Vad händer inuti en överspännings skyddare under ett blixtslag?

Vad händer i ett överflödeskydd under en blixtnedslag?

Under en blixtnedslag spelar överflödeskyddsanordningar (SPDs) en viktig roll för att skydda elektrisk utrustning från tillfälliga överspänningar (dvs. överflöden). Nedan följer de huvudsakliga processer och mekanismer som inträffar inuti en SPD under sådana händelser:

1. Överflödesdetektering och respons

När ett överflöde orsakat av en blixtnedslag tränger in i strömsystemet upptäcker den överflödeskyddande enheten snabbt denna ovanliga spänning. Vanligtvis har SPD:er en tröskelspänning inställd; när den upptäckta spänningen överskrider denna tröskel aktiveras skyddsmechanismen.

2. Energiabsorption och energidissipation

SPD:er absorberar och dissipar överflödesenergi för att förhindra att den når anslutna elektriska enheter. Vanliga absorption- och dissipationmekanismer inkluderar:

a. Metalloxidvaristorer (MOVs)

• Arbetsprincip: MOV:er är icke-linjära resistiva material vars motstånd ändras med applicerad spänning. Under normala driftsspänningar visar MOV:er högt motstånd; när spänningen överskrider en viss tröskel sjunker deras motstånd kraftigt, vilket gör det möjligt för ström att passera genom.

• Energidissipation: MOV:er omvandlar onödig elektrisk energi till värme och dissipar den. Även om MOV:er har egenskaper för självåterställning och kan fortsätta fungera efter flera små överflöden, kan de misslyckas efter stora eller frekventa överflöden.

b. Gasavläggningstrummor (GDT:er)

• Arbetsprincip: GDT:er är gasfyllda rör som är täta. När spänningen mellan de två ändarna överskrider en viss värde ioniseras gasen inuti, vilket skapar en ledande väg för ström.

• Energidissipation: GDT:er dissipar överflödesenergi genom plasman som skapas av gasionisering och släcker automatiskt plasman när spänningen återgår till normal, vilket återställer isoleringen.

c. Transient Voltage Suppression (TVS) dioder

• Arbetsprincip: TVS-dioder befinner sig i ett högmotstånds-tillstånd under normala driftsspänningar. När spänningen överskrider deras brytningsvoltage växlar dioden snabbt till ett lågmotstånds-tillstånd, vilket gör det möjligt för ström att flöda.

• Energidissipation: TVS-dioder dissipar överflödesenergi genom avalanche-effekten inuti sina interna PN-junctioner och är lämpliga för snabbt svar på små överflöden.

3. Energiomledning och jordning

SPD:er absorberar inte bara överflödesenergi, utan leder också en del av den till jordlinor för att ytterligare minska effekten på utrustningen. Specifika mekanismer inkluderar:

• Omlädningskretsar: SPD:er är utformade med specialiserade omlädningskretsar för att leda överspänning till jordlinan, vilket förhindrar att den direkt når belastningsenheter.

• Jordningssystem: Ett bra jordningssystem är nyckeln till att säkerställa effektiv SPD-drift. Jordningssystemet bör erbjuda en lågimpedansväg för att snabbt dissipera överflödesenergi till marken.

4. Återhämtning efter överflöde

Efter överflödehändelsen måste SPD:en återgå till sitt normala driftstillstånd. Olika typer av skydd har olika återhämtningsmekanismer:

• MOVs: Om överflödet inte orsakar permanent skada på MOV:en kommer den automatiskt att återgå till ett högmotstånds-tillstånd när spänningen normaliseras.

• GDT:er: När spänningen återgår till normal släcks plasman inuti GDT:en automatiskt, vilket återställer isoleringstillståndet.

• TVS-dioder: Efter att spänningen normaliseras återgår TVS-dioder också automatiskt till ett högmotstånds-tillstånd.

5. Felmoder och skydd

Även om SPD:er är utformade för att hantera överflöden kan de fortfarande misslyckas i extrema fall. För att säkerställa säkerhet innehåller många SPD:er ytterligare funktioner:

• Termiska koppluringsenhet: När en MOV eller annan komponent överhettas och misslyckas kommer termiska kopplingsenheten att bryta kretsen för att förhindra brand och andra risker.

• Indikatorlampor/larm: Vissa SPD:er är utrustade med indikatorlampor eller larm för att informera användaren om skyddet fortfarande fungerar korrekt.

Slutsats

Under en blixtnedslag skyddar överflödeskyddsanordningar elektrisk utrustning genom följande steg:

• Överflödesdetektering: Identifiera situationer där spänningen överskrider normala gränser.

• Absorption och dissipation av energi: Använd komponenter som MOV:er, GDT:er och TVS-dioder för att omvandla överflödesenergi till värme eller andra former av energi.

• Omläggning till jordlinor: Led överspänning till jordlinor för att minimera effekten på utrustningen.

• Återgång till normalt tillstånd: Efter överflödet återgår skyddet till sitt normala driftstillstånd.

• Felförsvar: Erbjud ytterligare säkerhetsåtgärder i extrema fall för att förhindra ytterligare skador.