Prinzip des Überspannungsschutzes
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 wird verwendet, um elektrische oder elektronische Systeme mit niedriger Spannungsfestigkeit vor Blitzeinschlägen, elektromagnetischen Impulsen oder Betriebsüberspannungsschäden zu schützen. 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.
Aufgrund der unterschiedlichen Standards verschiedener Länder sind die Spezifikationen der Produkte nicht einheitlich, und die Identifizierung der Parameter hat auch einen eigenen Schwerpunkt, der anderen elektrischen Produktspezifikationen weit unterlegen ist, was große Unannehmlichkeiten bei Design und Auswahl mit sich bringt. Im technischen Design können gängige Marken anhand ihres Herkunftsorts hauptsächlich in inländische Produkte, europäische Produkte und amerikanische Produkte unterteilt werden. Die Parametereinstellungen von Haushaltsprodukten sind chaotisch, mit unterschiedlichen Spezifikationen und hoher Restspannung. Einige der standardisierten Produktmodelle sollen europäische Produkte nachahmen, während andere nationalen Standardparametern folgen. Die meisten Produkte sind mit In und Imax gekennzeichnet. Aufgrund der geringen Anforderungen heimischer Produkte an den Einsatzort, der niedrigen Gebäudehöhe und der hohen Spannungsfestigkeit der Geräte können einige Parameteranforderungen entsprechend gelockert werden.
Europäische Produkte sind in der Regel mit dem maximalen Entladestrom gekennzeichnet und auch das Produktmodell wird anhand dieses Parameters festgelegt. Zum Beispiel eine bekannte europäische Marke XXX65 und XXX40, wobei die Werte 65 und 40 Imax sind. Chinesische Normen schreiben jedoch eindeutig vor, dass der Nennentladestrom In zur Auswahl herangezogen werden sollte, was derzeit bei der Konstruktionsplanung eine heikle Situation darstellt. Nach Prüfung der Produktinformationen überschreitet der In-Wert von XX65 nicht 20 kA und der In-Wert von XX40 überschreitet nicht 15 kA. Wenn die empfohlenen Werte von GB50343 eingehalten werden, können diese beiden Produkte nur für den dreistufigen Schutz am Ende der Ausrüstung verwendet werden. Im tatsächlichen Design sind sie jedoch auf der ersten und zweiten Ebene installiert, was eindeutig im Widerspruch zu den Auswahlparametern der nationalen Standards steht und die Restspannung hoch ist. Gewöhnliche Modelle überschreiten im Allgemeinen 1200 V. Wenn die Verkabelungsumgebung nicht gut ist, kann es leicht passieren, dass der Spannungsfestigkeitswert des Geräts überschritten wird. Im Allgemeinen haben europäische Produkte einen relativ kleinen Uc-Wert und sind bei der Kennzeichnung der Netzspannung opportunistisch, was eine Irreführung bei der Modellauswahl erleichtert.
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.
Die Indikatoren für die Vor- und Nachteile von Überspannungsschutzgeräten (MOVs) sind: (1) Klemmspannung: Stellt den Spannungswert dar, der dazu führt, dass die MOVs mit dem Erdungskabel verbunden werden. 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, ist die Zusammensetzung des Gases ein Hinweis darauf, 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
