อุปกรณ์หลักสำหรับการปกป้องระบบไฟฟ้าจากแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราว อุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่า (SPD) มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับประสิทธิภาพและวัสดุที่ใช้ วัสดุที่แตกต่างกันทำหน้าที่หลักภายใน SPD เช่น การผันกระแส การจำกัดแรงดันไฟฟ้า และฉนวน ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อความเร็วการตอบสนองของอุปกรณ์ ความสามารถในการรองรับกระแส- และอายุการใช้งาน
ตัวนำโลหะ: ส่วนประกอบ Core Shunt
โดยทั่วไปส่วนประกอบหลักของ SPD จะทำจากโลหะที่มีความนำไฟฟ้าสูง เช่น ทองแดงหรืออะลูมิเนียม ทองแดงเป็นวัสดุที่ต้องการเนื่องจากมีค่าการนำไฟฟ้าและความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยม ช่วยให้สามารถนำกระแสฟ้าผ่าไปยังระบบสายดินได้อย่างรวดเร็ว ลดความเสี่ยงต่อความเสียหายของวงจร ผลิตภัณฑ์ต้นทุนต่ำ-บางชนิดอาจใช้อะลูมิเนียม แต่ค่าการนำไฟฟ้าต่ำและความไวต่อการเกิดออกซิเดชันจำเป็นต้องมีการรักษาพื้นผิว (เช่น การชุบดีบุก) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ หน้าสัมผัสโลหะและอิเล็กโทรดยังอาศัยโลหะผสมทองแดงที่มีความบริสุทธิ์สูง-เพื่อให้มั่นใจว่ามีความต้านทานหน้าสัมผัสต่ำและความสามารถในการจ่ายกระแสไฟฟ้า-คงที่
ตัวต้านทานแบบไม่ใช่-เชิงเส้น: เซรามิกวาริสเตอร์ซิงค์ออกไซด์
ซิงค์ออกไซด์ (ZnO) วาริสเตอร์ (MOV) ซึ่งเป็นแรงดันหลัก-ส่วนประกอบที่จำกัดแรงดันไฟฟ้าใน SPD คืออนุภาคซิงค์ออกไซด์ที่ถูกเผาโดยมีออกไซด์ของโลหะจำนวนเล็กน้อย เช่น บิสมัทและโคบอลต์ คุณลักษณะของโวลต์แบบไม่เชิงเส้น-แอมแปร์ทำให้มีความต้านทานสูงที่แรงดันไฟฟ้าปกติ อย่างไรก็ตาม เมื่อแรงดันไฟฟ้าเกินเกณฑ์ จะดำเนินการอย่างรวดเร็ว เพื่อจำกัดแรงดันไฟฟ้าเกินให้อยู่ในช่วงที่ปลอดภัย ซิงค์ออกไซด์มีเวลาตอบสนองในระดับนาโนวินาทีและสามารถทนต่อกระแสไฟกระชากได้ตั้งแต่สิบถึงหลายร้อยกิโลแอมแปร์ ทำให้เป็นวัสดุหลักสำหรับการป้องกันทันทีในตัวจับฟ้าผ่า
ฉนวนและการห่อหุ้ม: พลาสติกวิศวกรรมและยางซิลิโคน
โครงสร้างปลอกด้านนอกและโครงสร้างการแยกภายในของตัวป้องกันฟ้าผ่ามักทำจากพลาสติกวิศวกรรมที่หน่วงไฟ- (เช่น ABS และ PC) หรือยางซิลิโคน วัสดุเหล่านี้มีความเป็นฉนวนสูง ทนต่อสภาพอากาศ และทนต่อรังสียูวี ปกป้องส่วนประกอบภายในจากการกัดกร่อนจากสิ่งแวดล้อม ยางซิลิโคนยังใช้กันทั่วไปเพื่อปิดผนึกช่องว่างแรงดันไฟฟ้าสูง-หรือฉนวนคอมโพสิต ซึ่งคุณสมบัติยืดหยุ่นของยางช่วยป้องกันความเค้นเชิงกล
นอกจากนี้ ท่อระบายก๊าซ (GDT) ซึ่งรวมก๊าซเฉื่อย (เช่น นีออนและอาร์กอน) เข้ากับอิเล็กโทรดโลหะ จะทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบการป้องกันหลักในสถานการณ์แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น
โดยสรุป การเลือกใช้วัสดุสำหรับตัวป้องกันฟ้าผ่าจำเป็นต้องคำนึงถึงการนำไฟฟ้า ลักษณะไม่เชิงเส้น ความต้านทานความร้อน และความสามารถในการปรับตัวต่อสิ่งแวดล้อมอย่างครอบคลุม การป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้สามารถทำได้ผ่านการออกแบบการทำงานร่วมกันหลาย-จากวัสดุหลายรายการ
