Moduler og beskyttelseskoblinger

Når der forekommer overspændinger, skal de berørte apparater og ledninger kortsluttes i løbet af kort tid med potentialudligningen. Til dette findes der forskellige moduler med relevante egenskaber. Disse moduler adskiller sig primært på grund af deres reaktionsadfærd og deres afledningsevne.

Suppressordioder

Symbol og U/I-kendelinje for en suppressordiode  

Symbol og U/I-kendelinje for en suppressordiode

Egenskaber:

  • Funktionen defineres generelt som finbeskyttelse.
  • Reagerer meget hurtigt.
  • Lav spændingsbegrænsning.
  • Standardudførelse med lav strømværdi og høj kapacitet.
    • Ved en mærkespænding på 5 V udgør den maksimale afledningsevne ca. 750 A.
    • Ved højere mærkespændinger sænkes afledningsevnen betydeligt.

Særlige egenskaber:

Der findes også dioder med højere mærkespænding og større afledningsevne. Disse udførelser er imidlertid betydeligt større og anvendes derfor sjældent i kombinerede beskyttelseskoblinger.

Forklaring:

UR = Spærrespænding
UB = Gennembrudsspænding
UC = Begrænsningsspænding
IPP = Stødstrømsimpuls
IR = Spærrestrøm

Varistorer

Symbol og U/I-kendelinje for metaloxid-varistorer  

Symbol og U/I-kendelinje for metaloxid-varistorer

Egenskaber:

  • Funktionen defineres generelt som mellembeskyttelse.
  • Reaktionstider ligger i det nederste nanosekundområde.
  • Reagerer hurtigere end gasfyldte afledere.
  • Forårsager ingen netfølgestrøm.

Særlige egenskaber:

Varistorer med op til 2,5 kA mærke-afledestødstrøm anvendes som det mellemste beskyttelsestrin i MSR-teknikken. På spændingsforsyningsområdet er varistorer med op til 3 kA mærke-afledestødstrøm en væsentlig bestanddel af effektafbrydere i type 3-beskyttelsesenheder til apparatbeskyttelse. De varistorer, der anvendes i type 2-beskyttelsesenheder er væsentligt mere effektive. Standardudgaven kontrollerer på dette anvendelsesområde mærke-afledestødstrøm op til 20 kA. Til specielle anvendelser fås der også type 2-beskyttelsesenheder med op til 80 kA.

Forklaring:

A = Højohmsk driftsområde
B = Lavohmsk driftsområde / begrænsningsområde

Gasfyldte overspændingsafledere

Symbol og tændingskurve for en gasfyldt overspændingsafleder  

Symbol og tændingskurve for en gasfyldt overspændingsafleder

Egenskaber:

  • Funktionen defineres generelt som mellembeskyttelse.
  • Reaktionstider ligger i det mellemste nanosekundområde.
  • Standardvarianter afleder strøm på op til 20 kA.
  • Trods høj afledningsevne har modulet meget små dimensioner.

Særlige egenskaber:

Ved dette modul fører en spændingstidafhængig tændingsadfærd til restspændinger, der kan være helt op til flere 100 V.

Forklaring:

1) Statisk reaktionsadfærd
2) Dynamisk reaktionsadfærd

Gnistgab

Symbol og tændingskurve for et gnistgab  

Symbol og tændingskurve for et gnistgab

Egenskaber:

  • Den centrale del af en lynstrømsafleder
  • Høj slukkeevne for netfølgestrøm
  • Relativ høj reaktionshastighed
  • Tændingsadfærd afhængig af spændingsstigning over tid

Særlige egenskaber:

Det centrale stykke i en effektiv lynstrømsafleder er i de fleste tilfælde et gnistgab. Ved dette modul befinder der sig to gnisthorn tæt over for hinanden. Overspændinger forårsager et overslag mellem gnisthornene og der opstår en lysbue. Denne plasmaafstand kortslutter overspændingen. Derved strømmer høj og stejlt stigende strøm med værdier op i det trecifrede kA-område. Der er flere åbne og lukkede gnistgab. Fysisk betinget er aflednings- og slukkeevnen for åbne gnistgab større.

Arc Chopping-teknologien har vist sig at være særlig effektiv, når det gælder gnistgab. Her ligger der overfor elektroderne også en såkaldt prelplade. Lysbuen presses mellem elektroderne i retning af denne prelplade og smadres her. Derved dannes der lysbuefragmenter, som blæses ud fra gnistgabområdet og som derefter slukkes let. Derved kan gnistgabet igen blive højohmsk, når der ikke længere er overspænding.

Forklaring:

UZ = Indkoblingsspænding / tændspænding
tZ = Reaktionstid

Kombinerede beskyttelseskoblinger til signalgrænseflader

Alt afhængig af anvendelse bruges der forskellige moduler. De kan kombineres enkeltvis eller med hinanden i komplekse beskyttelseskoblinger.

To-trins beskyttelseskobling med ohmsk afkobling (venstre) og tre-trins beskyttelseskobling med induktiv afkobling (højre)

To-trins beskyttelseskobling med ohmsk afkobling (venstre) og tre-trins beskyttelseskobling med induktiv afkobling (højre)

De modulspecifikke fordele kan sammenfattes med en kombination af de ønskede modulspecifikke fordele. For eksempel udgør koblingskombinationerne ved gasafledere og suppressordioder en standard-beskyttelseskobling til følsomme signalgrænseflader. Denne kombination giver mulighed for en effektiv og hurtigt reagerende beskyttelse med det bedst mulige beskyttelsesniveau.

Modulerne er koblet indirekte parallelt som beskyttelsestrin. Dvs. at der mellem modulerne er indsat et ohmsk eller induktivt afkoblingsled. Det bevirker en tidsforskudt reaktion af de hierarkiske beskyttelsestrin.

Beskyttelseskoblingerne adskiller sig principielt ved:

  • Antal beskyttelsestrin
  • Koblingens virkningsretning (længde-/tværgående spændingsbeskyttelse)
  • Mærkespænding
  • Dæmpningsvirkning på signalfrekvenser
  • Beskyttelsesniveau (begrænsningsspænding)

Funktion af flertrins beskyttelseskoblinger

Spændingsfordeling i en to-trins beskyttelseskobling  

Spændingsfordeling i en to-trins beskyttelseskobling

Når der forekommer en overspænding reagerer suppressordioden som det første og hurtigste modul. Afledestrømmen strømmer gennem suppressordioden og den forkoblede afkoblingsmodstand. Over afkoblingsmodstanden falder spændingen. Den svarer til forskelsværdien mellem de forskellige reaktionsspændinger fra suppressordioden og den gasfyldte overspændingsafleder.

Således nås gasaflederens indkoblingsspænding, før stødstrømmen fra suppressordioden overbelastes. Dvs. når den gasfyldte overspændingsafleder reagerer, flyder afledestrømmen næsten fuldstændig gennem gasaflederen. Restspændingen over gasaflederen er maksimalt 20 V, således at suppressordioden aflastes. Ved en lav afledestrøm, der ikke overbelaster suppressordioden, reagerer overspændingsaflederen ikke.

Den afbildede kobling giver mulighed for en hurtig reaktion ved lav spændingsbegrænsning og har samtidig en høj afledningsevne. En tre-trins beskyttelseskobling med induktiv afkobling fungerer efter samme princip. Imidlertid sker forandringen i to trin: Først fra suppressordioden til varistoren og derefter videre til den gasfyldte overspændingsafleder.

Princippet om spændingsfordeling virker grundlæggende også mellem de forskellige beskyttelsestrin på området for strømforsyning. Derved falder UW over ledningen mellem aflederne type 1 og type 2 samt mellem type 2 og type 3. Der findes dog også afledningskoncepter til strømforsyningen, ved hvilke en koordinering uden ledningslængder er mulig mellem beskyttelsestrinnene.

Forklaring:

UG = Reaktionsspænding ved en gasfyldt overspændingsafleder
UD = Begrænsningsspænding suppressordiode
UW = Differensspænding over afkoblingsmodstanden

PHOENIX CONTACT A/S

Hammerholmen 48
Postboks 1181
2650 Hvidovre
36 77 44 11

Denne hjemmeside anvender cookies. Ved at fortsætte accepterer du vores cookie regler. Læs vores erklæring om beskyttelse af persondata.

Luk