Principe van stroomstootbeveiliging
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.
Vanwege de verschillende normen die door verschillende landen worden gevolgd, zijn de specificaties van producten niet uniform en heeft de identificatie van parameters ook hun eigen nadruk, die veel inferieur is aan die van andere elektrische productspecificaties, wat groot ongemak met zich meebrengt voor het ontwerp en de selectie. Bij technisch ontwerp kunnen gewone merken voornamelijk worden onderverdeeld in binnenlandse producten, Europese producten en Amerikaanse producten op basis van hun plaats van herkomst. De parameterinstellingen van huishoudelijke producten zijn chaotisch, met uiteenlopende specificaties en een hoge restspanning. Sommige van de gestandaardiseerde productmodellen zijn bedoeld om Europese producten te imiteren, terwijl andere nationale standaardparameters volgen. De meeste producten zijn gelabeld met In en Imax. Vanwege de lage eisen die aan huishoudelijke producten worden gesteld aan toepassingslocaties, de lage gebouwniveaus en de hoge weerstand tegen spanningswaarden van de apparatuur, kunnen sommige parametervereisten op passende wijze worden versoepeld.
Europese producten worden over het algemeen gelabeld met de maximale ontlaadstroom, en het productmodel wordt ook ingesteld op basis van deze parameter. Bijvoorbeeld een bekend Europees merk XXX65 en XXX40, waarbij de waarden van 65 en 40 Imax zijn. Chinese normen bepalen echter duidelijk dat de nominale ontlaadstroom In moet worden gebruikt voor de selectie, wat een lastige situatie is die we momenteel tegenkomen in technisch ontwerp. Na controle van de productinformatie is de In-waarde van XX65 niet hoger dan 20 kA en de In-waarde van XX40 niet hoger dan 15 kA. Als de aanbevolen waarden van GB50343 worden gevolgd, kunnen deze twee producten alleen worden gebruikt voor bescherming op drie niveaus aan het uiteinde van de apparatuur. In het daadwerkelijke ontwerp worden ze echter op het eerste en tweede niveau geïnstalleerd, wat duidelijk niet strookt met de selectieparameters van nationale normen, en de restspanning is hoog. Gewone modellen overschrijden doorgaans de 1200V. Zodra de bedradingsomgeving niet goed is, is het gemakkelijk om de weerstandsspanningswaarde van de apparatuur te overschrijden. Over het algemeen hebben Europese producten een relatief kleine Uc-waarde en zijn ze opportunistisch in het labelen van netspanning, waardoor het gemakkelijker wordt om te misleiden bij het selecteren van modellen.
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.
De indicatoren voor de voor- en nadelen van overspanningsbeveiligingsapparaten (MOV's) zijn: (1) Klemspanning: vertegenwoordigt de spanningswaarde die ervoor zorgt dat de MOV's verbinding maken 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
