Dioda apa yang biasa digunakan untuk proteksi arus lonjakan pada jaringan distribusi?

一, dioda TVS: inti perlindungan presisi dengan respons tingkat milidetik
1. Karakteristik perangkat dan prinsip kerja
Dioda TVS (Penekan Tegangan Transien) dirancang berdasarkan efek kerusakan longsoran salju, dan keunggulan intinya terletak pada kecepatan respons nanodetik (Kurang dari atau sama dengan 1 × 10 ⁻¹ ² detik) dan kontrol tegangan penjepit yang tepat. Ketika tegangan transien melebihi tegangan rusaknya (VBR), perangkat dengan cepat bertransisi dari keadaan resistansi tinggi ke keadaan resistansi rendah, dan menjepit tegangan dalam kisaran aman (nilai VC) dengan mengalihkan arus besar. Koefisien penjepitan tipikal (VC/VBR) adalah 1,2-1,4. Misalnya, tabung TVS seri P0640SC dapat menahan arus puncak ribuan ampere dan tegangan penjepit serendah ratusan volt, sehingga cocok untuk proteksi pada jaringan distribusi tegangan tinggi 600V/800V.

2. Parameter kunci untuk seleksi
Tegangan Potong Balik (VRMM): Seharusnya 1,1-1,2 kali lebih tinggi dari tegangan operasi normal rangkaian. Misalnya, sistem 120V memerlukan penggunaan perangkat dengan VRMM Lebih Besar dari atau sama dengan 132V.
Daya Pulsa Puncak (PPP): Dihitung berdasarkan energi lonjakan, seperti PPP Lebih besar dari atau sama dengan E (energi lonjakan)/VC di bawah bentuk gelombang 8/20 μs.
Kapasitansi persimpangan (CJ): Perangkat kapasitansi rendah (seperti 0,1-10pF) harus dipilih untuk jalur sinyal frekuensi tinggi untuk menghindari redaman sinyal. Misalnya, antarmuka USB 3.0 memerlukan penggunaan tabung TVS dengan CJ Kurang dari atau sama dengan 0,3pF.
3. Skenario aplikasi yang umum
Saluran masuk daya pusat data: Tabung TVS seri SMBJ digunakan untuk membangun perlindungan tiga-tingkat. Tingkat pertama menggunakan-perangkat berdaya tinggi (seperti 1500W) untuk menyerap lonjakan energi yang besar, dan tingkat ketiga menggunakan perangkat kapasitansi rendah (seperti 500W) untuk melindungi chip sensitif.
Sisi DC inverter fotovoltaik: Tabung TVS paralel dihubungkan dalam sistem DC 1000V untuk menekan tegangan lebih transien yang disebabkan oleh tutupan awan atau peralihan susunan.
2, Tabung Pelepasan Semikonduktor (TSS): Perlindungan Tulang Punggung untuk Kapasitas Arus Tinggi
1. Karakteristik perangkat dan prinsip kerja
TSS (Thyristor Surge Suppressors) mengadopsi struktur empat lapisan PNPN, yang menggabungkan karakteristik switching thyristor dengan konduktivitas dioda searah. Keunggulan intinya terletak pada toleransi lonjakan yang sangat tinggi (hingga puluhan kiloampere) dan karakteristik tegangan sisa yang rendah (nilai VC tipikal Kurang dari atau sama dengan 2 kali VBR). Misalnya, TSS seri P0640SC dapat menahan lonjakan 20kA dan tegangan sisa di bawah 800V pada bentuk gelombang 8/20 μs, sehingga cocok untuk perlindungan jalur tulang punggung jaringan distribusi tegangan tinggi.

2. Parameter kunci untuk seleksi
Tegangan tembus (VBO): Tegangan tersebut harus sesuai dengan tegangan nominal sistem, seperti memilih perangkat dengan VBO=12-15kV untuk sistem 10kV.
Daya dukung arus (Ipp): Berdasarkan tingkat risiko petir, perangkat dengan Ipp Lebih Besar dari atau sama dengan 50kA harus dipilih untuk area dengan badai petir tinggi.
Waktu respons: Nilai tipikal Kurang dari atau sama dengan 100ns, memerlukan koordinasi dengan tabung TVS untuk mencapai perlindungan bertingkat.
3. Skenario aplikasi yang umum
Ujung masuk gardu induk: Skema proteksi gabungan TSS dan MOV secara seri diadopsi, dengan TSS sebagai tahap pertama untuk menyerap lonjakan energi tinggi dan MOV sebagai tahap kedua untuk membatasi tegangan sisa.
Jalur pengumpulan ladang angin: TSS paralel pada terminal kabel 35kV untuk menekan tegangan lebih yang disebabkan oleh pengoperasian kabel.
3, Varistor (MOV): Perlindungan Universal yang Ekonomis dan Efisien
1. Karakteristik perangkat dan prinsip kerja
MOV (Metal Oxide Varistor) menggunakan seng oksida sebagai bahan utama dan mencapai fungsi pembatas tegangan melalui karakteristik volt ampere nonlinier. Keunggulan utamanya terletak pada efektivitas biaya-yang tinggi dan kapasitas arus yang tinggi (hingga beberapa ratus kiloampere per chip), namun terdapat efek penuaan (penurunan kinerja setelah penggunaan-jangka panjang). Misalnya, MOV 14D471K dapat menahan lonjakan 40kA pada bentuk gelombang 8/20 μs dan cocok untuk perlindungan ujung pada jaringan distribusi tegangan rendah.

2. Parameter kunci untuk seleksi
Sensitif terhadap tegangan (V1mA): Harus lebih tinggi dari tegangan operasi kontinu maksimum rangkaian, seperti memilih perangkat dengan V1mA Lebih Besar dari atau sama dengan 320V untuk sistem 220V.
Kapasitas saat ini: Menurut tingkat risiko petir, perlindungan Kelas C memerlukan Iimp Lebih besar dari atau sama dengan 65kA (bentuk gelombang 10/350 μs).
Arus bocor: Nilai tipikal kurang dari atau sama dengan 20 μA, pengujian rutin diperlukan untuk mencegah penuaan dan kegagalan.
3. Skenario aplikasi yang umum
Kotak distribusi perumahan: Mengadopsi MOV untuk membangun tiga-perlindungan tingkat, tingkat pertama memasang perangkat-berenergi tinggi (seperti 20kA) di ujung saluran masuk utama, dan tingkat ketiga memasang perangkat-berdaya rendah (seperti 2kA) di sirkuit soket.
Kabinet kontrol motor industri: MOV paralel di ujung masukan konverter frekuensi untuk menekan tegangan lebih transien yang disebabkan oleh start stop motor.
4, Strategi konstruksi sistem perlindungan multi-level
1. Prinsip perlindungan bertahap
Mengadopsi skema kombinasi "perlindungan kasar+perlindungan halus":

Level 1 (perlindungan kasar): Pasang TSS atau MOV berenergi tinggi di pintu masuk sistem untuk menyerap lonjakan energi besar (seperti sambaran petir).
Tingkat kedua (perlindungan presisi): Pasang tabung TVS di ujung depan peralatan untuk membatasi tegangan sisa ke tingkat yang aman (seperti di bawah nilai tegangan ketahanan chip).
Tingkat ketiga (perlindungan lokal): Hubungkan-tabung TVS berdaya rendah secara paralel di samping komponen sensitif untuk memberikan perlindungan akhir.
2. Poin-poin penting untuk koordinasi parameter
Koordinasi energi: Pastikan perangkat-depan menyerap energi lebih besar dari atau sama dengan 80% total energi lonjakan untuk menghindari kelebihan beban pada perangkat-end.
Koordinasi tegangan: Nilai VC setiap level perangkat perlu dikurangi secara bertahap untuk membentuk "perlindungan gradien". Misalnya VC tingkat pertama adalah 1500V, VC tingkat kedua adalah 800V, dan VC tingkat ketiga adalah 400V.
Koordinasi waktu: Memanfaatkan perbedaan waktu respons perangkat (TSS ≈ 100ns, TVS ≈ 1ns) untuk mencapai respons cepat.