פגיעות ברק הן בעצם פריקת ניצוץ ענק המתרחשת כאשר מטען מצטבר לנקודה מסוימת בין ענן סופת רעמים לאדמה או ביניהם, ומשבשים את בידוד האוויר. מכות ברק מופעלות בעיקר על ידי:
1. מכת ברק ישירה
במקרים הגרועים ביותר, ברק פוגע ישירות במבנים, ציוד או אנשים.
תנאי טריגר: עצמים על הקרקע (למשל, בניין גבוה, עץ, מגדל שידור, עצים, מגדלים, אנשים מבודדים) יוצרים את השדה החשמלי החזק ביותר יחד עם ענני רעמים, מה שהופך אותו לנתיב הקצר ביותר לפריקת מטען.
2. אפקטי ברק עקיפים (נפוצים יותר, טווח רחב יותר)
גם אם ברק לא פוגע ישירות במכשיר שלך, הוא עלול לגרום לנחשול הרסני (חולף) על ידי:
· ברק מושר (מחולק לאינדוקציה אלקטרוסטטית ואינדוקציה אלקטרומגנטית):
• אינדוקציה אלקטרוסטטית: כאשר ענן רעמים טעון חולף מעל הראש, הוא משרה כמות גדולה של מטענים מנוגדים על החוטים העיליים מתחת. כאשר הענן מתפרק למטרה אחרת, המטענים המחייבים הללו משתחררים מיד, ויוצרים עליות מתח גבוהות- הנוסעות לאורך הקו.
אינדוקציה אלקטרומגנטית: זרמים חזקים וחולפים בתעלת ברק עלולים לגרום למתח גבוה מאוד בלולאות מתכת שמסביב (למשל, לולאות קווי מתח, קווי אות).
· הולכה (עלייה בפוטנציאל הקרקע):
• כאשר ברק פוגע במערכת הגנת ברקים של בניין או בקרקע סמוכה, זרם עצום של ברק עובר דרך התנגדות ההארקה, וגורם לפוטנציאל החשמלי בנקודת המגע לעלות למאות אלפי או אפילו מיליוני וולט ברגע. הפוטנציאל הגבוה הזה יכול להיות "פלאשבק" למכשיר הפנימי דרך חוט ההארקה של המכשיר, ולגרום להפרש פוטנציאל הרסני על פני המכשיר ולהרוס אותו.
· חדירת גל ברק:
• ברק פוגע בחוטים מרוחקים, קווי טלפון, קווי כבלים וכו'. זרמי ברק עצומים נעים לאורך מוליכי המתכת הללו בצורה של גלים, פולשים ופוגעים במכשירים מחוברים.
חלק 2: כיצד להשתמש ב-SPD להגנה
מטרת התקן מגן נחשולי מתח היא לא למנוע פגיעות ברק, אלא לספק זרם ברק בטוח ו-עם עכבה נמוכה ואנרגיית נחשולים במהלך פגיעות ברק, ובכך להגביל את המתח במכשיר לרמה בטוחה.
1. עקרון העבודה המרכזי של ה-SPD
תחשוב על זה כעל "מתג חכם" או "שסתום רגיש למתח":
במהלך פעולה רגילה: SPD עכבה גבוהה והוא בעצם מעגל פתוח עם השפעה מועטה על המעגל.
כאשר מתרחשים נחשולי מתח/מתח יתר: ההתרחשות: SPD הופך למצב עכבה נמוכה (מהר מאוד) בתוך ננו-שניות, מוליך במהירות ומכוון גלים גדולים של זרם לקרקע.
לאחר שכך הנחשול: SPD מתאפס אוטומטית למצב העכבה הגבוהה שלו והמעגל חוזר לקדמותו.
2. מערכת הגנת SPD נכונה: הגנה מרובה-שלבים
על מנת לספק הגנה מקיפה, נעשה שימוש לעתים קרובות במושג הגנה היררכית, כגון קווי הגנה מרובים:
קטגוריה 1 / I (לשעבר Class B):
מיקום התקנה: לוח חלוקה ראשי (כניסה לשירות).
פונקציה: משחרר את רוב מכות הברקים באנרגיה גבוהה מפגיעות ברק ישירות או מושרות (בדרך כלל צורת גל 10/350 מיקרומטר). SPD עם יכולת פריקה גבוהה משמש בדרך כלל על סמך פערי ניצוצות.
מטרה: להגן על מערכת החשמל של כל הבניין מפני סופת הרעמים הגדולה ביותר.
קטגוריה 2 / II (לשעבר Class C):
מיקום: לוח חלוקה (למשל, לוחות רצפה) או לוח חלוקת ציוד מפתח (למשל, חדרי שרתים, מיזוג אוויר, מעלית).
פונקציה: מגביל עוד יותר את המתח השיורי וסופג אנרגיה שיורית דרך SPD מסוג 1. כונני מצב מוצק (SSD) המבוססים על Metal Oxide Varistor (MOV) נמצאים בשימוש נפוץ.
מטרה: להגן על מעגלי הפצה וציוד באזורים ספציפיים.
קטגוריה 3 / III (לשעבר D):
מיקום: הקצה הקדמי של התקן, כגון רצועות תקע עבור מכשיר רגיש או מודול הגנה מפני נחשולי מתח בתוך המכשיר.
פונקציה: מספקת הגנה עדינה על ידי קיבוע המתח לרמה שהמכשיר יכול לעמוד בה בבטחה (בדרך כלל פחות מ-1.5 קילוואט).
מטרה: לספק קו הגנה סופי עבור הציוד האלקטרוני הרגיש והיקר ביותר (למשל, שרתים, ציוד רפואי, PLCs תעשייתיים).
SPDs אותות: קווים כגון כבלי רשת, קווי טלפון וכבלי וידאו מעקב דורשים גם מערכות מיוחדות לעיבוד אותות. הם פועלים באותו אופן, אבל הם מיועדים לרמות המתח ולסוג הממשק של קו האות.
3. נקודות מפתח להתקנת SPD
• הארקה טובה היא תנאי מוקדם: SPD SPD מעביר אנרגיה ביעילות ללא מערכת הארקה-ת נמוכה. הארקה היא הבסיס להגנה מפני ברקים.
• חוטי חיבור קצרים ועבים: חיבור SPD וחוטי הארקה חייבים להיות קצרים ועבים ככל האפשר כדי למזער את השראות העופרת. מובילים ארוכים מדי עלולים להוביל למתח אינדוקציה בולט, מה שמפחית מאוד את יעילות ההגנה.
תיאום: שלבים שונים של SSD דורשים תיאום אנרגיה כדי להבטיח פריקה הדרגתית כפי שנועדה למנוע עומס יתר של כל SPD בודד.