Prinzip des Überspannungsschutzes für Schaltnetzteile
Überspannungsschutzgerät (SPD), auch Überspannungsschutz genannt, ist ein nichtlineares Schutzgerät, das in spannungsführenden Systemen zur Begrenzung transienter Überspannungen und zur Führung von Entladungsstoßströmen eingesetzt wird. Es dient zum Schutz elektrischer oder elektronischer Systeme mit niedriger Spannungsfestigkeit vor Blitzeinschlägen, elektromagnetischen Impulsen oder betriebsbedingten Überspannungsschäden. In den letzten Jahren haben sich elektronische Informationssysteme (wie Fernsehen, Telefon, Kommunikation, Computernetzwerke usw.) rasant entwickelt und eine große Anzahl elektronischer Informationsgeräte ist entstanden und populär geworden. Diese Arten von Systemen und Geräten sind oft teuer und wichtig, haben eine niedrige Betriebsspannung und Spannungsfestigkeit, was sie sehr anfällig für elektromagnetische Blitzimpulse macht. Daher sollte SPD zum Überspannungsschutz verwendet werden.
Das Arbeitsprinzip der SPD
Der Überspannungsschutz eignet sich zum Schutz von 220/380-V-Niederspannungsnetzteilen und ist eine nichtlineare Komponente. Gemäß IEC-Normen ist der Überspannungsschutz ein Gerät, das hauptsächlich zur Unterdrückung von Überspannung und Überstrom in der Übertragungsleitung verwendet wird. Die Grundvoraussetzung dafür, dass ein Überspannungsschutz eine Schutzfunktion übernimmt, besteht darin, dem erwarteten Blitzstrom standzuhalten und den nach dem Blitzdurchfluss erzeugten Netzfrequenz-Dauerstrom durch die maximale Klemmspannung des Überspannungsschutzes wirksam zu löschen. Es begrenzt die momentane Überspannung, die in die Stromleitung oder Signalübertragungsleitung gelangt, auf den Spannungsbereich, dem das Gerät oder System standhalten kann, oder leitet starke Blitzströme in den Boden ab, um das geschützte Gerät oder System vor Schäden durch Stöße zu schützen.
Die Arten und Strukturen von Überspannungsschutzgeräten variieren je nach Verwendungszweck, sie enthalten jedoch mindestens ein nichtlineares spannungsbegrenzendes Element. Zu den häufig verwendeten Überspannungsschutzgeräten gehören MOVs (MetalOxideVaristoren) und Gasentladungsröhren. Stromstöße enthalten starke Energie und können nicht gestoppt werden. Aus diesem Grund besteht die Strategie zum Schutz empfindlicher elektrischer Geräte vor Überspannungsschäden darin, die Überspannung vom Gerät abzuleiten und dann in den Boden abzuleiten.
Der Überspannungsschutz MOV besteht aus drei Teilen: einem Metalloxidmaterial in der Mitte, das über zwei Halbleiter mit der Stromversorgung und dem Erdungskabel verbunden ist. Wenn ein Anstieg auftritt, reagiert der MOV sofort mit einer Reaktionszeit von 1-3 Nanosekunden. Das „V“ in MOV ist ein Rheostat. Im Moment der Reaktion sinkt der Widerstand des MOV von seinem Maximalwert auf nahezu Null Ohm und ein Überstrom fließt durch den MOV in die Erde. Die geschützten elektrischen Geräte arbeiten weiterhin mit normaler Betriebsspannung. Seine Halbleiterbauelemente haben die Eigenschaft, bei Spannungsänderungen ihren Widerstand zu ändern. Wenn die Spannung unter einen bestimmten Wert fällt, erzeugt die Bewegung der Elektronen in einem Halbleiter einen hohen Widerstand. Im Gegenteil, wenn die Spannung diesen spezifischen Wert überschreitet, ändert sich die Bewegung der Elektronen und der Halbleiterwiderstand sinkt auf nahezu Null Ohm. Die Spannung ist normal und der Überspannungsschutz MOV ist nebenbei im Leerlauf, ohne die Stromleitung zu beeinträchtigen.
Indikatoren für die Vor- und Nachteile von Überspannungsschutzgeräten (MOVs):
(1) Klemmspannung: Stellt den Spannungswert dar, der dazu führt, dass der MOV eine Verbindung zum Erdungskabel herstellt. Je niedriger die Klemmspannung, desto besser ist die Schutzleistung.
(2) Energieaufnahme-/-ableitungskapazität: Dieser Nennwert gibt an, wie viel Energie der Überspannungsschutz absorbieren kann, bevor er durchbrennt, in Joule. Je höher der Wert, desto besser ist die Schutzleistung.
(3) Reaktionszeit: Überspannungsschutzgeräte schalten sich nicht sofort ab und es kommt zu einer leichten Verzögerung ihrer Reaktion auf Überspannungen.
Ein weiteres übliches Überspannungsschutzgerät ist eine Gasentladungsröhre. Diese Gasentladungsröhren haben die gleiche Funktion wie MOVs: Sie leiten überschüssigen Strom vom stromführenden Kabel zum Erdungskabel und erreichen diese Funktion durch die Verwendung von Inertgas als Leiter zwischen den beiden Drähten. Wenn die Spannung innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt, bestimmt die Zusammensetzung des Gases, dass es ein schlechter Leiter ist. Wenn die Spannung ansteigt und diesen Bereich überschreitet, reicht die Stromstärke aus, um das Gas zu ionisieren, wodurch die Gasentladungsröhre ein sehr guter Leiter wird. Es leitet Strom zum Erdungskabel, bis die Spannung wieder auf normale Werte zurückkehrt, und wird dann zu einem fehlerhaften Leiter.
