3 相サージ プロテクターは、サージを減らすためにどのように機能しますか?

サージ保護は、3 相システムでは、異常な過電圧を感知し、内部で高インピーダンス状態から低インピーダンス状態に切り換え、サージ電流を接地経路に変位させ、接続された機器に到達する電圧を制限することによって機能します。 サージを「ブロック」しません。 サージに敏感な負荷から離れた制御経路を与えることで、ピーク電圧を下げます。 その結果、絶縁体、電源装置、ドライブ、制御電子機器への電気的ストレスが軽減されます。

三相システムは、より多くのサージ パスを持っているため、単相システムよりもこのアプローチをさらに必要とします。 サージは、ラインからグランド (L–G)、ライン ツー ライン (L–L)、およびニュートラル、時には中立から地面 (N-G) を備えたシステムで表示される場合があります。 したがって、3 フェーズ サージ保護装置は、1 つだけでなく、複数のモードの過電圧を同時に管理するように構築されています。

この記事では、サージ保護装置が三相電力システムでどのように動作するか、過渡過電圧の過渡の制限、異なる SPD タイプ (タイプ 1、タイプ 2、およびタイプ 3) の使用方法、配置と調整が実際のサージ ダウン パフォーマンスにどのように影響するかについて説明します。

三相システムにおける「電気サージ」の意味 

過渡過電圧と呼ばれる電気サージは、電圧の非常に短く、非常に急速な上昇です。 通常、マイクロ秒から数ミリ秒まで持続します。 最も一般的な 2 つのソースは、雷 (近くの線路への直接の衝突または誘導効果のいずれか) と、電気システム内のスイッチング イベントです。

工業用および商用の 3 フェーズの設備では、多くのサージが内部で作成されます。 大型モーター、可変周波数ドライブ、コンタクタ、コンデンサ バンクはすべて、大きなエネルギーを切り替えます。 電流が遮断またはリダイレクトされるたびに、システム インダクタンスが電圧スパイクを生成する可能性があります。 これは、外部のユーティリティの供給が安定していても、施設が過渡過渡過電圧を頻繁に発生する可能性があることを意味します。

3 フェーズ SPD の仕組み 

SPD (サージ保護装置) と略されるサージ保護装置は、単純だが慎重に設計された原理に基づいて動作します。通常の動作中は見えないままで、電圧が危険になる場合にのみ導電性になります。

監視としきい値の動作

通常の状態では、デバイスの内部保護要素は高インピーダンス状態になります。 これは、電流がほとんど流れず、電力システムに影響を与えないことを意味します。 SPD は、効果的に電圧を「監視」しています。

過渡が定義されたしきい値レベルを超える電圧を押し上げると、動作が変化します。 内部要素は急速に導電状態に切り替わります。 このスイッチングは機械的ではありません。デバイス内のコンポーネントの電気的特性が原因で発生します。

ダイバース（電流リダイレクト） + クランプ

SPD が導電性になると、通電導体と接地または接合システムとの間に制御された低インピーダンス パスが作成されます。 サージ電流は、敏感な機器を流れるよりも、この低インピーダンスの経路を好む。

同時に、デバイスは負荷全体に現れるピーク電圧を制限します。 これは、「クランプ」と呼ばれることがよくあります。 電圧がゼロに低下しないことを理解することが重要です。 一定の「残留」または「通行」の電圧は常に残ります。 目標は、絶縁システムや電子部品が損傷したり過度にストレスを感じないように、この残留電圧を十分に低く保つことです。

三相ネットワークにおけるマルチモード保護

三相システムでは、サージは 1 つの方法でしか現れません。 実用的なデバイスは、一度に複数のパスを処理する必要があります。

• 線路から地面 (L–G)
  
• ラインからラインへ (L–L)
  
• 中性、時には中立から地面までのシステム (N-G)
  

したがって、これらのモードを一緒に制御するために、3 相サージ保護装置が内部に配置されます。 サージが常に地面を参照するとは限りません。 三相機器の多くの損傷がフェーズ間に発生します。

三相サージ保護装置内の主要コンポーネント 

最も現代的 サージ保護装置 必要な電圧と電流レベルに合わせて配置および調整された、実績のある少数のコンポーネントに依存してください。

最も一般的なアクティブな要素は、金属酸化物バリスタ (MOV) です。 MOV は、通常の電圧では非常に高い抵抗のように動作し、電圧がしきい値を超えると低抵抗のように動作します。 このプロパティーにより、SPD は、マイクロ秒のほんの一瞬で「何もしない」から「電流の転換」に切り替えることができます。

MOVS および同様の要素は、多くの強力なサージの後に過熱または劣化する可能性があるため、実用的なデバイスには熱切断または同様の保護も含まれます。 これにより、故障したコンポーネントが安全でない方法でシステムに接続されたままになるのを防ぎます。 多くのデバイスには、ウィンドウや LED などの単純なインジケーターも含まれており、保護要素がまだ接続されているかどうかを示します。 制御システムがステータスを監視できるように、一部の設計ではリモート アラームの接点があります。

重要な実用的な点は、これらのデバイスが永続的ではないということです。 サージ エネルギーを吸収するたびに、その容量の一部が使用されます。 多くのイベントで、それらはゆっくりと劣化します。 この「消耗品」の動作は正常であり、条件インジケータが存在する理由です。

3 相システムの SPD タイプ 

の条件 SPD タイプ デバイスが電力システムのどこに設置されているか、どのようなサージ環境に直面するように設計されているかを説明してください。 これらは品質レベルではなく、アプリケーションのカテゴリです。

• タイプ 1 サージ保護装置: メイン配布物の上流のサービス入口またはそのすぐ近くに設置されています。 これは、供給ラインでの雷関連のイベントなど、外部からの高エネルギー サージを処理することを目的としています。
  
• タイプ 2 サージ保護装置: 配電盤、モーター制御センター、および同様の内部基板に取り付けられています。 これは、3 段階の産業用および商用パネルを、着信および内部で生成されたサージの両方から保護するための最も一般的な選択肢です。
  
• タイプ 3 サージ保護装置: 敏感な機器の近くに設置。 大きなサージ エネルギーをそれ自体で処理することを意図したものではなく、メイン サージが見える前にメイン サージを減らすために、アップストリーム デバイスに依存しています。

• FDS20C/4-275 クラス II
• 指定: タイプ2
• 分類: クラスII
• 保護モード: L→PE 、N→PE
• 公称電圧 UN: 230 VAC/50(60)Hz
• マックス 連続動作電圧 UC (L-N): 275 VAC/50(60)Hz
• 短絡耐性機能: 20カ
• 連続動作電流 IC: 20 µA 未満
• スタンバイ電力 PC: ≤25 MVA
• 最大放電電流 (8/20μs) IMAX: 40カ
• 公称放電電流 (8/20μs) で: 20カ
• 電圧保護レベルアップ: ≤1.3 kV
• 絶縁抵抗: ＞1000 MΩ
• 住宅の材料: UL94V-0
• 保護の程度: IP20

見積もりを依頼する

完全なシステムでは、これらのタイプが組み合わされて、それぞれが最適なサージ エネルギーの一部を処理します。

3 相 SPD がサージを最も減らす場所 

サージプロテクション 段階的に適用すると最もよく機能します。 サービスの入り口にある装置は、大きな流入サージが建物全体に広がる前にエネルギーを減らします。 配電パネル内のデバイスは、残りのエネルギーを削減し、内部スイッチングによって生成されたサージも処理します。 最後に、使用ポイント保護機能は、残るより小さく、より高速なトランジェントに対処できます。

物理的なインストールの詳細は非常に重要です。 SPD とバスバーまたは導体との間の接続は、できるだけ短く直接的にする必要があります。 長いリード線はインダクタンスを追加し、インダクタンスは高速電流の変化時に追加の電圧を生成します。 これは、実際には、非常に優れたサージ保護装置でさえ、長いループ ワイヤを取り付けた場合に不十分な性能を発揮することを意味します。

3 相 SPD によるサージの削減方法 (段階的保護の概要)

この表は、段階的な保護のロジックを示しています。 単一のデバイスですべてを処理できるとは考えられません。 各位置は、サージ エネルギーの一部とピーク電圧を減少させます。 過渡が敏感な電子機器に到達するまでには、その振幅とエネルギーは、サービスの入り口よりもはるかに低くなります。

実世界のパフォーマンス要因 

3 相システムでのサージ保護装置の実際の性能は、デバイス自体だけでなく、いくつかの実用的な要因に依存します。

• 接地と接合システムの品質は、サージ電流を機器から遠ざける方法に強く影響します。
  
• 短く直線接続導体は、誘導電圧上昇を抑え、クランプ性能を向上させます。
  
• 複数のサージ保護装置間の調整により、1 つのデバイスがすべてのストレスを取り、老化がすばやく防止されます。
  
• 多くの 3 フェーズ施設では、内部で生成されたスイッチング サージは、雷関連のイベントよりも頻繁に発生するため、保護戦略で考慮する必要があります。
  

よくある間違い 

いくつかの一般的なインストールと計画の誤りにより、実際のシステムでのサージ保護の有効性が低下します。

• 施設全体に 1 つのサージ保護装置のみを使用し、すべてを均等に保護すると仮定します。
  
• デバイスをバスバーから遠くに設置するか、不要なインダクタンスを追加する長いループ導体を使用してください。
  
• ラインからラインへのサージを無視し、3 フェーズ システムのライン間パスのみに注目します。
  
• アップストリーム 1 またはタイプ 2 の保護なしで、機器の近くにあるタイプ 3 デバイスのみを使用します。
  
• 「OK」を示すステータス インジケータが、考えられるすべてのサージからシステムが完全に保護されていることを意味すると仮定します。
  

結論 

3 相電源システムでは、サージ保護機能が異常な過電圧を検出し、低インピーダンス パスに切り替え、サージ電流を接地に向け、機器に到達する電圧を制限することで機能します。 サージを完全になくすのではなく、電気的ストレスを軽減します。 3 相システムには複数のサージ パスがあるため、保護はライン間モードとライン ツー モードをカバーする必要があります。 最も効果的な結果は、正しい配置、短い接続、および異なる SPD タイプ間の調整から得られます。 正しく適用されたこれらのデバイスは、サージの影響をすべて取り除くことができるシステムはありませんが、故障率とダウンタイムを大幅に削減します。

よくある質問