Hva skjer inni en overvoltagebeskytter under et lynnedslag?

Hva skjer inni et overvoltagevern under et lynnedslag?

Under et lynnedslag spiller overvoltageverner (SPD-er) en viktig rolle i beskyttelse av elektrisk utstyr mot kortvarige overvoltage (altså overbelastninger). Under slike hendelser foregår de følgende hovedprosessene og mekanismene inni en SPD:

1. Deteksjon og respons på overbelastning

Når en overbelastning forårsaket av et lynnedslag trenger inn i strømsystemet, detekterer overvoltagevernet raskt denne uvanlige spenningen. Typisk har SPD-er et terskelvoltage satt; når det oppdagede voltage overstiger dette terskelen, aktiveres beskyttelsesmekanismen.

2. Energiabsorbsjon og -utspredning

SPD-er absorberer og utspreader overbelastningsenergi for å hindre at den når det tilkoblede elektriske utstyret. Vanlige absorbens- og utspredningsmekanismer inkluderer:

a. Metalloksidevaristorer (MOVs)

• Arbeidsprinsipp: MOV-er er ikke-lineære resistive materialer hvis motstand endrer seg med anvendt spenning. Under normale driftsspenninger viser MOV-er høy motstand; når spenningen overstiger en bestemt terskel, synker deres motstand skarpt, slik at strøm kan passere gjennom.

• Energiutspredning: MOV-er konverterer unødvendig elektrisk energi til varme og spredning. Mens MOV-er har selvhelingsegenskaper og kan fortsette å fungere etter flere små overbelastninger, kan de mislykkes etter store eller hyppige overbelastninger.

b. Gassløsningsrør (GDT-er)

• Arbeidsprinsipp: GDT-er er hermetisk lukkede rør fylt med inert gass. Når spenningen mellom de to endene overstiger en bestemt verdi, ioniseres gassen inne i røret, som skaper en ledebane for strøm.

• Energiutspredning: GDT-er spredder overbelastningsenergi gjennom plasmaet som dannes av gassionisering og slukker automatisk plasmaet når spenningen returnerer til normal, og gjenoppretter isolasjon.

c. Transient Voltage Suppression (TVS) dioder

• Arbeidsprinsipp: TVS-dioder holder seg i en høyresistiv tilstand under normale driftsspenninger. Når spenningen overstiger deres brytningsvoltage, bytter dioden raskt til en lavresistiv tilstand, slik at strøm kan flyte.

• Energiutspredning: TVS-dioder spredder overbelastningsenergi gjennom avalanche-effekten i deres interne PN-forbindelser og er egnet for hurtigrespons for små overbelastninger.

3. Energiledling og jording

SPD-er absorberer ikke bare overbelastningsenergi, men leder også deler av den til jordlinjer for å ytterligere redusere effekten på utstyr. Spesifikke mekanismer inkluderer:

• Ledningskrets: SPD-er er designet med spesielle ledningskretser for å veilede overvoltage til jordlinjen, for å forhindre at den direkte treffer belasted enheter.

• Jordesystem: Et godt jordesystem er nøkkelen til effektiv SPD-drift. Jordesystemet bør gi en lavimpedansvei for rask utspredning av overbelastningsenergi til jorden.

4. Gjenoppretting etter overbelastning

Etter overbelastningshendelsen må SPD-en returnere til sin normale driftstillstand. Forskjellige typer beskyttere har forskjellige gjenoppretningsmekanismer:

• MOV-er: Hvis overbelastningen ikke forårsaker permanent skade på MOV-en, vil den automatisk returnere til en høyresistiv tilstand når spenningen normaliseres.

• GDT-er: Når spenningen returnerer til normal, slukkes plasman i GDT-en automatisk, og isolasjonen gjenopprettes.

• TVS-dioder: Etter at spenningen normaliseres, returnerer TVS-dioder også automatisk til en høyresistiv tilstand.

5. Feilmoduser og beskyttelse

Selv om SPD-er er designet for å håndtere overbelastninger, kan de fremdeles mislykkes i ekstreme tilfeller. For å sikre sikkerhet, inkluderer mange SPD-er ekstra funksjoner:

• Termiske frakoblingsenheter: Når en MOV eller annen komponent overheter og mislykkes, vil termisk frakoblingsenhet bryte kretsen for å forhindre brann og andre faremomenter.

• Indikatorlys/alarm: Noen SPD-er kommer utstyrt med indikatorlys eller alarm for å varsle brukere om at beskytteren fortsatt fungerer korrekt.

Konklusjon

Under et lynnedslag beskytter overvoltageverner elektrisk utstyr gjennom følgende trinn:

• Deteksjon av overbelastning: Identifisere situasjoner hvor spenningen overstiger normale verdier.

• Absorpsjon og utspredning av energi: Bruke komponenter som MOV-er, GDT-er og TVS-dioder for å konvertere overbelastningsenergi til varme eller andre energiformer.

• Ledning til jordlinjer: Veilede overvoltage til jordlinjer for å minimere effekten på utstyr.

• Tilbake til normal tilstand: Etter overbelastningen, returnerer beskytteren til sin normale driftstillstand.

• Feilsikring: Tilby ekstra sikkerhetsforanstaltninger i ekstreme tilfeller for å forhindre videre skade.