Ограничители перенапряжений (ОПН)

Ограничители перенапряжений - специальные элементы, защитные схемы и приборы служат для снижения перенапряжений в электроэнергетических и информационных системах, вызванных: молнией; разрядами статического электричества, коммутационными процессами.

Для обеспечения ЭМС они выполняют защитные функции с целью предотвращения выхода из строя электронных средств.

Принцип действия ограничителя основан на использовании в схеме защиты резисторов, обладающих нелинейной вольт-амперной характеристикой. Сопротивление ОПН резко уменьшается, когда напряжение превосходит некоторое критическое значение (рис. 15)

 

Рис. 15. Зависимость сопротивления ОПН

В конкретных случаях вольт-амперная характеристика резистора выбирается такой, чтобы в допустимых пределах рабочего напряжения Roпн было очень велико, а при превышении заданного напряжения - очень мало.

Рассмотрим простейшие схемы работы прибора без защиты и с защитой

1) Схема включения прибора без защиты (рис. 16).

 

Рис. 16. Схема включения прибора без защиты

 

 

Рис. 17. Схема включения прибора с защитой

Для ограничения перенапряжений используют:

1. Разрядники (защитные разрядные промежутки).

2. Варисторы.

3. Лавинные диоды.

 

   Разрядники изготавливаются в виде газонаполненных устройств. Разрядник представляет собой два электрода с фиксированным расстоянием между ними, помещенные в герметичный керамический или стеклянный корпус, заполненный инертным газом. Защищаемую систему разрядник практически не нагружает, так как сопротивление изоляции между электродами составляет Ом. Если воздействующее напряжение превысит напряжения пробоя  то происходит пробой (т.е. разряд между электродами). При этом сопротивление разрядника понижается до 10 Ом и ток начинает протекать по цепи разрядника.

Варисторы

Эффект ограничителя напряжения основан на том, что при превышении рабочего напряжения, его сопротивление уменьшается на много порядков. Время срабатывания мало (порядка 10 нс). Но собственная емкость варистора велика и поэтому их применение для ограничения перенапряжений в высокочастотных системах исключено. На практике варисторы используются преимущественно для грубой защиты.

Кремневые лавинные диоды

Обладает свойством не повреждаться при воздействии напряжения. По сравнению со стабилитронами имеют более высокую пропускную способность по току, малое время запаздывания. Применяются в системах точной защиты.

 

Экранирование

Экраны служат для ослабления электрических, магнитных и электрических полей. Экран устанавливается между источником и приемником помех и снижает напряженности воздействующего поля.

Физически экранирование объясняется наведением на поверхности экрана заряда или индуктирования в нем тока, поле которых накладывается на воздействующее поле, ослабляя его.

Экранирование осуществляется частично: поглощением энергии материалом экрана и частично отражает падающий на экран волны.

 - напряженности электрического и магнитного поля до экрана,

 - напряженности электрического и магнитного поля после экрана Тогда коэффициент затухания экрана:

Для экранирования используют как немагнитные металлы, так и ферромагнитные материалы.

1. Экраны из немагнитных материалов

Экранирующие действия немагнитных материалов происходит из-за магнитных полей, созданных вихревыми токами. Постоянное магнитное поле не экранируется. Низкочастотное переменное поле ослабевает незначительно. Электрическое поле экранируется хорошо.

2. Экраны из ферромагнитных материалов (µ >> 1) ослабляют электрическое поле в области НЧ хуже, чем экраны из немагнитных материалов, магнитное поле экранируется хорошо.

Экранирующие материалы и устройства реализуются в различных формах, в зависимости от решаемых задач:

1) Тонкие стальные (медные) листы для покрытия стен помещений.

2) Экран из тонкой фольги, сделанной из сплавов с высокой магнитной проницаемостью.

3) Металлические ленты и оклейки для кабелей.

4) Металлические плетеные шланги для дополнительного экранирования кабелей.

5) Металлические сетки для воздухопроницаемых экранирующих элементов (например, для экранированных кабелей).

6) Пластмассовые комбинированные материалы с проводящими добавками для изготовления корпусов.

7) Тканные материалы со вплетенными петлями из нержавеющей стали для ВЧ,экранирующей одежды.

    Здания, массивные строительные сооружения без особых мер защиты ослабляют внешнее поле на 6-10дБ, железобетонные, со стальной арматурой - на 25-30дБ.