Wat gebeurt er binnenin een overbrengingsbeveiliging tijdens een blikseminslag?
Wat Gebeurt Er Binnenin een Overvoltage Beveiligingsapparaat Tijdens een Blikseminslag?
Tijdens een blikseminslag spelen overvoltage beveiligingsapparaten (SPDs) een cruciale rol in het beschermen van elektrische apparatuur tegen tijdelijke overspanningen (d.w.z. surges). Hieronder staan de belangrijkste processen en mechanismen die binnen een SPD plaatsvinden tijdens dergelijke gebeurtenissen:
1. Surge Detectie en Reactie
Wanneer een surge veroorzaakt door een blikseminslag het stroomnetwerk binnendringt, detecteert het overvoltage beveiligingsapparaat deze afwijkende spanning snel. Meestal hebben SPDs een ingestelde drempelspanning; zodra de gedetecteerde spanning deze drempel overschrijdt, activeert de beschermer zijn beschermingsmechanisme.
2. Energie Absorptie en Dissipatie
SPDs absorberen en dissiperen surge-energie om te voorkomen dat deze de verbonden elektrische apparatuur bereikt. Algemene absorptie- en dissipatiemechanismen omvatten:
a. Metal Oxide Varistors (MOVs)
Werkingsprincipe: MOVs zijn niet-lineaire weerstandsmaterialen waarvan de weerstand verandert met de toegepaste spanning. Bij normale werkingsspanningen vertonen MOVs een hoge weerstand; wanneer de spanning een bepaalde drempel overschrijdt, daalt hun weerstand sterk, waardoor stroom kan doorstromen.
Energie Dissipatie: MOVs zetten overtollige elektrische energie om in warmte en dissiperen deze. Hoewel MOVs zelfherstellende eigenschappen hebben en na meerdere kleine surges kunnen blijven functioneren, kunnen ze uitvallen na grote of frequente surges.
b. Gas Discharge Tubes (GDTs)
Werkingsprincipe: GDTs zijn verzegelde buizen gevuld met inerte gas. Wanneer de spanning tussen de twee uiteinden een bepaalde waarde overschrijdt, ioniseert het gas binnenin, waardoor een geleidende pad voor stroom ontstaat.
Energie Dissipatie: GDTs dissiperen surge-energie door middel van de plasma die door gasionisatie wordt gecreëerd en doven het plasma automatisch zodra de spanning terugkeert naar normaal, waardoor de isolatie wordt hersteld.
c. Transient Voltage Suppression (TVS) Diodes
Werkingsprincipe: TVS-diodes blijven in een toestand van hoge weerstand bij normale werkingsspanningen. Wanneer de spanning hun breakdown-spanning overschrijdt, schakelt de diode snel over naar een toestand van lage weerstand, waardoor stroom kan doorstromen.
Energie Dissipatie: TVS-diodes dissiperen surge-energie door middel van de avalanche-effect in hun interne PN-juncties en zijn geschikt voor snelle respons op kleine surges.
3. Energie Omleiding en Aarding
SPDs absorberen niet alleen surge-energie, maar leiden ook een deel ervan om naar aardleidingen om de impact op apparatuur verder te verminderen. Specifieke mechanismen omvatten:
Omleidingscircuits: SPDs zijn ontworpen met specifieke omleidingscircuits om overvoltage naar de aardleiding te leiden, waardoor het niet direct de belastingsapparatuur bereikt.
Aardingsysteem: Een goed aardingsysteem is essentieel voor een effectieve werking van de SPD. Het aardingsysteem moet een laag impedantiepad bieden om surge-energie snel naar de aarde te dissiperen.
4. Herstel Na de Surge
Na de surge-gebeurtenis moet de SPD terugkeren naar zijn normale werkingstoestand. Verschillende soorten protectors hebben verschillende herstelmechanismen:
MOVs: Als de surge geen permanente schade aan de MOV veroorzaakt, keert deze automatisch terug naar een toestand van hoge weerstand zodra de spanning normaliseert.
GDTs: Zodra de spanning terugkeert naar normaal, dooft het plasma binnen de GDT automatisch, waardoor de isolerende toestand wordt hersteld.
TVS-diodes: Na normalisatie van de spanning keren TVS-diodes ook automatisch terug naar een toestand van hoge weerstand.
5. Storingmodi en Bescherming
Hoewel SPDs zijn ontworpen om surges te hanteren, kunnen ze in extreme gevallen nog steeds uitvallen. Om veiligheid te waarborgen, bevatten veel SPDs extra functies:
Thermische Afkoppelingsapparaten: Wanneer een MOV of andere component oververhit raakt en uitvalt, breekt het thermische afkoppelingsapparaat de circuit om branden en andere gevaren te voorkomen.
Indicator Lampen/Alarmen: Sommige SPDs zijn uitgerust met indicator lampen of alarmen om gebruikers te waarschuwen als de protector nog correct functioneert.
Conclusie
Tijdens een blikseminslag beschermen overvoltage beveiligingsapparaten elektrische apparatuur via de volgende stappen:
Surge Detectie: Identificeer situaties waarbij de spanning de normale bereik overschrijdt.
Absorptie en Dissipatie van Energie: Gebruik componenten zoals MOVs, GDTs en TVS-diodes om surge-energie om te zetten in warmte of andere vormen van energie.
Omleiding naar Aardleidingen: Leid overvoltage om naar aardleidingen om de impact op apparatuur te minimaliseren.
Terugkeer naar Normale Toestand: Na de surge keert de protector terug naar zijn normale werkingstoestand.
Foutbescherming: Bied extra veiligheidsmaatregelen in extreme gevallen om verdere schade te voorkomen.
