalitní přepěťové ochrany.

• Optimalizace návrhu napájení

Během fáze návrhu může efektivní plánování napájení a návrh filtračního obvodu snížit dopad bleskových rázů na zařízení. Například použití pojistek a usměrňovačů s vyšším výkonem může zvýšit odolnost zařízení proti přepětí.

• Pravidelná kontrola a údržba

Pro zařízení náchylná k bleskové přepětí, je nezbytná pravidelná kontrola silových a signálních vedení. Včasná výměna stárnoucích součástí a elektroinstalace zajišťuje, že zařízení zůstane v optimálním provozním stavu.

4. Testovací metody pro přepěťové testery
Přepěťové testery jsou navrženy tak, aby simulovaly blesky a spínací přechodové jevy, které mohou způsobit okamžité velké dopady na elektrická zařízení. Pro standardizaci tohoto testovacího procesu vytvořila Mezinárodní elektrotechnická komise (IEC) normu IEC 61000-4-5, která uvádí podrobné požadavky na testování odolnosti proti přepětí.

Podle normy IEC 61000-4-5 přepěťové testery typicky simulují následující průběhy:

• 1.2/50µs Napěťový průběh: Tento průběh simuluje napěťové přechody způsobené údery blesku, což představuje typické charakteristiky průběhů napětí blesku.

• 8/20µs proudový průběh: Rychle rostoucí proudový průběh používaný k simulaci spínacích přechodových jevů v energetických systémech.

Kombinované průběhy: Včetně průběhů napětí 10/700 µs a průběhů proudu 5/320 µs, tyto kombinované průběhy se používají pro složitější scénáře simulace přepětí.

Během testování přepěťové testery přesně spojují tyto křivky do testovacího obvodu prostřednictvím vazebních/oddělovacích sítí, čímž posuzují odolnost zařízení vůči přepětí v reálných aplikacích. Cílem je zjistit, zda zařízení dokáže udržet normální provoz při různých intenzitách rázů nebo jak se po rázech změní jeho funkčnost a výkon.

 Generátor přepětí_SG61000-5

5. Testovací úrovně přepětí
Aby bylo možné vědecky vyhodnotit odolnost zařízení proti přepětí v různých podmínkách prostředí, jsou úrovně testování testeru přepětí rozděleny do kategorií na základě různé intenzity napětí. Tyto úrovně jsou klasifikovány od nízkých po vysoké jako úrovně 1, 2, 3, 4 a X, přičemž každá odpovídá různé síle napětí a použitelným scénářům. Klasifikace je následující:

• Úroveň 1: Vynikající ochranné prostředí
Vhodné pro prostředí s dobrou elektromagnetickou ochranou, jako jsou velíny továren nebo elektráren. V těchto nastaveních je elektromagnetické rušení minimální a pravděpodobnost výskytu přepětí je nízká.

• Úroveň 2: Středně chráněné prostředí
Použitelné pro běžné tovární nastavení s minimálními zdroji rušení. Přestože je elektromagnetické rušení nízké, stále existuje možnost mírných nárazů.

• Úroveň 3: Typické prostředí elektromagnetického rušení
Vhodné pro průmyslové lokality, standardní kabelové sítě a rozvodny bez speciální ochrany proti elektromagnetickému rušení. Zařízení v těchto prostředích se může často setkat s obecným elektromagnetickým rušením.

• Úroveň 4: Prostředí silného rušení
Navrženo pro prostředí s vysokým vystavením blesku nebo silnému elektromagnetickému rušení, jako jsou nechráněné vysokonapěťové rozvodny nebo venkovní vedení. Zařízení v těchto podmínkách vyžaduje robustní přepěťovou ochranu.

• Úroveň X: Speciální úroveň
Otevřená úroveň, kde se na základě vzájemné dohody mezi uživateli a výrobci určují specifické normy pro testování přepětí. Tato úroveň se používá pro nekonvenční aplikace s přizpůsobenými testovacími podmínkami na základě specifických požadavků.

6. Výběrová kritéria pro úrovně testování
Volba úrovně testování přepěťového testeru primárně závisí na prostředí instalace zařízení a potenciální frekvenci a intenzitě přepětí. Pro uzavřená prostředí, jako jsou velíny a datová centra, se obvykle používají nižší úrovně testování. Naopak pro venkovní prostory nebo prostory náchylné k bleskům jsou vyžadovány vyšší standardy testování. Koneckonců, konkrétní úroveň testování pro zařízení je obvykle určena na základě příslušných norem produktu.

Proč investovat do čističky vzduchu?
Přepěťové testery jsou klíčovými nástroji při posuzování odolnosti elektrických a elektronických zařízení proti přepětí. Dodržením normy IEC 61000-4-5 a výběrem vhodných úrovní testování lze efektivně vyhodnotit výkon zařízení za podmínek přepětí, což zajistí stabilitu a bezpečnost v praktických aplikacích.