Hvad sker der inden i en overspændingsbeskytter under et lynnedslag

Hvad sker der i et overbelastningsbeskyttelsesenhed under et lynnedslag?

Under et lynnedslag spiller overbelastningsbeskyttelsesenheder (SPD) en afgørende rolle i beskyttelsen af elektrisk udstyr mod kortvarige overspændinger (dvs. surges). Nedenfor er de vigtigste processer og mekanismer, der finder sted i en SPD under sådanne hændelser:

1. Overbelastningsdetektion og -respons

Når en overbelastning forårsaget af et lynnedslag indgår i strømsystemet, opdager overbelastningsbeskyttelsesenheden hurtigt denne anormale spænding. Typisk har SPD'er en tærskelvoltage sat; når den detekterede voltage overstiger denne tærskel, aktiverer beskytteren sin beskyttelsesmekanisme.

2. Energiabsorption og -afledning

SPD'er absorberer og afleder overbelastningsenergien for at forhindre, at den når frem til det forbundne elektriske udstyr. Almindelige absorption- og afledningsmekanismer inkluderer:

a. Metaloksidvaristorer (MOVs)

• Arbejdssæde: MOV'er er ikke-lineære resistive materialer, hvis modstand ændrer sig med anvendt spænding. Under normale driftsspændinger viser MOV'er høj modstand; når spændingen overstiger en bestemt tærskel, falder deres modstand skarpt, hvilket tillader, at strøm passerer igennem.

• Energiafledning: MOV'er konverterer ekstra elektrisk energi til varme og afleder den. Selvom MOV'er har selvgenesende egenskaber og kan fortsætte med at fungere efter flere små overbelastninger, kan de mislykkes efter store eller hyppige overbelastninger.

b. Gasafledningsrør (GDTs)

• Arbejdssæde: GDT'er er forseglet rør fyldt med inert gas. Når spændingen mellem de to ender overstiger en bestemt værdi, ioniseres gassen, hvilket skaber en ledende vej for strøm.

• Energiafledning: GDT'er afleder overbelastningsenergien gennem plasmaet, der dannes ved gasionisering, og slukker automatisk plasmat, når spændingen vender tilbage til normal, hvilket genskaber isolationen.

c. Transient Voltage Suppression (TVS) dioder

• Arbejdssæde: TVS-dioder befinder sig i en højmodstandstillstand under normale driftsspændinger. Når spændingen overstiger deres nedbruds-spænding, skifter dioden hurtigt til en lavmodstandstillstand, hvilket tillader, at strøm flyder.

• Energiafledning: TVS-dioder afleder overbelastningsenergien gennem avalanche-effekten i deres interne PN-forbindelser og er egnet til hurtig respons på små overbelastninger.

3. Energiforringelse og jordforbindelse

SPD'er absorberer ikke kun overbelastningsenergi, men ledser også en del af den til jordlinjer for yderligere at reducere effekten på udstyr. Bestemte mekanismer inkluderer:

• Forringelseskredsløb: SPD'er er designet med specialiserede forringelseskredsløb for at guide overspændinger til jordlinjen, for at forhindre, at de direkte indgår i belastningsenheder.

• Jordforbindelsessystem: Et godt jordforbindelsessystem er nøglen til at sikre effektiv SPD-drift. Jordforbindelsessystemet skal give en lavimpedansvej for hurtigt at aflede overbelastningsenergi til jorden.

4. Genopbygning efter overbelastning

Efter overbelastningshændelsen skal SPD'en vende tilbage til sin normale driftstillstand. Forskellige typer beskyttere har forskellige genopbygningsmekanismer:

• MOVs: Hvis overbelastningen ikke forårsager permanent skade på MOV'en, vil den automatisk vende tilbage til en højmodstandstillstand, når spændingen normaliseres.

• GDT'er: Når spændingen vender tilbage til normal, slukker plasmat indeni GDT'en automatisk, hvilket genskaber isolationsstillanden.

• TVS-dioder: Efter at spændingen normaliseres, vender TVS-dioder også automatisk tilbage til en højmodstandstillstand.

5. Fejltilstande og beskyttelse

Selvom SPD'er er designet til at håndtere overbelastninger, kan de stadig mislykkes i ekstreme tilfælde. For at sikre sikkerhed inkluderer mange SPD'er yderligere funktioner:

• Termiske afkoblingsenheder: Når en MOV eller anden komponent overophedes og mislykkes, vil termisk afkoblingsenhed ødelægge kredsløbet for at forhindre brand og andre farer.

• Indikatorlys/alarmer: Nogle SPD'er kommer udstyret med indikatorlys eller alarmer for at notificere brugere, om beskytteren stadig fungerer korrekt.

Konklusion

Under et lynnedslag beskytter overbelastningsbeskyttelsesenheder elektrisk udstyr gennem følgende trin:

• Overbelastningsdetektion: Identificer situationer, hvor spændingen overstiger normale områder.

• Energiabsorption og -afledning: Brug komponenter som MOV'er, GDT'er og TVS-dioder for at konvertere overbelastningsenergien til varme eller andre former for energi.

• Ledning til jordlinjer: Guide overspændinger til jordlinjer for at minimere effekten på udstyr.

• Tilbage til normal tilstand: Efter overbelastningen vender beskytteren tilbage til sin normale driftstillstand.

• Fejlbeskyttelse: Tilbyd yderligere sikkerhedsforanstaltninger i ekstreme tilfælde for at forhindre yderligere skade.