Principe van overspanningsbeveiliging voor schakelende voedingen
Surge Protective Device (SPD), ook bekend als Surge Protector, is een niet-lineair beveiligingsapparaat dat wordt gebruikt in live-systemen om voorbijgaande overspanning te beperken en de ontladingsstootstroom te geleiden. Het wordt gebruikt om elektrische of elektronische systemen met lage spanning te beschermen tegen blikseminslagen, elektromagnetische pulsen of operationele overspanningsschade. De afgelopen jaren hebben elektronische informatiesystemen (zoals televisie, telefoon, communicatie, computernetwerken, enz.) zich snel ontwikkeld en is er een groot aantal elektronische informatiesystemen opgekomen en gepopulariseerd. Dit soort systemen en apparatuur is vaak duur en belangrijk, heeft een lage bedrijfsspanning en is bestand tegen spanningsniveaus, waardoor ze zeer gevoelig zijn voor elektromagnetische bliksempulsen. Daarom moet SPD worden gebruikt voor overspanningsbeveiliging.
Het werkingsprincipe van SPD
De overspanningsbeveiliging is geschikt voor de beveiliging van 220/380V laagspanningsvoeding en is een niet-lineair onderdeel. Volgens de IEC-normen is de overspanningsbeveiliging een apparaat dat voornamelijk wordt gebruikt om de overspanning en overstroom van de transmissielijn te onderdrukken. De basisvereiste voor een overspanningsbeveiliging om een beschermende rol te spelen is het weerstaan van de verwachte bliksemstroom en het effectief doven van de continue stroom op de netfrequentie die wordt gegenereerd na de bliksemstroom door de maximale klemspanning van de overspanning. Het beperkt de momentane overspanning die de voedingslijn of signaaltransmissielijn binnendringt tot het spanningsbereik dat de apparatuur of het systeem kan weerstaan, of ontlaadt sterke bliksemstroom in de grond om de beschermde apparatuur of het systeem te beschermen tegen schade veroorzaakt door schokken.
De typen en structuren van overspanningsbeveiligers variëren afhankelijk van hun verschillende toepassingen, maar ze bevatten ten minste één niet-lineair spanningsbegrenzend element. Veelgebruikte overspanningsbeveiligers zijn onder meer MOV's (MetalOxideVaristors) en gasontladingsbuizen. Elektrische spanningspieken bevatten krachtige energie en kunnen niet worden gestopt. Om deze reden is de strategie om gevoelige elektrische apparatuur te beschermen tegen overspanningsschade het afleiden van de overspanning van de apparatuur en vervolgens in de grond stromen.
De overspanningsbeveiliging MOV bestaat uit drie delen: een metaaloxidemateriaal in het midden, verbonden door twee halfgeleiders met de voeding en de aardedraad. Wanneer er een piek optreedt, treedt de MOV onmiddellijk in actie met een responstijd van 1-3 nanoseconden. De "V" in MOV is een reostaat. Op het moment van reactie daalt de weerstand van de MOV van zijn maximale waarde naar bijna nul ohm, en stroomt er via de MOV een overstroom de grond in. De beveiligde elektrische apparatuur blijft werken op normale bedrijfsspanning. De halfgeleidercomponenten hebben de eigenschap dat ze de weerstand veranderen bij spanningsveranderingen. Wanneer de spanning onder een bepaalde waarde daalt, genereert de beweging van elektronen in een halfgeleider een hoge weerstand. Integendeel, wanneer de spanning deze specifieke waarde overschrijdt, zal de beweging van de elektronen veranderen en zal de halfgeleiderweerstand afnemen tot bijna nul ohm. De spanning is normaal en de overspanningsbeveiliging MOV is aan de zijkant inactief, zonder de voedingslijn te beïnvloeden.
Indicatoren voor de voor- en nadelen van overspanningsbeveiligingsapparaten (MOV's):
(1) Klemspanning: vertegenwoordigt de spanningswaarde die ervoor zorgt dat de MOV verbinding maakt met de aarddraad. Hoe lager de klemspanning, hoe beter de beschermingsprestaties.
(2) Energieabsorptie-/dissipatiecapaciteit: Deze nominale waarde geeft aan hoeveel energie de overspanningsbeveiliging kan absorberen voordat deze wordt afgebrand, in joule. Hoe hoger de waarde, hoe beter de beschermingsprestaties.
(3) Responstijd: Overspanningsbeveiligers ontkoppelen niet onmiddellijk en er zal een kleine vertraging optreden in hun reactie op spanningspieken.
Een ander veelgebruikt apparaat voor overspanningsbeveiliging is een gasontladingsbuis. Deze gasontladingsbuizen hebben dezelfde functie als MOV's: ze verplaatsen overtollige stroom van de fasedraad naar de aardedraad en bereiken deze functie door inert gas te gebruiken als geleider tussen de twee draden. Wanneer de spanning binnen een bepaald bereik ligt, bepaalt de samenstelling van het gas dat het een slechte geleider is. Als de spanning stijgt en dit bereik overschrijdt, zal de sterkte van de stroom voldoende zijn om het gas te ioniseren, waardoor de gasontladingsbuis een zeer goede geleider wordt. Het zal stroom naar de aardedraad geleiden totdat de spanning terugkeert naar een normaal niveau, en dan een defecte geleider worden.
