Liigpingepiirik

Liigpingepiirik on elektriaparaat, mis kaitseb elektripaigaldisi ja elektriseadmeid energiarikaste liigpingete eest. Liigpinged võivad tekkida pikselöögist, lülitamisprotsessist elektrivõrgus või võrguhäirest. Liigpingepiirikute olulisus on aina kasvamas, sest elektroonikaseadmeid kasutatakse üha rohkem. Samuti on elektroonikaseadmed liigpinge suhtes aina tundlikumad, sest seadmes olevad ahelad ja komponendid on toodetud võimalikult odavalt.

Liigpinge liigid

Elektripaigaldise tööd häirivad liigpinged jagatakse nende kestuse järgi transientseks ja ajutisteks liigpingeteks.

Transientliigpinge

Transientliigpinge on enamasti impulsilise iseloomuga ja kestus ei ole tavaliselt üle mõne millisekundi. Ohtu kujutavad nad ennekõike suure amplituudi pärast.

Transientliigpinged tekke järgi

Pikse- ehk välguliigpinge, mis tekib:

• Pikselöögi korral hoonesse või rajatisse, milles elektripaigaldis asub
• Paigaldise lähedal toimuvate välgulahenduste elektrostaatilise ja elektromagnetilise induktsiooni mõjul

Lülitusliigpinge, mis tekib:

• Induktiivsete elektriahelate väljalülitamisel
• Lahenduslampide süüturite rakendamisel
• Jõuelektroonika kommutatsiooniprotsessis, kui elektromagnetilisi häireid vältiv filter ei toimi

Elektrostaatiline, mis tekib:

• Elektrostaatiliste laengute lahendumisel

Ajutised liigpinged

Madalpingevõrgus võib ajutine liigpinge tekkida:

• Võrku toitva trafo kõrgepingepoolel tekkival maaühendusel
• TN-võrgu neutraal- või kaitsejuhi katkemisel
• IT-võrgu maaühendusel
• Pingeresonantsi puhul
• Pingeregulaatori rikke puhul

Ajutine liigpinge ei ületa nimipinget enamasti üle 1,5...2,5 korda. Seetõttu on oht vaid pikaajalie toime puhul. Kaitseks kasutatakse kaitselüliti liigpingevabastit või väljalülitamist liigpingereleega.

Elektriseadmete liigpinge taluvus

Impulssliigpingetaluvuse kategooriad nimipingel 230/400V

Impulssliigpingetaluvuse järgi jaotatakse madalpingeseadmed nelja kategooriasse.

I kategooria – erikaitset nõudvad liigpingetundlikud seadmed, näiteks arvutid, HiFi-seadmed ja muud pingetundlikud elektroonikaseadmed. Selliste seadmete nõutav impulsspingetaluvus on 1,5 kV.

II kategooria – erikaitset mittenõudvad kohtkindlasse võrku ühendatud tarvitid, näiteks kodumasinad ja kantavad elektritööriistad, mille nõutav impulsspingetaluvus on 2,5 kV.

III kategooria – kohtkindald elektripaigaldised, ning seadmed, millelt nõutakse kõrgemat töökindlust. Siia kuuluvad näiteks jaotuskeskused, kaitselülitid, kohtkindlad juhistikud (sh. Juhtmed, kaablid, latid, harukarbid, lülitid, pistikupesad), tööstusseadmed ja mõned muud kohtkindlad seadmed, näiteks kohtkindla võrguga ühendatud kohtkindlad mootorid. Sellese kategooriasse kuuluvate seadmete nõutav impulsspingetaluvus on 4 kV.

IV kategooria – tarbija liitumispunkti seadmed, sealhulgas hoonesisestuse juurde kuuluv kaitseaparatuur ja arvestid, ning tarbijaid toitvate elektrivarustusvõrkude aparatuur, mille nõtuav impulsspingtaluvus on 6 kV.

Liigpingepiirikute klassid

Eri paigalduskohtades nõutakse liigpingepiirikult erisugust rakendumispinget, rakendumiskiirust ning vastupidavust piirikut läbiva voolu soojuslikule ja elektrodünaamilisele toimele. Eristatakse nelja nõueteklassi:

• Klass A, kuhu kuuluvad õhuliinides kasutatavad piirikud
• Klass B, kuhu kuuluvad hoone vm. Ehitise elektrisisendis paiknevad piirikud, mis on ette nähtud peamiselt liigpingekategooriasse IV kuuluvate seadmete kaitseks
• Klass C, kuhu kuuluvad hoone või ehitise jaotusvõrgus (nt. jaotuskilpides) paiknevad piirikud, mis on ette nähtud peamiselt liigpingekategooriasse II ja III kuuluvate seadmete kaitseks
• Klass D, kuhu kuuluvad liigpingetundlike elektritarvitite ja toitevõrgu vahel paiknevad piirikud, mis on ette nähtud peamiselt liigpingekategooriasse I kuuluvate seadmete kaitseks (peenkaitse).

Liigpingepiiriku tööpõhimõte

Liigpingepiirikud peavad piirama pinget nii, et transientliigpingeimpulsi apmlituudväärtus ei ületaks kaitstava seadme impulsstaluvust. (Selleks peab pingepiiriku rakendumispinge olema kaitsevaruga) Oma talituspõhimõttelt jaotatakse liigpingepiirikud kolme rühma:

• Piirikud, mille aktiivtakistus alates rakendumispingest kiiresti, kuid sujuvalt väheneb. Nõnda töötavad varistoril ja laviindioodil põhinevad piirikud, mis liigpingeahelas toimivad pingejagurina ehk nende kaitsev toime põhineb pinge ümberjaotamisel.
• Piirikud, mille pinge tõusul üle teatava kriitilise pinge (rakendumispinge) tekib elektriline lahendus. Sellised piirikud võivad koosneda ühest või mitmest jadamisi ühendatud sädemikust ja nende kaitsev toime põhineb ahela eri potentsiaaliga punktide lühistamisel.
• Piirikud, mis sisaldavad mõlemat tüüpi, jadamisi või rööbiti ühendatud elemente (kombineeritud piirikud).

Varistor piirikud

Varistori läbilõige

Varistoriks nimetatakse takistit, mille takistus sõltub pingest. Varistor kujutab endast mittelineaarse voltapmertunnusjoonega takistit. Normaalpingel on takistus suur ning teda läbib tühine vool. Kui pinge kasvab, väheneb varistori takistus teatud pinge väärtusel järsult ja seega kasvab teda läbiv vool kiiresti, maandades pingeimpulsi energia. Tulemuseks on pingetõusu oluline piiramine varistori taga. Varistorpiirikutes kasutatakse tsinki. Tsinkoksiidvaristoril on kahe elektrit hästi juhtiva kontaktplaadi vahel tsink, mille pinge-voolu-tunnusjoon on järsu murdepunktiga 3,8 V juures. Varistoride tootmisel määrab nõutav nimipinge seega tsinkoksiidi kihipaksuse, nõutav läbistav vool aga varistori pindala. Varistorpiirikuid kasutatakse C- ja D-klassi liigpingepiirikute töötavaks elemendiks. C- ja D-klassi liigpingepiirikute kaitseelement võib olla vahetatav.

• 
  Varistori voolu-pinge tunnusjoon
• 
  Tsinkoksiidvaristori elemendid
• 
  Kõrgepinges kasutatav tsinkoksiidvaristoridest koosnev liigpingepiirik

Õhksädemikpiirikud

Õhksädemik-liigpingepiirik

Liigpinge piiramine õhksädemikuga põhineb sellel, et kui sädemikule rakendatud pinge ületab teatava kindla hetkväärtuse, mis oleneb elektroodide kujust ja vahekaugusest, tekib elektroodide vahel läbilöök. Seejärel elektroodide vaheline pinge väheneb kaare põlemispingeni. Õhksädemikke võib valmistada nii, et nad peavad vastu neid läbivale väga suurele välguvoolule. Õhksädemiku läbilöök tekitab elektriahelas lühise. Sädemikku läbib lisaks lahendusvoolule ka ahela lühisvool. Selle piirab elektrikaare takistus, kui aga kaart ei piirata või ei katkestata siis võib see saavutada oma arvutusliku maksimaal- ehk löökväärtuse. Elektrikaare katkestamine on õhksädemikpiiriku üks olulisemaid ülesandeid. Õhk sädemikke kasutatakse B- klassi kuuluvate elektriseadmete kaitseks.

Väärisgaaslahendid

Erinevalt õhksädemikest paikneb väärisgaaslahendi lahendusvahemik hermeetilises mingi väärisgaasiga (enamasti neooni või argooniga) täidetud kapslis. Elektroode võib olla kaks või kolm, kusjuures viimasel juhul on keskmine elektrood ühendatud kaitse- või potentsiaaliühtlustusjuhiga. Väärisgaaslahendeid valmistatakse tavaliselt nimirakendumispingega 70 V ... 15 kV ja nad võivad, olenevalt ehitusest, taluda vooluimpulsse 8/20 µs kuni 60 kA (tavaliselt siiski 2,5...10 kA).

• 
  Väärisgaaslahendiga liigpingepiirikud
• 
  Gaas liigpingepiirik

Viited

Kirjandus

• Kask, Rein (2001). Elektriaparaadid. Tallinn: Tallinna Polütehnikum, Energeetika õppesuund.
• Lahtmets, Rain (2006). Kaitseaparaadid. Tallinn: Tallinna Tehnikaülikool, Elektriajamite ja jõuelektroonika instituut.
• Risthein, Endel (2002). Madalpingepaigaldiste liigpingekaitse. Tallinn: Eesti Mortiz Hermann Jacobi selts.