Principe van overspanningsbeveiliging voor schakelende voedingen
Overspanningsbeveiliging (SPD), ook wel overspanningsbeveiliging genoemd, is een niet-lineair beveiligingsapparaat dat wordt gebruikt om voorbijgaande overspanning te beperken en ontladingsstroom in onder spanning staande systemen te geleiden, en wordt gebruikt om elektrische apparaten met lage weerstandsspanningsniveaus of elektronische systemen te beschermen. beschermd tegen blikseminslag en elektromagnetische bliksempulsen of schade door overspanning. In de afgelopen jaren hebben elektronische informatiesystemen (zoals televisie, telefoon, communicatie, computernetwerken, enz.) zich snel ontwikkeld en is een groot aantal elektronische informatieapparaten opgekomen en populair geworden. Dergelijke systemen en apparatuur zijn vaak duur en belangrijk, en hun werkspanning en weerstandsspanningsniveau zijn erg laag, dus ze zijn buitengewoon kwetsbaar voor elektromagnetische bliksempulsen. Daarom is SPD vereist voor spanningsbeveiliging.
Vanwege de verschillende normen die door verschillende landen worden gevolgd, zijn de productspecificaties niet uniform en heeft de parameteridentificatie ook zijn eigen nadruk, die veel inferieur is aan die van andere elektrische productspecificaties, wat een groot ongemak met zich meebrengt voor ontwerp en selectie. Bij technisch ontwerp kunnen gangbare merken worden onderverdeeld in binnenlandse producten, Europese producten en Amerikaanse producten, afhankelijk van de plaats van herkomst. De parameterinstellingen van huishoudelijke producten zijn chaotisch, met verschillende specificaties en hoge restdruk. Sommige modelinstellingen van gestandaardiseerde producten imiteren Europese producten en sommige volgen de nationale kalibratieparameters. De meeste producten zijn gemarkeerd met In en Imax. Aangezien binnenlandse producten relatief lage vereisten hebben voor toepassingslocaties, lage bouwkwaliteiten en grote apparatuur bestand is tegen spanningswaarden, kunnen sommige parametervereisten op passende wijze worden versoepeld.
Europese producten markeren over het algemeen de maximale ontlaadstroom en het productmodel wordt ook ingesteld op basis van deze parameter. Bijvoorbeeld XXX65 en XXX40 van een bekend Europees merk, de waarden 65 en 40 zijn Imax. De Chinese norm bepaalt echter duidelijk dat de nominale ontlaadstroom In moet worden gebruikt voor typeselectie, wat een gênante situatie is die men momenteel tegenkomt bij technisch ontwerp. Na controle van de productinformatie is de In-waarde van XX65 niet hoger dan 20 kA en is de In-waarde van XX40 niet hoger dan 15 kA. Volgens de aanbevolen waarde van GB50343 kunnen deze twee producten alleen worden gebruikt voor de bescherming van de apparatuurterminal op het derde niveau, maar in het daadwerkelijke ontwerp worden ze geïnstalleerd op het eerste en tweede niveau, wat duidelijk niet strookt met de selectieparameters van de nationale norm, en de restspanning Hogere, gewone modellen overschrijden over het algemeen 1200V, zodra de bedradingsomgeving niet goed is, is het gemakkelijk om de weerstandsspanningswaarde van de apparatuur te overschrijden. Over het algemeen is de Uc-waarde van Europese producten klein en is de lijnspanning opportunistisch gemarkeerd, dus het is gemakkelijk om misleidend te zijn bij het selecteren van een model.
Hoe SPD's werken
De overspanningsbeveiliging is geschikt voor 220/380V laagspanningsvoedingbeveiliging. Het is een niet-lineaire component. Volgens de IEC-norm is de overspanningsbeveiliging een apparaat dat voornamelijk de overspanning en overstroom van de geleide lijn onderdrukt. De overspanningsbeveiliging speelt een beschermende rol. De basisvereiste is dat het bestand moet zijn tegen de bliksemstroom die naar verwachting zal passeren, en door de maximale klemspanning van de stroomstoot, kan het de stroomfrequentie die wordt gegenereerd nadat de bliksemstroom erdoorheen gaat, effectief doven en voorkomen dat de onmiddellijke schommeling in de machtslijn en de signaaltransmissielijn. De overspanning wordt beperkt binnen het spanningsbereik dat de apparatuur of het systeem kan weerstaan, of de sterke bliksemstroom lekt naar de grond om de beschermde apparatuur of het systeem te beschermen tegen schade door stoten.
Het type en de structuur van overspanningsbeveiligers variëren afhankelijk van de verschillende doeleinden, maar er is ten minste één niet-lineair spanningsbeperkend element inbegrepen. Veelgebruikte overspanningsbeveiligingen zijn MOV (Metal Oxide Varistor) en gasontladingsbuizen. Stroompieken bevatten veel energie en kunnen niet worden gestopt. Om deze reden is de strategie om gevoelige elektrische apparatuur te beschermen tegen schade door stroompieken, om de stroomstoot weg te leiden van de apparatuur en de grond in.
De overspanningsbeveiliging MOV bestaat uit drie delen: het midden is een metaaloxidemateriaal en twee halfgeleiders zijn verbonden met de voeding en aarde. Wanneer er een stroomstoot optreedt, treedt de MOV onmiddellijk in werking en is de responstijd 1 tot 3 nanoseconden. De "V" in de MOV is een reostaat. Op het moment van respons daalt de weerstand van de MOV van de maximale waarde tot bijna nul ohm, en de overstroom stroomt via de MOV de grond in. De beschermde elektrische apparatuur blijft werken onder normale werkspanning. De halfgeleiderelementen hebben de eigenschap om de weerstand te veranderen als de spanning verandert. Wanneer de spanning onder een bepaalde waarde komt, zorgt de beweging van elektronen in de halfgeleider voor een hoge weerstand. Omgekeerd, wanneer de spanning die specifieke waarde overschrijdt, verandert de beweging van elektronen en neemt de weerstand van de halfgeleider af tot bijna nul ohm. De spanning is normaal en de MOV van de overspanningsbeveiliging is inactief, wat geen invloed heeft op de stroomlijn.
Indicatoren van de voor- en nadelen van MOV overspanningsbeveiliging: (1) Klemspanning: geeft de spanningswaarde aan die ervoor zorgt dat de MOV verbinding maakt met aarde. Hoe lager de klemspanning, hoe beter de beveiligingsprestaties. (2) Energieabsorptie-/dissipatiecapaciteit: Deze nominale waarde geeft aan hoeveel energie de overspanningsbeveiliging kan absorberen voordat deze doorbrandt, in joules. Hoe hoger de waarde, hoe beter de beveiligingsprestaties. (3) Responstijd: Overspanningsbeveiligingen schakelen niet onmiddellijk uit, ze hebben een kleine vertraging in het reageren op de overspanning.
Een andere veelgebruikte overspanningsbeveiliging is een gasontladingsbuis. Deze gasontladingsbuizen doen hetzelfde als MOV's, ze verplaatsen overtollige stroom van spanning naar aarde door een inert gas te gebruiken als geleider tussen de twee draden. Wanneer de spanning in een bepaald bereik ligt, bepaalt de samenstelling van het gas dat het een slechte geleider is. Als de spanning buiten dit bereik komt, zal de stroom sterk genoeg zijn om het gas te ioniseren, waardoor de gasontladingsbuis een zeer goede geleider is. Het geleidt stroom naar aarde totdat de spanning terugkeert naar een normaal niveau en wordt dan weer een slechte geleider.
(1) Stroomlijn-SPD
Omdat de energie van blikseminslagen erg groot is, is het noodzakelijk om de energie van blikseminslagen stap voor stap naar de grond vrij te geven via de methode van hiërarchische ontlading. Installeer in de directe bliksembeveiligingszone (LPZ0A) of op de kruising van de directe bliksembeveiligingszone (LPZ0B) en de eerste beveiligingszone (LPZ1) een overspanningsbeveiliging of een spanningsbeperkende overspanningsbeveiliging die de klasse I-classificatietest als eerste heeft doorstaan. Het eerste beschermingsniveau is het ontladen van de directe bliksemstroom, of wanneer de hoogspanningslijn direct door bliksem wordt getroffen, zal deze de enorme geleide energie ontladen. Installeer een spanningsbeperkende overspanningsbeveiliging op de kruising van elke divisie (inclusief LPZ1-gebied) na de eerste beveiligingszone, als een tweede, derde of hoger beveiligingsniveau. De beschermer van het tweede niveau is een beveiligingsapparaat voor de restspanning van de beschermer van het vorige niveau en de geïnduceerde blikseminslag in het gebied. Wanneer er een grote blikseminslag energieabsorptie optreedt op het voorste niveau, is er nog steeds een deel dat vrij groot is voor de apparatuur of de beschermer op het derde niveau. De energie wordt overgedragen en moet verder worden geabsorbeerd door de beschermer van het tweede niveau. Tegelijkertijd zal de transmissielijn die door het bliksembeveiligingsapparaat van het eerste niveau gaat, ook bliksem elektromagnetische pulsstraling induceren. Wanneer de lijn lang genoeg is, wordt de energie van de geïnduceerde bliksem groot genoeg, waardoor een beschermer van het tweede niveau nodig is om de bliksemenergie verder te ontladen. De beschermer op het derde niveau beschermt de resterende bliksemenergie die door de beschermer op het tweede niveau gaat. Volgens het weerstandsspanningsniveau van de beschermde apparatuur, als de bliksembeveiliging op twee niveaus de spanning lager kan beperken dan het weerstandsspanningsniveau van de apparatuur, zijn slechts twee beschermingsniveaus vereist; als het weerstandsspanningsniveau van de apparatuur laag is, vier niveaus of zelfs meer beschermingsniveaus.
Signaallijn SPD
Met de brede toepassing van informatiesystemen, als gevolg van het grote aantal netwerklijnen en het lage weerstandsspanningsniveau van elektronische apparatuur, zijn blikseminslagen steeds schadelijker voor informatiesystemen. De schade van bliksem aan het informatiesysteem wordt voornamelijk veroorzaakt door de bliksem elektromagnetische puls, inclusief de bliksem overspanningsgolf die langs de lijn wordt geleid, de tegenaanval met hoog potentieel die wordt gegenereerd door de bliksemstroom op de aardingsdraad, de elektrostatische inductie en elektromagnetische inductie van de bliksem elektromagnetisch veld. De beschermende maatregelen voor elektromagnetische pulsen omvatten onderschepping, rangeren, potentiaalvereffening, afscherming, aarding en redelijke bedrading. Het installeren van SPD op de signaallijn is een belangrijke maatregel voor het informatiesysteem om elektromagnetische pulsen te voorkomen. Het kan tegelijkertijd de rol spelen van onderschepping, rangeren en equipotentiaalbinding. De signaallijn-SPD moet worden aangesloten op de signaalpoort van de beveiligde apparatuur. De uitgangsterminal is verbonden met de poort van de beschermde apparatuur, die kan worden onderverdeeld in seriële verbinding en parallelle verbinding, en wordt over het algemeen in serie geïnstalleerd op de signaallijn. Daarom moet bij het selecteren van een signaal-SPD een SPD met een kleiner invoegverlies worden gekozen.
