อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก , อุปกรณ์ระงับไฟกระชาก, อุปกรณ์ระงับไฟกระชาก, อุปกรณ์เบี่ยงเบนไฟกระชาก^{[ 1 ]}อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD), อุปกรณ์ระงับแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะ (TVS) หรืออุปกรณ์ระงับไฟกระชากแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะ (TVSS) คือเครื่องใช้ไฟฟ้าหรืออุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อป้องกันอุปกรณ์ไฟฟ้าใน วงจร ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) จาก แรง ดันไฟฟ้ากระชากที่มีระยะเวลาสั้นมากซึ่งวัดเป็นไมโครวินาทีซึ่งอาจเกิดขึ้นจากสาเหตุต่างๆ รวมถึงฟ้าผ่าในบริเวณใกล้เคียง

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากจะจำกัดแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าให้อยู่ในระดับที่กำหนด โดยการลัดวงจรกระแสไฟฟ้าลงดินหรือดูดซับกระแสไฟที่พุ่งสูงขึ้นเมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลัน จึงช่วยป้องกันความเสียหายต่ออุปกรณ์ที่เชื่อมต่ออยู่

คุณสมบัติหลักที่บ่งบอกถึงอุปกรณ์นี้ ได้แก่ แรงดันหน่วง หรือแรงดันชั่วขณะที่อุปกรณ์เริ่มทำงาน ค่า จูลซึ่งเป็นหน่วยวัดปริมาณพลังงานที่สามารถดูดซับได้ต่อกระแสไฟกระชาก และเวลาตอบสนอง

คำว่าอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก ( SPD ) และอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันไฟเกิน ( TVSS ) ใช้เพื่ออธิบายอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มักติดตั้งในแผงจ่ายไฟระบบควบคุมกระบวนการระบบสื่อสาร และระบบอุตสาหกรรมหนักอื่นๆ เพื่อป้องกันไฟกระชากและไฟเกิน รวมถึงไฟกระชากที่เกิดจากฟ้าผ่าบางครั้งมีการติดตั้งอุปกรณ์เหล่านี้ในขนาดเล็กกว่าในแผงไฟฟ้าทางเข้าบริการที่อยู่อาศัยเพื่อป้องกันอุปกรณ์ในครัวเรือนจากอันตรายที่คล้ายคลึงกัน^{[ 2 ]}

ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ แรงดันไฟฟ้ากระชากเป็นเหตุการณ์ชั่วคราว โดยทั่วไปจะกินเวลา 1 ถึง 30 ไมโครวินาที ซึ่งอาจสูงถึงกว่า 1,000 โวลต์ ฟ้าผ่าที่สายส่งไฟฟ้าสามารถทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้ากระชากได้หลายพันโวลต์ มอเตอร์เมื่อปิดสวิตช์ก็สามารถสร้างแรงดันไฟฟ้ากระชากได้หลายร้อยโวลต์^{[ 3 ]}แรงดันไฟฟ้ากระชากสามารถทำให้ฉนวนของสายไฟเสื่อมสภาพและทำลายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่นหลอดไฟเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ โมเด็ม โทรทัศน์ (ทีวี) และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคอื่นๆ

แรงดันไฟฟ้ากระชากอาจเกิดขึ้นได้ในสายโทรศัพท์และสายข้อมูล เมื่อสายไฟหลักกระแสสลับเชื่อมต่อโดยไม่ได้ตั้งใจ หรือเมื่อฟ้าผ่า หรือหากสายโทรศัพท์และสายข้อมูลวิ่งผ่านใกล้กับสายที่มีแรงดันไฟฟ้ากระชากและเกิดการเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้าขึ้น

กระแส ไฟกระชากเกินพิกัดในระยะยาวซึ่งกินเวลาหลายวินาที นาที หรือชั่วโมง เกิดจากความผิดพลาดของหม้อแปลงไฟฟ้า เช่น สายกลางหลุด หรือข้อผิดพลาดอื่นๆ ของบริษัทไฟฟ้า อุปกรณ์ป้องกันกระแสไฟกระชากชั่วคราวจะไม่สามารถป้องกันได้ กระแสไฟกระชากในระยะยาวสามารถทำลายอุปกรณ์ป้องกันในอาคารหรือพื้นที่ทั้งหมดได้ แม้เพียงไม่กี่มิลลิวินาทีก็อาจนานเกินกว่าที่อุปกรณ์ป้องกันจะรับมือได้ กระแสไฟกระชากในระยะยาวอาจจะหรืออาจจะไม่สามารถรับมือได้ด้วยฟิวส์และรีเลย์ ป้องกันแรงดันเกิน

การเดินสายไฟของอาคารจะเพิ่มความต้านทานไฟฟ้าซึ่งจำกัดกระแสไฟกระชากที่ไปถึงโหลดเมื่อแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะมาถึงทางเข้าบริการ (จุดที่สายไฟของบริษัทผู้ให้บริการเข้าสู่ทรัพย์สิน) กระแสไฟกระชากจะน้อยลงเมื่อระยะทางของสายไฟยาวขึ้นและมีความต้านทานมากขึ้นระหว่างทางเข้าบริการและโหลด^{[ 4 ]}

โหลดประเภท A คือโหลดที่มีความยาวสายไฟมากกว่า 60 ฟุตจากจุดเชื่อมต่อไฟฟ้าไปยังโหลด โหลดประเภท A อาจสัมผัสกับ...6 kVและกระแสไฟกระชาก 0.5 กิโลแอมป์ โหลดประเภท B มีความยาวสายไฟระหว่าง 30 ถึง 60 ฟุตจากจุดเชื่อมต่อไฟฟ้าไปยังโหลด โหลดประเภท B อาจได้รับผลกระทบจาก6 kVและ3 kAโหลดประเภท C อยู่ห่างจากทางเข้าบริการไปยังโหลดไม่เกิน 30 ฟุต โหลดประเภท C อาจได้รับผลกระทบจาก20 kVและ10 kA . ^{[ 5 ]}

สามารถใช้สายต่อพ่วงแบบขดเพื่อเพิ่มความยาวสายไฟให้มากกว่า 60 ฟุต และเพิ่มความต้านทานระหว่างทางเข้าบริการและโหลดได้^{[ 6 ]}

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากชั่วคราวพยายามจำกัดแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าโดยการบล็อกหรือลัดวงจรกระแสไฟฟ้าเพื่อลดแรงดันไฟฟ้าให้ต่ำกว่าเกณฑ์ที่ปลอดภัย การบล็อกทำได้โดยใช้ตัวเหนี่ยวนำที่ยับยั้งการเปลี่ยนแปลงกระแสไฟฟ้าอย่างกะทันหัน การลัดวงจรทำได้โดยใช้ตัวเก็บประจุที่ยับยั้งการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าอย่างกะทันหัน หรือโดยใช้ช่องว่าง ประกาย ไฟหลอดปล่อยประจุเซ มิคอนดักเตอร์ แบบซีเนอร์เอฟเฟกต์หรือตัวต้านทานโลหะออกไซด์ (MOV) ซึ่งทั้งหมดจะเริ่มนำกระแสไฟฟ้าเมื่อถึงเกณฑ์แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด^{[ 7 ]}อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากบางชนิดใช้องค์ประกอบหลายอย่าง

ในวิธีการลัดวงจร สายไฟจะถูกลัดวงจรเข้าด้วยกันชั่วคราว (เช่น โดยใช้ช่องว่างประกายไฟ) หรือถูกจำกัดแรงดันไว้ที่ค่าเป้าหมาย (เช่น โดยใช้ MOV) ส่งผลให้กระแสไฟฟ้าไหลปริมาณมาก แรงดันไฟกระชากจะลดลงเมื่อกระแสไฟฟ้าที่เกิดจากการลัดวงจรไหลผ่านความต้านทานในสายไฟ พลังงานของแรงดันไฟกระชากจะถูกกระจายไปในสายไฟหรือลงดินหรือในอุปกรณ์ป้องกัน และเปลี่ยนเป็นความร้อน เนื่องจากแรงดันไฟกระชากเกิดขึ้นเพียงไม่กี่สิบไมโครวินาที อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจึงน้อยมาก อย่างไรก็ตาม หากแรงดันไฟกระชากมีขนาดใหญ่หรือเกิดขึ้นนานพอ อุปกรณ์ป้องกันอาจเสียหายและสายไฟอาจชำรุดได้

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากสำหรับบ้านอาจเป็นแบบปลั๊กพ่วงที่ใช้ภายในบ้าน หรือแบบติดตั้งภายนอกที่แผงควบคุมไฟฟ้า ปลั๊กไฟในบ้านสมัยใหม่ใช้สายไฟสามเส้น ได้แก่ สายไฟ (Line), สายกลาง (Neutral) และสายดิน (Ground) อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากหลายชนิดจะเชื่อมต่อระหว่างสายไฟทั้งสามเส้นเป็นคู่ๆ (สายไฟ–สายกลาง, สายไฟ–สายดิน และสายกลาง–สายดิน) เนื่องจากมีบางสถานการณ์ เช่น ฟ้าผ่า ที่ทั้งสายไฟและสายกลางมีแรงดันไฟฟ้าสูงผิดปกติ ซึ่งจำเป็นต้องลัดวงจรลงดิน

นอกจากนี้ อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากสำหรับผู้บริโภคบางรุ่นยังมีพอร์ตสำหรับอีเธอร์เน็ตเคเบิลทีวี (CATV) และบริการโทรศัพท์ทั่วไปและการเสียบอุปกรณ์เหล่านี้จะช่วยให้อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากสามารถป้องกันอุปกรณ์เหล่านี้จากความเสียหายทางไฟฟ้าภายนอกได้^{[ 8 ]}

คุณลักษณะของ TVS กำหนดให้ตอบสนองต่อแรงดันเกินได้เร็วกว่าส่วนประกอบป้องกันแรงดันเกินทั่วไปอื่นๆ เช่นวาริสเตอร์หรือหลอดปล่อยประจุแก๊ส (GDT) ทำให้ TVS มีประโยชน์ในการป้องกันแรงดันไฟกระชากที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วและมักก่อให้เกิดความเสียหาย แรงดันไฟกระชากที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วเหล่านี้มีอยู่ในเครือข่ายการกระจายไฟฟ้าทั้งหมด และอาจเกิดจากเหตุการณ์ภายในหรือภายนอก เช่นฟ้าผ่าหรือการเกิดประกายไฟ จาก มอเตอร์^{[ 9 ]}

ไดโอดป้องกันแรงดันไฟเกินชั่ว ขณะ (Transient voltage suppression diodes หรือ TVS) ใช้สำหรับ ป้องกัน การปล่อยประจุไฟฟ้าสถิต แบบทิศทางเดียวหรือสอง ทิศทางของสายส่งหรือสายข้อมูลในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ TVS ที่ใช้ MOV (Motor Voltage Valve) ใช้เพื่อป้องกันอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ภายในบ้านและระบบจำหน่ายไฟฟ้า และอาจรองรับความผิดปกติของการจ่ายพลังงานในระดับอุตสาหกรรม ช่วยลดเวลาหยุดทำงานและความเสียหายต่ออุปกรณ์ ระดับพลังงานในแรงดันไฟเกินชั่วขณะสามารถเทียบได้กับพลังงานที่วัดเป็น จูล หรือสัมพันธ์กับกระแสไฟฟ้า เมื่ออุปกรณ์ได้รับการจัดอันดับสำหรับการใช้งานต่างๆ แรงดันไฟเกินที่เกิดขึ้นเป็น ช่วงๆเหล่านี้สามารถวัดได้ด้วยมิเตอร์อิเล็กทรอนิกส์เฉพาะทางที่สามารถแสดงความผิดปกติของพลังงานที่มีแอมพลิจูดหลายพันโวลต์ซึ่งกินเวลาเพียงไม่กี่ไมโครวินาทีหรือน้อยกว่านั้น

เป็นไปได้ที่ MOV จะร้อนเกินไปเมื่อสัมผัสกับแรงดันไฟฟ้าเกินที่มากพอที่จะทำให้ MOV เริ่มนำไฟฟ้า แต่ไม่มากพอที่จะทำลายมันหรือทำให้ฟิวส์บ้านขาด หากสภาวะแรงดันไฟฟ้าเกินยังคงอยู่นานพอที่จะทำให้ MOV ร้อนขึ้นอย่างมาก อาจส่งผลให้เกิดความเสียหายจากความร้อนต่ออุปกรณ์และอาจทำให้เกิดไฟไหม้ได้^{[ 10 ] [ 11 ]}

ปลั๊กพ่วงหลายรุ่นมีระบบป้องกันไฟกระชากในตัว ซึ่งโดยทั่วไปจะมีการระบุไว้ อย่างไรก็ตาม ในประเทศที่ไม่มีกฎระเบียบควบคุม ปลั๊กพ่วงที่ติดป้ายว่า "ป้องกันไฟกระชาก" หรือ "ป้องกันไฟเกิน" อาจมีเพียงตัวเก็บประจุ วงจรป้องกัน คลื่นรบกวนหรือไม่มีอะไรเลย และไม่ได้ให้การป้องกันไฟกระชากอย่าง แท้จริง

ฟ้าผ่าและไฟกระชากพลังงานสูงอื่นๆ สามารถลดทอนได้ด้วยอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแบบติดตั้งบนเสาโดยบริษัทไฟฟ้า หรือด้วยอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากสำหรับทั้งบ้านที่เจ้าของบ้านจัดหาเอง ผลิตภัณฑ์ป้องกันไฟกระชากสำหรับทั้งบ้านมีราคาแพงกว่าอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแบบปลั๊กเดียว และมักต้องติดตั้งโดยช่างผู้เชี่ยวชาญที่จุดจ่ายไฟหลัก อย่างไรก็ตาม ผลิตภัณฑ์เหล่านี้จะช่วยป้องกันไฟกระชากจากสายไฟไม่ให้เข้าสู่บ้านได้ ความเสียหายจากฟ้าผ่าโดยตรงผ่านเส้นทางอื่นๆ เช่น สายโทรศัพท์ ต้องได้รับการจัดการแยกต่างหาก

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก ( Surge Arrester ) หรือ อุปกรณ์ ระงับแรงดันไฟกระชากชั่วคราว (Transient Voltage Surge Suppressor : TVSS) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ป้องกันอุปกรณ์ใน ระบบส่ง และจำหน่ายไฟฟ้าเกณฑ์ด้านพลังงานสำหรับวัสดุฉนวนต่างๆ สามารถเปรียบเทียบได้โดยใช้ค่าอัตราส่วนแรงดันกระตุ้น (Impulse Ratio) อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากควรมีค่าอัตราส่วนแรงดันกระตุ้นต่ำ เพื่อให้ไฟกระชากที่เกิดขึ้นกับอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากสามารถถูกส่งต่อลงดินแทนที่จะผ่านอุปกรณ์นั้นไป

เพื่อป้องกันอุปกรณ์จากไฟกระชากที่เกิดขึ้นบนตัวนำที่เชื่อมต่ออยู่ จึงต้องติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (surge arrester) เข้ากับตัวนำก่อนที่จะเข้าสู่อุปกรณ์ อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากนี้ยังต่อลงดินด้วย และทำงานโดยการส่งพลังงานจากไฟกระชากเกินแรงดันลงดินหากเกิดขึ้น ในขณะเดียวกันก็แยกตัวนำออกจากดินที่แรงดันใช้งานปกติ โดยทั่วไปแล้วจะทำได้โดยใช้ตัวต้านทานปรับค่าได้ (varistor) ซึ่งมีค่าความต้านทานแตกต่างกันอย่างมากที่แรงดันต่างๆ

โดยทั่วไปแล้ว อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากไม่ได้ออกแบบมาเพื่อป้องกันฟ้าผ่า โดยตรง ต่อตัวนำ แต่เพื่อป้องกันกระแสไฟฟ้าชั่วคราวที่เกิดจากฟ้าผ่าที่เกิดขึ้นในบริเวณใกล้เคียงกับตัวนำ^{[ 12 ]}ฟ้าผ่าลงสู่พื้นดินทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าลงดินที่สามารถไหลผ่านตัวนำที่ฝังอยู่ใต้ดินและเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไฟฟ้าชั่วคราวที่แพร่กระจายออกไปทางปลายตัวนำ การเหนี่ยวนำแบบเดียวกันนี้เกิดขึ้นในตัวนำเหนือศีรษะและเหนือพื้นดิน ซึ่งได้รับพลังงานจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ในบรรยากาศ ที่เกิดจากฟ้าผ่า

โดยทั่วไปแล้ว ข้อสันนิษฐานเกี่ยวกับฟ้าผ่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งตามมาตรฐาน ANSI/IEEE C62.41 และ UL 1449 (ฉบับที่ 3) คือ กระแสไฟฟ้ากระชากขั้นต่ำที่เกิดจากฟ้าผ่าภายในอาคารโดยทั่วไปอยู่ที่ 10,000 แอมแปร์ หรือ 10 กิโลแอมแปร์ (kA) โดยอิงจากกระแสไฟฟ้า 20 kA ที่ตกกระทบสายไฟ กระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะไหลไปในทิศทางทั้งสองอย่างเท่าๆ กันบนสายไฟ และกระแสไฟฟ้า 10 kA จะไหลเข้าสู่อาคาร ข้อสันนิษฐานเหล่านี้เป็นการประมาณค่าเฉลี่ยสำหรับการทดสอบตามมาตรฐานขั้นต่ำ แม้ว่า 10 kA โดยทั่วไปจะเพียงพอสำหรับการป้องกันฟ้าผ่าขั้นต่ำ แต่ก็เป็นไปได้ที่ฟ้าผ่าจะส่งกระแสไฟฟ้าได้มากถึง 200 kA ไปยังสายไฟ โดยมีกระแสไฟฟ้า 100 kA ไหลไปในแต่ละทิศทาง

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากสามารถป้องกันได้เฉพาะไฟกระชากที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วจากฟ้าผ่าเท่านั้น และจะไม่สามารถป้องกันการเกิดไฟฟ้าช็อตจากการถูกฟ้าผ่าโดยตรงได้ ไฟกระชากที่คล้ายกับที่เกิดจากฟ้าผ่า เช่น จากการสลับวงจรไฟฟ้าแรงสูง อาจถูกระบายลงดินได้อย่างปลอดภัย อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์เหล่านี้ไม่สามารถป้องกัน กระแสเกิน อย่างต่อเนื่อง ได้ พลังงานในไฟกระชากที่ถูกจัดการนั้นน้อยกว่าพลังงานจากฟ้าผ่าอย่างมาก แต่ก็ยังมีปริมาณมากพอที่จะทำให้เกิดความเสียหายต่ออุปกรณ์และมักต้องการการป้องกัน

หากไม่มีฉนวนหุ้มที่หนามาก ซึ่งโดยทั่วไปแล้วมีราคาสูงเกินไป ตัวนำส่วนใหญ่ที่มีความยาวมากกว่าประมาณ 50 ฟุต (15 เมตร) จะประสบกับกระแสไฟกระชากที่เกิดจากฟ้าผ่าในระหว่างการใช้งาน เนื่องจากกระแสไฟกระชากมักเริ่มต้นที่จุดใดจุดหนึ่งระหว่างปลายทั้งสองของตัวนำ การใช้งานส่วนใหญ่จึงติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (Surge Arrester) ที่ปลายแต่ละด้านก่อนที่ตัวนำจะเชื่อมต่อกับอุปกรณ์แต่ละชิ้นที่ต้องการป้องกัน ตัวนำแต่ละเส้นจะต้องได้รับการป้องกัน เนื่องจากแต่ละเส้นจะมีกระแสไฟกระชากเกิดขึ้นเอง และอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแต่ละตัวจะต้องมีเส้นทางลงดินเพื่อเบี่ยงเบนกระแสไฟกระชากออกจากส่วนประกอบที่ได้รับการป้องกันอย่างปลอดภัย

ข้อยกเว้นที่สำคัญประการหนึ่งที่ไม่ได้ติดตั้งอุปกรณ์ดังกล่าวที่ปลายทั้งสองด้านคือในระบบจำหน่ายไฟฟ้าแรงสูง โดยทั่วไปแล้ว แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำไม่สูงพอที่จะก่อให้เกิดความเสียหายที่ปลายสายส่งด้านผลิตไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม การติดตั้งที่ทางเข้าบริการของอาคารเป็นสิ่งสำคัญในการปกป้องผลิตภัณฑ์ปลายทางที่ไม่แข็งแรงทนทานเท่า

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันต่ำ

ใช้ในระบบจำหน่ายไฟฟ้าแรงดันต่ำ การเปลี่ยนอุปกรณ์ป้องกันเครื่องใช้ไฟฟ้าขดลวดหม้อแปลงไฟฟ้า แรงดันต่ำ

ตัวป้องกันการรั่วซึม

ใช้ในระบบจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับ 3, 6 และ 10 kV เพื่อป้องกันหม้อแปลงไฟฟ้า สายเคเบิล และอุปกรณ์โรงไฟฟ้า

ตัวกันไฟชนิดสถานีแบบวาล์วทั่วไป

ใช้สำหรับปกป้องอุปกรณ์สถานีแปลงไฟฟ้า 3 ~ 220 kV และระบบสื่อสาร

ตัวหยุดฉุกเฉินสถานีวาล์วเป่าลมแม่เหล็ก

ใช้สำหรับป้องกันระบบสื่อสาร 35 ~ 500 kV หม้อแปลง และอุปกรณ์อื่นๆ

การป้องกันเครื่องจักรหมุนโดยใช้ตัวหยุดวาล์วลมแม่เหล็ก

ใช้สำหรับป้องกันฉนวนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับและมอเตอร์ไฟฟ้า

ตัวหยุดลมแม่เหล็กแบบสาย

ใช้สำหรับป้องกันฉนวนของระบบสื่อสารและอุปกรณ์วงจรที่มีแรงดันไฟฟ้า 330 kV ขึ้นไป

อุปกรณ์ป้องกันกระแสตรง (DC) หรือแบบวาล์วเป่าลม

ใช้เพื่อป้องกันฉนวนของระบบไฟฟ้ากระแสตรงของอุปกรณ์ไฟฟ้า

อุปกรณ์ป้องกันไฟตกแบบเป็นกลาง

ใช้กับมอเตอร์หรืออุปกรณ์ป้องกันสายกลางของหม้อแปลง

ตัวหยุดสัญญาณไฟแบบท่อไฟเบอร์

นำไปใช้กับสายไฟของโรงไฟฟ้า

อุปกรณ์ดักจับสัญญาณแบบเสียบปลั๊ก

ใช้กับสายส่งสัญญาณแบบคู่บิดเกลียวเพื่อปกป้องระบบสื่อสารและระบบคอมพิวเตอร์

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากความถี่สูง

ใช้สำหรับป้องกันไมโครเวฟ สถานีฐานเคลื่อนที่ เครื่องรับสัญญาณดาวเทียม ฯลฯ

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแบบเต้ารับ

ใช้เพื่อปกป้องอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ปลายทาง

ตัวดักสัญญาณ

ใช้ได้กับโมเด็ม, สาย DDN, แฟกซ์, โทรศัพท์, วงจรสัญญาณควบคุมกระบวนการ ฯลฯ

อุปกรณ์ดักจับสัญญาณเครือข่าย

นำไปใช้กับเซิร์ฟเวอร์ เวิร์กสเตชัน อินเทอร์เฟซ ฯลฯ

อุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าสำหรับสายเคเบิลโคแอกเซียล

ใช้กับสายเคเบิลโคแอกเซียลเพื่อป้องกันระบบส่งและรับสัญญาณไร้สาย

นี่คือคุณสมบัติเด่นบางประการที่ใช้กำหนดคุณสมบัติของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากสำหรับไฟบ้าน AC รวมถึงการใช้งานด้านการป้องกันการสื่อสารข้อมูลบางประเภท

หรือที่รู้จักกันในชื่อแรงดันไฟฟ้าที่ผ่านได้ แรงดันไฟฟ้านี้ระบุว่าแรงดันไฟฟ้ากระชากเท่าใดที่จะทำให้ส่วนประกอบป้องกันภายในอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากลัดวงจรหรือตัดการทำงาน^{[ 13 ] [ 14 ]}แรงดันไฟฟ้าตัดการทำงานที่ต่ำกว่าแสดงถึงการป้องกันที่ดีกว่า แต่บางครั้งอาจส่งผลให้อายุการใช้งานโดยรวมของระบบป้องกันสั้นลง ระดับการป้องกันต่ำสุดสามระดับที่กำหนดไว้ในการจัดอันดับ ULคือ 330, 400 และ 500 V แรงดันไฟฟ้าที่ผ่านได้มาตรฐานสำหรับอุปกรณ์ 120 VAC คือ 330 โวลต์ อุปกรณ์ป้องกันที่มีแรงดันไฟฟ้าที่ผ่านได้สูงกว่าจะส่งผ่านแรงดันไฟฟ้ากระชากที่สูงกว่าไปยังอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ การออกแบบของอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อจะเป็นตัวกำหนดว่าแรงดันไฟฟ้ากระชากที่ผ่านเข้ามานี้จะทำให้เกิดความเสียหายหรือไม่ มอเตอร์และอุปกรณ์เชิงกลมักจะไม่ได้รับผลกระทบ ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์บางอย่าง (โดยเฉพาะรุ่นเก่า) เช่น เครื่องชาร์จ หลอดไฟ LED หรือ CFL และเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ใช้คอมพิวเตอร์นั้นมีความไวต่อแรงดันไฟฟ้ากระชาก อาจเสียหายและมีอายุการใช้งานลดลง

Underwriters Laboratories (UL) ^{[ 15 ]}ซึ่งเป็นบริษัทวิทยาศาสตร์ความปลอดภัยอิสระระดับโลก ได้กำหนดวิธีการใช้งานอุปกรณ์ป้องกันอย่างปลอดภัย การปฏิบัติตามมาตรฐาน UL 1449 เป็นข้อบังคับในเขตอำนาจศาลที่นำ NEC ฉบับที่ 3 มาใช้ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2552 เพื่อเพิ่มความปลอดภัยเมื่อเทียบกับผลิตภัณฑ์ที่สอดคล้องกับฉบับที่ 2 การทดสอบแรงดันไฟฟ้าจำกัดที่วัดได้ โดยใช้กระแสไฟฟ้า (และพลังงาน) ที่สูงกว่าถึงหกเท่า จะกำหนดระดับการป้องกันแรงดันไฟฟ้า (VPR) สำหรับอุปกรณ์ป้องกันเฉพาะ แรงดันไฟฟ้านี้อาจสูงกว่าเมื่อเทียบกับระดับแรงดันไฟฟ้าที่ถูกระงับ (SVR) ในฉบับก่อนหน้าที่วัดแรงดันไฟฟ้าที่ผ่านด้วยกระแสไฟฟ้าน้อยกว่า เนื่องจากลักษณะที่ไม่เป็นเชิงเส้นของอุปกรณ์ป้องกัน แรงดันไฟฟ้าที่ผ่านซึ่งกำหนดโดยการทดสอบฉบับที่ 2 และฉบับที่ 3 จึงไม่สามารถเปรียบเทียบกันได้^{[ 16 ]}อุปกรณ์ป้องกันอาจมีขนาดใหญ่ขึ้นเพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าที่ผ่านเท่ากันในระหว่างการทดสอบฉบับที่ 3 ดังนั้น อุปกรณ์ป้องกันฉบับที่ 3 หรือใหม่กว่าจึงควรให้ความปลอดภัยที่เหนือกว่าพร้อมอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น

ค่าจูล (Joule rating) กำหนดปริมาณพลังงานที่อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแบบ MOV สามารถดูดซับได้ในเหตุการณ์เดียวโดยไม่เกิดความเสียหาย อุปกรณ์ป้องกันที่ดีกว่าจะเกิน 1,000 จูล และ 40,000 แอมแปร์ เนื่องจากระยะเวลาจริงของการเกิดไฟกระชากนั้นเพียงประมาณ 10 ไมโครวินาที พลังงานที่สูญเสียไปจริงจึงต่ำ หากเกินค่าที่กำหนด MOV จะไหม้หรือละลายและลัดวงจรอย่างถาวร ซึ่งในอุดมคติแล้วจะทำให้ฟิวส์ขาดและตัดการเชื่อมต่อ MOV และอุปกรณ์ที่ได้รับการป้องกันออกจากแหล่งจ่ายไฟ

ตามกฎของโอห์มอุปกรณ์ป้องกันไฟเกิน (MOV หรืออุปกรณ์ป้องกันอื่นๆ ที่ต่อขนานกับสายไฟ) จำเป็นต้องมีค่าความต้านทานในสายส่งเพื่อจำกัดแรงดันไฟฟ้า สำหรับอุปกรณ์ที่ใช้สายไฟขนาดใหญ่และมีความต้านทานต่ำ จะต้องใช้ MOV ที่มีค่าพลังงานจูลสูงกว่า ส่วนภายในบ้านที่มีสายไฟขนาดเล็กกว่าและมีความต้านทานสูงกว่านั้น สามารถใช้ MOV ที่มีค่าพลังงานจูลต่ำกว่าได้

ทุกครั้งที่ MOV เกิดการลัดวงจร โครงสร้างภายในจะเปลี่ยนแปลงไป และแรงดันเกณฑ์จะลดลงเล็กน้อย หลังจากเกิดไฟกระชากหลายครั้ง แรงดันเกณฑ์อาจลดลงจนใกล้เคียงกับแรงดันไฟบ้าน เช่น 120 หรือ 240 โวลต์ AC ในจุดนี้ MOV จะนำไฟฟ้าได้บางส่วนและเกิดความร้อนสูงขึ้น จนในที่สุดก็จะเสียหาย บางครั้งอาจเกิดการหลอมละลายอย่างรุนแรงหรือแม้กระทั่งไฟไหม้ อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากสมัยใหม่ส่วนใหญ่มีเบรกเกอร์วงจรและฟิวส์ความร้อนเพื่อป้องกันผลกระทบร้ายแรง นอกจากนี้หลายรุ่นยังมีไฟ LED เพื่อแสดงว่า MOV ยังทำงานอยู่หรือไม่

โดยทั่วไปแล้ว ค่าจูลจะถูกอ้างถึงเพื่อเปรียบเทียบอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแบบ MOV โดยเฉลี่ยแล้วไฟกระชากจะมีระยะเวลาสั้นมาก ตั้งแต่ระดับนาโนวินาทีถึงไมโครวินาทีและพลังงานไฟกระชากที่จำลองขึ้นจากการทดลองอาจน้อยกว่า 100 จูล^{[ 17 ]}อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากที่ออกแบบมาอย่างดีจะพิจารณาความต้านทานของสายไฟที่จ่ายพลังงาน โอกาสที่จะเกิดฟ้าผ่าหรือไฟกระชากที่มีพลังงานสูงอื่นๆ และระบุค่า MOV ให้เหมาะสม

ตามมาตรฐานการทดสอบของอุตสาหกรรม โดยอิงตาม สมมติฐานของ IEEEและANSIกระแสไฟกระชากในสายส่งไฟฟ้าภายในอาคารอาจสูงถึง 6,000 โวลต์ และ 3,000 แอมแปร์ และให้พลังงานสูงถึง 90 จูล ซึ่งรวมถึงกระแสไฟกระชากจากแหล่งภายนอก ไม่รวมฟ้าผ่า

ผู้ผลิตบางรายออกแบบอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากที่มีค่าจูลสูงกว่าโดยการต่อ MOV หลายตัวแบบขนาน ซึ่งอาจทำให้ค่าที่ได้คลาดเคลื่อนได้ เนื่องจาก MOV แต่ละตัวมีเกณฑ์แรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันเล็กน้อยและมีการตอบสนองที่ไม่เป็นเชิงเส้นเมื่อสัมผัสกับเส้นโค้งแรงดันไฟฟ้าเดียวกัน MOV บางตัวอาจมีความไวมากกว่าตัวอื่น ๆ ซึ่งอาจทำให้ MOV ตัวหนึ่งในกลุ่มนำกระแสมากกว่า (ปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการแย่งกระแส ) นำไปสู่การใช้งานเกินกำลังและอาจทำให้ส่วนประกอบนั้นเสียหายก่อนกำหนด ปัญหาอีกประการหนึ่งคือ หากใส่ฟิวส์แบบอินไลน์ตัวเดียวอนุกรมกับกลุ่ม MOV ที่ต่อขนานกันเพื่อเป็นคุณสมบัติความปลอดภัยในการตัดวงจร ฟิวส์จะตัดวงจรและตัดการทำงานของ MOV ที่เหลือทั้งหมด การระบุค่าจูลที่แท้จริงว่าเป็นผลรวมของ MOV แต่ละตัวจึงไม่สะท้อนถึงความสามารถในการหนีบกระแสทั้งหมดอย่างแม่นยำ

ความ สามารถในการดูดซับพลังงานกระชาก ที่มีประสิทธิภาพของระบบทั้งหมดขึ้นอยู่กับการจับคู่ MOV ดังนั้นโดยทั่วไปจึงต้องลดกำลังลง 20% หรือมากกว่านั้น ข้อจำกัดนี้สามารถจัดการได้โดยการใช้ชุด MOV ที่จับคู่กันอย่างระมัดระวัง ^{[ 18 ] [ 19 ]}

ผู้ผลิต MOV รายหนึ่งแนะนำให้ใช้ MOV ที่มีขนาดเล็กกว่าแต่มีขนาดใหญ่กว่า (เช่น เส้นผ่านศูนย์กลาง 60 มม. เทียบกับ 40 มม.) หากสามารถใส่ลงในอุปกรณ์ได้ นอกจากนี้ยังแนะนำให้ใช้ MOV ขนาดเล็กหลายตัวที่จับคู่กันและลดพิกัด ในบางกรณี อาจต้องใช้ MOV ขนาด 40 มม. สี่ตัวเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพเทียบเท่ากับ MOV ขนาด 60 มม. หนึ่งตัว^{[ 19 ]}

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากไม่ได้ทำงานทันที มีความล่าช้าเล็กน้อยเพียงไม่กี่นาโนวินาที ด้วยเวลาตอบสนองที่นานขึ้นและขึ้นอยู่กับความต้านทานของระบบ อุปกรณ์ที่เชื่อมต่ออาจได้รับผลกระทบจากไฟกระชาก โชคดีที่โดยทั่วไปแล้วไฟกระชากจะช้ากว่ามากและใช้เวลาเพียงไม่กี่ไมโครวินาทีในการไปถึงแรงดันสูงสุด อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากที่มีเวลาตอบสนองระดับนาโนวินาทีโดยทั่วไปจะทำงานได้เร็วพอที่จะระงับส่วนที่ก่อให้เกิดความเสียหายมากที่สุดของไฟกระชาก^{[ 20 ]}

ดังนั้น เวลาตอบสนองภายใต้การทดสอบมาตรฐานจึงไม่ใช่มาตรวัดที่มีประโยชน์สำหรับความสามารถของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากเมื่อเปรียบเทียบอุปกรณ์ MOV อุปกรณ์ MOV ทุกตัวมีเวลาตอบสนองที่วัดเป็นนาโนวินาที ในขณะที่รูปคลื่นทดสอบที่มักใช้ในการออกแบบและปรับเทียบอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากนั้นอิงตามรูปคลื่นจำลองของไฟกระชากที่วัดเป็นไมโครวินาที เทคโนโลยีที่ตอบสนองช้ากว่า (โดยเฉพาะ GDT) อาจมีปัญหาในการป้องกันไฟกระชากที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว ดังนั้น การออกแบบที่ดีที่รวมเอาเทคโนโลยีที่ช้ากว่าแต่มีประโยชน์อื่นๆ มักจะรวมเข้ากับส่วนประกอบที่ทำงานได้เร็วขึ้นเพื่อให้การป้องกันที่ครอบคลุมมากขึ้น^{[ 21 ]}

มาตรฐานบางประการที่เกี่ยวข้องกับการป้องกันไฟกระชาก ได้แก่:

• IEC 61643-11 อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันต่ำ – ส่วนที่ 11: อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากที่เชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้าแรงดันต่ำ – ข้อกำหนดและวิธีการทดสอบ (แทนที่ IEC 61643-1)
• IEC 61643-21 อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันต่ำ – ส่วนที่ 21: อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากที่เชื่อมต่อกับเครือข่ายโทรคมนาคมและสัญญาณ – ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพและวิธีการทดสอบ
• มาตรฐาน IEC 61643-22 อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแรงดันต่ำ – ส่วนที่ 22: อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากที่เชื่อมต่อกับเครือข่ายโทรคมนาคมและสัญญาณ – หลักการเลือกและการใช้งาน
• ห้องน้ำในตัว 61643-11, 61643-21 และ 61643-22
• เอกสารอ้างอิงทางเทคนิคของ Telcordia Technologies TR-NWT-001011
• ANSI / IEEE C62.xx
• ห้องปฏิบัติการอันเดอร์ไรเซอร์ (UL) 1449
• AS/NZS 1768

แต่ละมาตรฐานกำหนดคุณลักษณะของอุปกรณ์ป้องกัน เวกเตอร์ทดสอบ หรือวัตถุประสงค์ในการใช้งานที่แตกต่างกัน

มาตรฐาน UL ฉบับที่ 3 1449 สำหรับ SPD เป็นการเขียนใหม่ครั้งใหญ่ของฉบับก่อนหน้าและได้รับการยอมรับเป็นมาตรฐาน ANSI เป็นครั้งแรก^{[ 22 ]}การแก้ไขเพิ่มเติมในภายหลังในปี 2015 ได้รวมวงจรแรงดันต่ำสำหรับ พอร์ตชาร์จ USBและแบตเตอรี่ที่เกี่ยวข้อง^{[ 23 ] [ 24 ]}

มาตรฐาน EN 62305 และ ANSI/IEEE C62.xx กำหนดว่าอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากควรเบี่ยงเบนกระแสไฟกระชากแบบใดบ้าง มาตรฐาน EN 61643-11 และ 61643-21 ระบุทั้งประสิทธิภาพและข้อกำหนดด้านความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์ ในทางตรงกันข้าม IEC เป็นเพียงผู้กำหนดมาตรฐานเท่านั้น และไม่ได้ให้การรับรองผลิตภัณฑ์ใดๆ ว่าเป็นไปตามมาตรฐานเหล่านั้น สมาชิกของโครงการ CB Scheme ซึ่งเป็นข้อตกลงระหว่างประเทศ ใช้มาตรฐาน IEC ในการทดสอบและรับรองความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์

มาตรฐานเหล่านั้นไม่มีข้อใดรับประกันได้ว่าอุปกรณ์ป้องกันจะให้การป้องกันที่เหมาะสมในทุกการใช้งาน มาตรฐานแต่ละข้อกำหนดว่าอุปกรณ์ป้องกันควรทำอะไรหรืออาจทำอะไรได้บ้าง โดยอิงจากการทดสอบตามมาตรฐาน ซึ่งอาจตรงหรือไม่ตรงกับสภาพการณ์ในสถานการณ์จริงก็ได้ อาจจำเป็นต้องมีการวิเคราะห์ทางวิศวกรรมเฉพาะทางเพื่อให้มั่นใจได้ว่ามีการป้องกันที่เพียงพอ โดยเฉพาะในสถานการณ์ที่มีความเสี่ยงสูงต่อฟ้าผ่า

มาตรฐานต่อไปนี้ไม่ใช่มาตรฐานสำหรับอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแบบแยกส่วน แต่มีจุดประสงค์เพื่อทดสอบความทนทานต่อไฟกระชากในอุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์โดยรวม ดังนั้นจึงมักใช้ในการออกแบบและทดสอบวงจรป้องกันไฟกระชาก

• IEC 61000-4-2การทดสอบความทนทานต่อการปล่อยประจุไฟฟ้าสถิต
• IEC 61000-4-4การทดสอบความทนทานต่อการเปลี่ยนแปลง/การระเบิดของกระแสไฟฟ้าอย่างรวดเร็ว
• การทดสอบความทนทานต่อไฟกระชากตามมาตรฐานIEC 61000-4-5

ระบบที่ใช้ในการลดหรือจำกัดไฟกระชากแรงดันสูงอาจประกอบด้วย ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ประเภทต่อไปนี้อย่างน้อยหนึ่งประเภท^{[ 25 ]}ระบบระงับไฟกระชากบางระบบใช้เทคโนโลยีหลายอย่าง เนื่องจากแต่ละวิธีมีจุดแข็งและจุดอ่อน^{[ 21 ] [ 26 ] [ 27 ]} หกวิธีแรกที่ระบุไว้ทำงานโดยการเบี่ยงเบนพลังงานไฟกระชาก ที่ไม่ต้องการออกจากโหลดที่ได้รับการป้องกัน ผ่านส่วนประกอบป้องกันที่เชื่อมต่อใน โทโพโลยี แบบขนาน (หรือแบบขนาน) สองวิธีสุดท้ายยังบล็อกพลังงานที่ไม่ต้องการโดยใช้ส่วนประกอบป้องกันที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมกับแหล่งจ่ายไฟไปยังโหลดที่ได้รับการป้องกัน และนอกจากนี้อาจเบี่ยงเบนพลังงานที่ไม่ต้องการเช่นเดียวกับวิธีแรกๆ

วาริสเตอร์โลหะออกไซด์ (MOV) ประกอบด้วย วัสดุ เซมิคอนดักเตอร์ จำนวนมาก (โดยทั่วไปคือซิงค์ออกไซด์แบบ เม็ดเผาผนึก ) ที่สามารถนำกระแสขนาดใหญ่ได้เมื่อได้รับแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด^{[ 28 ]} โดยทั่วไป MOV จะจำกัดแรงดันไฟฟ้าไว้ที่ประมาณ 3 ถึง 4 เท่าของแรงดันไฟฟ้าวงจรปกติโดยการเบี่ยงเบนกระแสไฟกระชาก สามารถเชื่อมต่อ MOV หลายตัวแบบขนานเพื่อเพิ่มความสามารถในการรับกระแสและอายุการใช้งาน โดยต้องเป็นชุดที่เข้ากัน^{[ a ]}

MOV มีอายุการใช้งานจำกัดและเสื่อมสภาพเมื่อสัมผัสกับสัญญาณรบกวนขนาดใหญ่เพียงไม่กี่ครั้ง หรือสัญญาณรบกวนขนาดเล็กจำนวน มาก ^{[ 29 ] [ 30 ]}ทุกครั้งที่ MOV ทำงาน แรงดันเกณฑ์ของมันจะลดลงเล็กน้อย หลังจากเกิดสัญญาณรบกวนหลายครั้ง แรงดันเกณฑ์อาจลดลงจนใกล้เคียงกับแรงดันป้องกัน ไม่ว่าจะเป็นไฟหลักหรือข้อมูล ณ จุดนี้ MOV จะนำกระแสบ่อยขึ้นเรื่อยๆ ร้อนขึ้น และในที่สุดก็ล้มเหลว ในวงจรข้อมูล ช่องสัญญาณข้อมูลจะลัดวงจรและใช้งานไม่ได้ ในวงจรไฟฟ้า อาจเกิดการหลอมละลายอย่างรุนแรงหรือแม้แต่ไฟไหม้ได้หากไม่ได้รับการป้องกันด้วยฟิวส์ชนิดใดชนิดหนึ่ง^{[ 31 ]}

รางปลั๊กไฟป้องกันไฟกระชากและอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากสมัยใหม่มีเบรกเกอร์วงจรและฟิวส์ความร้อนเพื่อป้องกันผลกระทบร้ายแรง ฟิวส์ความร้อนจะตัดการเชื่อมต่อ MOV เมื่อร้อนเกินไป เฉพาะ MOV เท่านั้นที่จะถูกตัดการเชื่อมต่อ ทำให้ส่วนที่เหลือของวงจรยังคงทำงานต่อไปได้ แต่ไม่มีการป้องกันไฟกระชาก บ่อยครั้งจะมีไฟ LED เพื่อแสดงว่า MOV ยังคงทำงานอยู่หรือไม่^{[ 32 ]}

รางปลั๊กไฟรุ่นเก่าไม่มีฟิวส์ความร้อนและอาศัยเบรกเกอร์วงจร 10 หรือ 15 แอมป์ที่ให้มา ซึ่งจะไม่ตัดวงจรอย่างน่าเชื่อถือเมื่อ MOV ล้มเหลว MOV ที่ล้มเหลวเป็นความเสี่ยงต่อการเกิดไฟไหม้ ซึ่งเป็นเหตุผลสำหรับ มาตรฐาน UL1449 ของสมาคมป้องกันอัคคีภัยแห่งชาติ (NFPA) ^{[ 33 ]}ในปี 1986 และการแก้ไขเพิ่มเติมในภายหลังในปี 1998, 2009 และ 2015 ข้อกังวลหลักของ NFPA คือการป้องกันอัคคีภัย^{[ 34 ]}

ไดโอดป้องกันแรงดันไฟกระชากชั่วขณะ (TVS diode) เป็น ไดโอดชนิดหนึ่งที่สามารถจำกัดแรงดันไฟกระชากได้ ชิ้นส่วนเหล่านี้มีประสิทธิภาพในการจำกัดแรงดันไฟกระชากเร็วที่สุดในบรรดาอุปกรณ์ป้องกัน (ในทางทฤษฎีคือระดับพิโควินาที ) แต่มีความสามารถในการดูดซับพลังงานค่อนข้างต่ำ สามารถจำกัดแรงดันไฟกระชากให้ต่ำกว่าสองเท่าของแรงดันไฟใช้งานปกติได้ หากไม่เกินค่าความสามารถในการดูดซับพลังงานที่ระบุไว้ อายุการใช้งานของไดโอดเหล่านี้จะยาวนานเป็นพิเศษ แต่หากเกินค่าที่กำหนดไว้ ไดโอดอาจเสียหายกลายเป็นลัดวงจรถาวร ซึ่งโดยทั่วไปจะรบกวนการทำงานปกติของวงจรที่ได้รับการป้องกัน

เนื่องจากความสามารถในการรับกระแสไฟฟ้าค่อนข้างจำกัด ไดโอด TVS จึงมักถูกจำกัดใช้ในวงจรที่มีกระแสไฟกระชากไม่มากนัก นอกจากนี้ ไดโอด TVS ยังถูกใช้ในกรณีที่เกิดกระแสไฟกระชากบ่อยกว่าปีละครั้ง เนื่องจากชิ้นส่วนประเภทนี้จะไม่เสื่อมสภาพเมื่อใช้งานภายในพิกัดที่กำหนด ไดโอด TVS ชนิดพิเศษ (ชื่อทางการค้า Transzorb หรือTransil ) ประกอบด้วยไดโอดอะวาแลน ซ์แบบ อนุกรม คู่กลับด้านสำหรับการทำงานแบบไบโพลาร์

ไดโอด TVS มักใช้ในวงจรความเร็วสูงแต่ใช้พลังงานต่ำ เช่น วงจรที่ใช้ในการสื่อสารข้อมูล อุปกรณ์เหล่านี้สามารถจับคู่แบบอนุกรมกับไดโอดอีกตัวเพื่อให้มีความจุต่ำ^{[ 35 ]}ตามที่ต้องการในวงจรการสื่อสาร

Trisil เป็น อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากชนิด ไทริสเตอร์ ( TSPD ) ซึ่งเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์โซลิดสเตทชนิดพิเศษที่ใช้ใน วงจร ครอว์บาร์เพื่อป้องกันสภาวะแรงดันไฟเกินSIDACtor เป็นอุปกรณ์ไทริสเตอร์ อีก ชนิดหนึ่งที่ใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในการป้องกันที่คล้ายคลึงกัน

อุปกรณ์ในตระกูลไทริสเตอร์เหล่านี้สามารถมองได้ว่ามีลักษณะคล้ายกับช่องว่างประกายไฟหรือ GDT แต่สามารถทำงานได้เร็วกว่ามาก มันมีความเกี่ยวข้องกับไดโอด TVSแต่สามารถ "เปลี่ยนสถานะ" ไปสู่แรงดันจำกัดต่ำที่คล้ายกับช่องว่างประกายไฟที่มีการแตกตัวเป็นไอออนและนำไฟฟ้าได้ หลังจากเกิดการกระตุ้น แรงดันจำกัดต่ำจะช่วยให้กระแสไฟฟ้าพุ่งสูงขึ้นได้ในขณะที่จำกัดการกระจายความร้อนในอุปกรณ์

หลอดปล่อยประจุแก๊ส ( GDT ) เป็นอุปกรณ์ปิดผนึกที่หุ้มด้วยกระจกซึ่งบรรจุส่วนผสมของแก๊สพิเศษที่ถูกกักไว้ระหว่างอิเล็กโทรดสองตัว ซึ่งจะนำกระแสไฟฟ้าหลังจากถูกไอออนไนซ์ด้วยแรงดันไฟฟ้าสูง^{[ 36 ]} GDT สามารถนำกระแสไฟฟ้าได้มากกว่าเมื่อเทียบกับขนาดทางกายภาพของส่วนประกอบอื่นๆ เช่นเดียวกับ MOV GDT มีอายุการใช้งานที่จำกัด และสามารถรับมือกับการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าขนาดใหญ่เพียงไม่กี่ครั้ง หรือการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กจำนวนมากได้ โหมดความล้มเหลวทั่วไปเกิดขึ้นเมื่อแรงดันไฟฟ้ากระตุ้นสูงขึ้นจนอุปกรณ์ไม่สามารถใช้งานได้ แม้ว่าบางครั้งไฟกระชากจากฟ้าผ่าอาจทำให้เกิดการลัดวงจรได้

GDT ใช้เวลานานพอสมควรในการทำงาน (นานกว่าฟ้าผ่าซึ่งใช้เวลา 60 ถึง 70 นาโนวินาที) ทำให้แรงดันไฟฟ้าสูงสามารถผ่านไปได้ชั่วครู่ก่อนที่ GDT จะนำกระแสไฟฟ้าปริมาณมาก ไม่ใช่เรื่องแปลกที่ GDT จะปล่อยพัลส์ที่มีแรงดันไฟฟ้า 500 โวลต์ขึ้นไปและมีความยาว 100 นาโนวินาทีผ่านไปได้

ในบางกรณี จำเป็นต้องมีส่วนประกอบป้องกันเพิ่มเติมเพื่อป้องกันความเสียหายต่อโหลดที่ได้รับการป้องกัน ซึ่งเกิดจาก แรงดันไฟฟ้า ที่ไหลผ่านด้วย ความเร็วสูง ซึ่งเกิดขึ้นก่อนที่ GDT จะเริ่มทำงาน แรงดันไฟฟ้ากระตุ้นโดยทั่วไปอยู่ที่ 400–600 โวลต์สำหรับหลอดแก๊ส และหลอดที่ได้รับการรับรองตามมาตรฐาน UL Standard 497 โดยทั่วไปจะมีพิกัดกระแสไฟกระชากสูง 5,000 ถึง 10,000 แอมแปร์ (8x20 μs) ^{[ 37 ]}

GDT จะสร้างวงจรลัดที่มีประสิทธิภาพเมื่อถูกกระตุ้น ดังนั้นหากมีพลังงานไฟฟ้าใดๆ (สไปค์ สัญญาณ หรือกำลังไฟ) อยู่ GDT จะลัดวงจร เมื่อถูกกระตุ้นแล้ว GDT จะยังคงนำกระแสต่อไป (เรียกว่ากระแสต่อเนื่อง ) จนกว่ากระแสไฟฟ้าทั้งหมดจะลดลงอย่างเพียงพอ และการปล่อยประจุของก๊าซจะดับลง แตกต่างจากอุปกรณ์ป้องกันการลัดวงจรแบบอื่นๆ GDT เมื่อถูกกระตุ้นแล้วจะยังคงนำกระแสต่อไปที่แรงดันไฟฟ้าน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าสูงที่ทำให้ก๊าซแตกตัวเป็นไอออนในตอนแรก พฤติกรรมนี้เรียกว่าความต้านทานเชิงลบ

อาจจำเป็นต้องมีวงจรเสริมเพิ่มเติมในการใช้งาน DC (และ AC บางส่วน) เพื่อระงับกระแสต่อเนื่อง เพื่อป้องกันไม่ให้กระแสนี้ทำลาย GDT หลังจากที่สไปค์เริ่มต้นสลายไปแล้ว GDT บางตัวได้รับการออกแบบให้ลัดวงจรกับขั้วต่อกราวด์โดยเจตนาเมื่อร้อนเกินไป ซึ่งจะทำให้ฟิวส์หรือเบรกเกอร์ภายนอกทำงาน^{[ 38 ]}

GDT หลายชนิดไวต่อแสง กล่าวคือ การสัมผัสกับแสงจะทำให้แรงดันไฟฟ้าที่กระตุ้นการทำงานลดลง ดังนั้น GDT ควรได้รับการปกป้องจากการสัมผัสกับแสง หรือควรใช้รุ่นทึบแสงที่ไม่ไวต่อแสง

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากซีรีส์ CG2 SN ซึ่งเดิมผลิตโดย CP Clare ได้รับการโฆษณาว่าไม่มีสารกัมมันตรังสี และเอกสารข้อมูลสำหรับซีรีส์ดังกล่าวระบุว่าสมาชิกบางส่วนของซีรีส์ CG/CG2 (75–470V) มีสารกัมมันตรังสีโดย ธรรมชาติ ^{[ 39 ]}

เนื่องจากมีค่าความจุต่ำมาก GDT จึงนิยมใช้ในสายความถี่สูง เช่น สายที่ใช้ในอุปกรณ์โทรคมนาคม นอกจากนี้ ด้วยความสามารถในการรับกระแสไฟฟ้าสูง GDT ยังสามารถใช้ป้องกันสายส่งไฟฟ้าได้ แต่ต้องควบคุมปัญหาเรื่องกระแสไฟฟ้าไหลตามให้ได้ด้วย

ช่องว่างประกายไฟเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีป้องกันไฟฟ้าที่เก่าแก่ที่สุดที่ยังคงพบได้ในวงจรโทรศัพท์ โดยได้รับการพัฒนาขึ้นในศตวรรษที่สิบเก้า ขั้วไฟฟ้าแท่งคาร์บอนถูกยึดด้วยฉนวนที่ระยะห่างที่กำหนดจากขั้วไฟฟ้าที่สอง ขนาดของช่องว่างจะกำหนดแรงดันไฟฟ้าที่ประกายไฟจะกระโดดระหว่างสองส่วนและลัดวงจรลงกราวด์ ระยะห่างทั่วไปสำหรับการใช้งานโทรศัพท์ในอเมริกาเหนือคือ0.076 มม. (0.003 นิ้ว) ^{[ 40 ]}ตัวระงับบล็อกคาร์บอนคล้ายกับตัวดักจับก๊าซ (GDT) แต่เนื่องจากขั้วไฟฟ้าทั้งสองสัมผัสกับอากาศ พฤติกรรมของมันจึงได้รับผลกระทบจากบรรยากาศโดยรอบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งความชื้น สูง เนื่องจากการทำงานของอุปกรณ์เหล่านี้ทำให้เกิดประกายไฟแบบเปิด อุปกรณ์เหล่านี้จึงไม่ ควร ติดตั้งในบริเวณที่อาจเกิดบรรยากาศที่ระเบิดได้

ตัวเหนี่ยวนำ, ตัวเหนี่ยวนำสาย, โช้ค และตัวเก็บประจุใช้เพื่อจำกัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรและสามารถลดหรือป้องกันเหตุการณ์แรงดันเกินได้^{[ 41 ]}ในการใช้งานที่จำกัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจร ตัวเหนี่ยวนำมักเรียกกันว่าตัวเหนี่ยวนำสายไฟฟ้าหรือโช้ค ตัวเหนี่ยวนำสายสามารถป้องกันการตัดวงจรเนื่องจากแรงดันเกิน เพิ่มความน่าเชื่อถือและอายุการใช้งานของอุปกรณ์โซลิดสเตท และลดการตัดวงจรโดยไม่จำเป็น^{[ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]}

แผงตู้จัดเรียงโลหะสามารถช่วยจำกัดการทำงานผิดพลาดของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) จากอุปกรณ์ดิจิทัลและตัวควบคุมไฟฟ้าได้ ฟ้าผ่าโดยตรงและไฟกระชากบนระบบรองอาจทำให้ SPD เสียหายอย่างร้ายแรง ความเสียหายร้ายแรงของ SPD อาจปล่อยลูกไฟจากเศษโลหะและกลุ่มควันเขม่าคาร์บอนที่เป็นตัวนำไฟฟ้า แผงจัดเรียงช่วยป้องกันอันตรายดังกล่าวไม่ให้ไปถึงอุปกรณ์ดิจิทัลและตัวควบคุมที่ติดตั้งอยู่ในแผงควบคุมหลักระยะไกล^{[ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]}แผงตู้จัดเรียงใช้สำหรับแผงระบบดิจิทัล (สัญญาณเตือนไฟไหม้ การควบคุมการเข้าถึงความปลอดภัย พลังงานสะอาดสำหรับคอมพิวเตอร์ ฯลฯ) สายไฟและสายเคเบิลที่ต้องได้รับการป้องกันนั้นรวมถึงทั้งแหล่งจ่ายไฟและสายไฟใดๆ (วงจรส่งสัญญาณ วงจรอุปกรณ์เริ่มต้น ชีลด์ ฯลฯ) ที่ขยายออกไปนอกอาคารโดยทางใต้ดิน เหนือศีรษะ หรือวิธีการอื่นๆ เช่น ทางเดิน สะพาน ฯลฯ นอกจากนี้ ยังควรรวมถึงสายไฟของอุปกรณ์ที่ตั้งอยู่ในที่สูง เช่น ห้องใต้หลังคา ระดับหลังคาของลานจอดรถ ไฟจอดรถ ฯลฯ^{[ 48 ] [ 49 ]}หลังจากผ่าน SPD ในตู้จัดเรียงสายไฟแล้ว สายไฟสามารถผ่านท่อร้อยสายไปยังตู้ระยะไกลอื่นๆ ที่อยู่ใกล้เคียง ซึ่งมีจุดเชื่อมต่ออินพุตและเอาต์พุตสำหรับแผงระบบดิจิทัล (สัญญาณเตือนไฟไหม้ การควบคุมการเข้าถึงความปลอดภัย แหล่งจ่ายไฟสะอาดสำหรับคอมพิวเตอร์ตัวควบคุมลอจิกแบบโปรแกรมได้ (PLC) ฯลฯ)

เทคโนโลยีนี้ ใช้ใน เส้นทางการส่งสัญญาณ ความถี่วิทยุ (RF) โดยมีลักษณะเด่นคือมีส่วนต่อขยายลัดวงจรแบบปรับจูนได้ความยาวคลื่นหนึ่งในสี่ ซึ่งช่วยให้ความถี่ช่วงหนึ่งผ่านไปได้ แต่จะลัดวงจรกับสัญญาณอื่นๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งความถี่ต่ำลงไปทาง DC ช่วงความถี่ที่ผ่านได้อาจเป็นแบบแคบ (ประมาณ ±5% ถึง ±10%) หรือแบบกว้าง (มากกว่า ±25% ถึง ±50%) อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแบบควอเตอร์เวฟสำหรับสายโคแอกซ์มีขั้วต่อแบบโคแอกซ์ที่เข้ากันได้กับ ขั้วต่อ สายโคแอกซ์ ทั่วไป (โดยเฉพาะ แบบ Nหรือ7-16 ) ให้การป้องกันที่ทนทานที่สุดสำหรับสัญญาณ RF ที่ความถี่สูงกว่า400 MHzที่ความถี่เหล่านี้ อุปกรณ์เหล่านี้สามารถทำงานได้ดีกว่าเซลล์ปล่อยประจุแก๊สที่ใช้ในอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแบบโคแอกซ์ทั่วไป/บรอดแบนด์ อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแบบควอเตอร์เวฟมีประโยชน์สำหรับ การใช้งาน ด้านโทรคมนาคมเช่นWi-Fiที่ความถี่ 2.4 หรือ5 GHzแต่มีประโยชน์น้อยกว่าสำหรับความถี่ทีวี/เคเบิลทีวี เนื่องจากตัวกันคลื่นควอเตอร์เวฟจะลัดวงจรสายสำหรับความถี่ต่ำ จึงไม่สามารถใช้งานร่วมกับระบบที่ส่งไฟ DC สำหรับLNBผ่านสายโคแอกเชียลได้

อุปกรณ์เหล่านี้ไม่ได้ระบุค่าเป็นจูลเนื่องจากทำงานแตกต่างจากอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากที่กล่าวมาข้างต้น และไม่ขึ้นอยู่กับวัสดุที่สึกหรอโดยธรรมชาติระหว่างการเกิดไฟกระชากซ้ำๆ อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแบบ SM ส่วนใหญ่ใช้เพื่อควบคุมแรงดันไฟกระชากชั่วคราวบนแหล่งจ่ายไฟฟ้าไปยังอุปกรณ์ที่ได้รับการป้องกัน โดยพื้นฐานแล้วมันคือตัวกรองความถี่ต่ำแบบ ใช้งานหนัก ที่เชื่อมต่อกันเพื่อให้แรงดันไฟ 50 หรือ 60 เฮิรตซ์ผ่านไปยังโหลดได้ ในขณะที่บล็อกและเบี่ยงเบนความถี่ที่สูงกว่า อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากประเภทนี้แตกต่างจากแบบอื่นๆ โดยใช้ชุดตัวเหนี่ยวนำ ตัวเก็บประจุและตัวต้านทานที่ป้องกันแรงดันไฟกระชากและกระแสไฟ กระชากไป ยังสายกลาง ในขณะที่การออกแบบอื่นๆ จะต่อลงดิน^{[ 50 ]}ไฟกระชากไม่ได้ถูกเบี่ยงเบน แต่ถูกป้องกัน ตัวเหนี่ยวนำจะชะลอพลังงาน เนื่องจากตัวเหนี่ยวนำที่ต่ออนุกรมกับเส้นทางวงจรจะชะลอการพุ่งขึ้นของกระแสไฟ พลังงานไฟกระชากสูงสุดจึงกระจายออกไปในโดเมนเวลาและถูกดูดซับอย่างไม่เป็นอันตรายและค่อยๆ ปล่อยออกมาจากชุดตัวเก็บประจุ^{[ 51 ]}

ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าพลังงานไฟกระชากส่วนใหญ่เกิดขึ้นที่ต่ำกว่า 100 จูล ดังนั้นจึงไม่น่าจะเกินพารามิเตอร์การออกแบบของอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SM) อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแบบ SM ไม่ก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อการเกิดไฟไหม้หากพลังงานที่ดูดซับเกินขีดจำกัดการออกแบบของ วัสดุ ฉนวนของส่วนประกอบ เนื่องจากพลังงานไฟกระชากจะถูกจำกัดด้วยการอาร์คลงดินระหว่างฟ้าผ่าทำให้เหลือพลังงานไฟกระชากที่เหลืออยู่ซึ่งมักจะไม่เกินค่าสูงสุดทางทฤษฎี (เช่น 6000 V ที่ 3000 A ด้วยรูปทรงคลื่นจำลอง 8 × 20 ไมโครวินาที ตามที่กำหนดโดย IEEE/ANSI C62.41) เนื่องจากอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากแบบ SM ทำงานทั้งกับการเพิ่มขึ้นของกระแสและการเพิ่มขึ้นของแรงดัน จึงสามารถทำงานได้อย่างปลอดภัยในสภาพแวดล้อมที่มีไฟกระชากรุนแรงที่สุด

การระงับ SM มุ่งเน้นปรัชญาการป้องกันที่อินพุตของแหล่งจ่ายไฟแต่ไม่มีการป้องกันไฟกระชากที่เกิดขึ้นระหว่างอินพุตของอุปกรณ์ SM และสายข้อมูลเช่น เสาอากาศ การเชื่อมต่อโทรศัพท์หรือLANหรืออุปกรณ์ดังกล่าวหลายตัวที่ต่ออนุกรมและเชื่อมโยงกับอุปกรณ์หลัก เนื่องจากอุปกรณ์เหล่านี้ไม่ได้เบี่ยงเบนพลังงานไฟกระชากไปยังสายดิน การส่งข้อมูลต้องใช้สายดินที่สะอาดเพื่อใช้เป็นจุดอ้างอิง ในปรัชญาการออกแบบนี้ เหตุการณ์ดังกล่าวได้รับการป้องกันโดยอุปกรณ์ SM ก่อนแหล่งจ่ายไฟแล้วNISTรายงานว่า "การส่งไฟกระชากลงไปยังสายดินจะทำให้ไฟกระชากปรากฏขึ้นอีกครั้งภายในไมโครวินาทีที่ระยะประมาณ 200 เมตรบนตัวนำอื่น" ^{[ 52 ]}ดังนั้น การป้องกันบนสายส่งข้อมูลจึงจำเป็นเฉพาะในกรณีที่ไฟกระชากถูกเบี่ยงเบนไปยังสายดินเท่านั้น

อุปกรณ์ SM มักมีขนาดใหญ่และหนักกว่าอุปกรณ์ที่ใช้เทคโนโลยีป้องกันไฟกระชากแบบอื่น ต้นทุนเริ่มต้นของตัวกรอง SM สูงกว่า โดยทั่วไปอยู่ที่130 ดอลลาร์สหรัฐขึ้นไป แต่สามารถคาดหวังอายุการใช้งานที่ยาวนานได้หากใช้งานอย่างถูกต้อง ต้นทุนการติดตั้งในสถานที่อาจสูงกว่า เนื่องจากอุปกรณ์ SM ติดตั้งแบบอนุกรมกับสายไฟ ทำให้ต้องตัดและต่อสายไฟใหม่

• อุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่า
• สายล่อฟ้า

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก

• การป้องกันไฟกระชากในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับแรงดันต่ำ: บทความรวม 8 ตอนเป็นการรวบรวมบทความและงานวิจัยที่ตีพิมพ์ระหว่างปี 1963–2003 โดยสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ (NIST) ซึ่งเป็นหน่วยงานในสังกัดกระทรวงพาณิชย์ของสหรัฐอเมริกา
• สถาบันป้องกันไฟกระชาก NEMA
• จุดสำคัญเกี่ยวกับอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากเทคโนโลยีอุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก
• แนะนำ TVS บนเว็บไซต์ AllAboutCircuits
• การระงับอาร์คโหลดเหนี่ยวนำ