• Ochrona przed przepięciami DC
• Przenoszenie wielkich energii Serie SB i SG odgromników dwuelektrodowych przewyższają swoimi właściwościami dotychczasowe rozwiązania konstrukcyjne mające na celu zabezpieczenie urządzeń przed przepięciami stałoprądowymi (DC). Ich przewaga polega na lepszym przenoszeniu bardzo wysokich wartości przepięć oraz impulsów o bardzo dużej energii. Przy wykorzystywaniu ich w zabezpieczeniach przed przepięciami stałoprądowymi (DC), analiza ich zachowania polegającego na samogaszeniu łuku plazmy oraz występowaniu prądu podtrzymania (ang. follow-on current) nie może być dokonana w czasie rzeczywistym. Sposób zachowania się odgromnika zależy od energii przepięcia, która pierwotnie jest przyczyną wyzwolenia odgromnika, a także od wydajności prądowej (ang. current capability) źródła zasilania. Wszystkie odgromniki posiadają elektrody wolframowe o bardzo dużej trwałości (ang. long-lived) oraz bardzo trwałe połączenie na styku metal-szkło. Serie SB i SG są dostępne w wersjach dla wartości napięcia przebicia od 400V do 40kV, a na specjalne zamówienie nawet do 45kV (z ceramiczną obudową) - dla serii SC. W przypadku, gdy dla danego napięcia przebicia można zastosować elementy serii SB lub serii SG, seria SG odznacza się dłuższym czasem życia. Odgromniki rodziny Uni-Imp (ang. Uni-Imp transient protectors)
DZIAŁANIE: Odgromniki rodziny Uni-Imp są obecnie najszybszymi odgromnikami na świecie. Zabezpieczają one wrażliwe części układów przed przepięciami bez względu na szybkość narastania impulsu przepięcia. Wartość napięcia przebicia odgromników Uni-Imp może różnić się nie więcej niż 10% przy impulsach wyzwalających wolnozmiennych aż do 200kV/µs. (czyli jest niemal niezależne od szybkości narastania napięcia pobudzającego aż do wartości 200kV/µs, przez cały czas życia odgromnika.)(Różnica pomiędzy statycznym a dynamicznym napięciem przebicia odgromnika zawiera się w granicach +/- 10% niezależnie od szybkości zmian napięcia wyzwalającego aż do wartości 200kV/µs.). Odgromniki te występują w wersjach na napięcie przebicia od 550V do 20kV. Poza tą szczególną cechą jaką jest niezależność napięcia wyzwolenia odgromnika od szybkości narastania tego napięcia, wyróżniają się te odgromniki (jeszcze takimi własnościami jak przewodzenie impulsów) przenoszeniem wiele większych energii oraz wartości szczytowych prądu niż zabezpieczenia półprzewodnikowe (wykonane w techologii półprzewodnikowej). Mianowicie odgromniki rodziny Uni-Imp mogą przewodzić impulsy prądowe rzędu tysięcy amperów przy poziomie energii 100 dżuli i szybkości zmian prądu di/dt 5000A/µs. Nieskończona rezystancja odgromnika zabezpiecza go przed przypadkowym zadziałaniem, a jego pojemność jest rzędu pF. Stała, możliwa do określenia wartość napięcia przebicia odgromnika Uni-Imp dla dowolnego impulsu wyładowczego pozwala konstruktorowi układów (projektantowi) zapewnić niezawodność układu przy niskim stosunku kosztów elementu do oferowanych parametrów.
CZAS ŻYCIA ODGROMNIKA (liczba zadziałań): Czas życia odgromnika Uni-Imp można w przybliżeniu określić w (postaci łącznej liczby wyładowań) w kategorii wyładowań skumulowanych, w kulombach. Chodzi o przeniesienie takiej ilości ładunku (w kulombach), która nie spowoduje zmiany napięcia przebicia o więcej niż 10%. Wyrażając wielkość impulsu udarowego w amperach i jego czas trwania w sekundach - obszar pod impulsem jest równy ilości ładunku w kulombach jaki przepływa w czasie trwania tego impulsu. PRZYKŁAD: Odgromnik Uni-Imp o wartości napięcia przebicia 1.5kV ma zostać wykorzystany do przenoszenia udarów prądowych o wartości szczytowej 3000A i czasie połowicznego zaniku 10us. Aproksymując kształt impulsu trójkątem, ładunek zawarty w impulsie możemy opisać przez: q = 3000 [A]*10 -5 [s] = 0.03 [C] Krzywa opisująca czas życia odgromnika wskazuje, że dla elementu o napięciu przebicia 1.5kV ilość ładunku w kulombach jaki może on przenieść wynosi Q=96 [C]. Zatem czas życia odgomnika dla podanych wyżej warunków może być określony jako: Ilość wyładowań = Q/q = 96/0.03 = 3200 wyładowań
PRZYKŁAD: Odgromnik Uni-Imp o nap. przebicia 10 kV, gdy jest wyzwolony przez przepięcie musi rozładować pojemność 1.5uF i wartości napięcia 9kV. Ładunek zmagazynowany w konden- satorze jest równy: q = C*V = 1.5*10-6 [F] *9*10³ [V] = 13.5*10-3[C]
W tym przypadku, krzywa opisująca czas życia odgromnika mówi, że ilość ładunku jaki może zostać przetransportowany wynosi Q=65 kulombów, zatem w przybliżeniu ilość wyładowań będzie wynosić:
Ilość wyładowań = Q/q = [65/13.5]*10³ = 4800 wyładowań PRĄD PODTRZYMANIA: Zauważmy, że "krzywa życia" określa (half-width) czas połowicznego zaniku w us. Impulsy o czasie połowicznego zaniku większym niż podany będą obniżały czas życia odgromnika natomiast impulsy o krótszym czasie połowicznego zaniku będą zwiększały ilość zadziałań (wydłużały czas życia) odgromnika. Obniżenie czasu życia odgromnika występuje tylko w przypadku impulsów o czasie trwania rzędu milisekund. Podczas zabezpiecznia urządzeń przed przepięciami najbardziej interesujący jest przypadek, gdy wymagana jest ochrona typu crowbar - odgromnik natychmiast po wyzwloleniu go impulsem udarowym zwiera całą energię udaru dotąd, aż nie zadziała inne zabezpieczenie odcinające drogę przepływu (np. bezpiecznik). Gdy odgromnik przechodzi do stanu załączenia, jego rezystancja bliska nieskończonej maleje gwałtownie do wartości bliskiej stanowi zwarcia. Mamy wówczas prąd podtrzymania ograniczony tylko przez rezystancję obwodu zwarcia. Prąd ten musi zaniknąć w określonym czasie, ażeby odgromnik mógł wrócić do stanu pierwotnego. To czy wystąpi zjawisko samoczynnego zaniku prądu portrzymania zależy od energii wyładowania, która pierwotnie spowodowała wyzwolenie odgromnika, a także od (current capability - zdolności, wydajności prądowej) mocy prądu żródła wyładowania. Włączenie w szereg z odgromnikiem rezystancji o wartości 1-5Ohmów w znacznym stopniu wesprze jego zdolność do samogaszenia (bez wyzwalania wyłącznika automatycznego, bezpiecznika). CZAS REAKCJI: Odgromniki rodziny Uni-Imp mogą być uważane za elementy o zerowym czasie reakcji w zakresie występowania przepięć o szybkości narastania udarów spotykanych w prawie wszystkich aplikacjach. W bardzo szczególnych sytuacjach , takich jak zabezpieczenia przed impulsami EMP należy wiedzieć jakie jest górne ograniczenie na szybkość zadziałania odgromnika (istotna jest informacja o maksymalnym ograniczeniu na czas trwania wyładowania), czyli na czas potrzebny do przejścia odgromnika ze stanu rozwarcia do stanu przewodzenia. Aby przekonać się o szybkości załączania odgromników wykonano testy w dwóch niezależnych laboratoriach. Do testowania użyto impulsy testujące o nanosekundowych czasach narastania generowanych przez generatory impulsowe (pochodzące z generatorów impulsowych). Badania wykazały, że potrzeba 2ns!! od momentu pojawienia się impulsu wyzwalającego do momentu zadziałania odgromnika bez względu na testowane typy odgromników Uni-Imp o napięciach przebicia (0.55; 2.0; 4.0; 6.0 oraz 8.0kV). Zatem jeśli szybkość narastania impulsu przepięcia jest bardzo duża, taka że napięcie załączenia odgromnika jest osiągnięte w czasie krótszym niż 2ns, Uni-Imp pozwoli na chwilowy wzrost wartości tego napięcia ponad wartość nominalną napięcia załączenia odgromnika. Ograniczenie szybkości narastania impulsu przepięcia dla którego nie wystąpi overshoot (przekroczenie wartości napięcia udaru ponad wartość nominalną napięcia zapłonu odgromnika) w funkcji napięcia załączenia odgomnika opisuje wyrażenie:
S = (Vi/2.0)*10³ [kV/µs]
gdzie Vi jest to napięcie załączenia odgromnika w kV.
Dla wyładowań szybszych niż powyżej, napięcie przekraczające wartość progową napięcia załączenia odgromnika opisane jest przez wyrażenie:
ΔV = 2.0*10³*T - V
gdzie T jest szybkością narastania impulsu w kV/µs. Trigerred spark gaps - Odgromniki wyzwalane impulsowo
• Kontrola przełączanej energii
• Czas załączenia poniżej usek
• Obudowa (konstrukcja) ceramiczno-metalowa, odporna na wstrząsy
• Wartość znamionowa przenoszonej energii 50-300 [J]
Odgromniki wyzwalane impulsowo są wykorzystywane do bezstratnego przełączania (zmagazynowanych) skumulowanych energii o dużej wartości w bardzo krótkim okresie czasu (przy bardzo krótkich czasach opóźnienia). Odgromnik jest wyzwalany impulsowo, a nie prądem DC, zatem pojawia się charakterystyczny parametr dla tego trybu pracy: prąd podtrzymania. Przełączanie nagromadzonej energii dokonywane jest poprzez doprowadzenie do elektrody oznaczonej "TRIG" impulsu wyzwalającego, który jonizuje gaz w komorze odgromnika, co w efekcie powoduje zmianę wartości rezystancji między elektrodami głównymi z wartości bliskiej nieskończoności do wartości bliskiej rezystancji zwarciowej. Czas opóźnienia zadziałania odgromnika (delay time) jest sumą czasu narastania impulsu wyzwalającego i czasu odpowiedzi samego odgromnika. Najbardziej odpowiednią wartością impulsu wyzwalającego dla wszystkich wymienionych tu typów odgromników jest wartość 10kV. W przypadkach gdy wymagane są czasy narastania impulsu wyzwalającego rzędu mikrosekund zaleca się przetwornik impulsów (generator impulsowy) typu PT-5311 firmy Signalite. W zastosowaniach, w których nie wymaga się tak szybkich narostów impulsu wyzwalającego bardzo wydajnym źródłem tych impulsów jest cewka samozapłonowa (zapłon bateryjny, cewkowy). Drugim składnikiem czasu opóźnienia (zadziałania odgromnika) jest czas odpowiedzi odgromnika na impuls wyzwalający. Czas odpowiedzi jest to czas jaki upływa od momentu pojawienia się impulsu wyzwalającego do wystąpienia właściwego zapłonu odgromnika i zależy on od budowy samego odgromnika. (Czas ten sumuje się z czasem narastania impulsu wyzwalającego aby otrzymać całkowity czas opóźnienia). Momentem początkowym dla czasu odpowiedzi jest osiągnięcie przez impuls wyzwalający wartości conajmniej 50% Vo - napięcia (powodującego zapłon) na elektrodach głównych odgromnika (elektrody te są oznaczone na rysunku jako "ADJ" i "OPP"). Czasy odpowiedzi rzędu mikrosekund wymagają minimum 80% wartości napięcia Vo. Podczas gdy minimalne napięcie polaryzujące (wartość minimalna napięcia wyzwalającego) zależy od szybkości powrotu odgromnika do stanu początkowego (wymaganej powatarzalności) i wielkości czasu reakcji (amplitudy czasu odpowiedzi) to maksymalna, dozwolona wartość napięcia wyzwalającego zależy od wymaganej powtarzalności (częstości wyzwalania odgromnika) i od energii jaka ma być przenoszona przez elektrody główne. W przypadkach gdy wartość transferowanej energii wzrasta, wzrasta także czas dejonizacji, czyli czas powrotu odgromnika do stanu początkowego. Zatem jeśli częstość wyzwalania odgromnika jest za duża, wystąpi jonizacja szczątkowa i odgromnik będzie samorzutnie załączał się zanim impuls wyzwalający osiągnie odpowiedni poziom. |
