Oorzaken van overspanningen

Overspanning – wat is dat eigenlijk precies? Hoe ontstaan overspanningen? Hoe komen overspanningen in uw apparaten en installaties? Dat hebt u zich misschien ook al eens afgevraagd. Op de volgende pagina's wordt u uitgebreid geïnformeerd over alles op het gebied van de overspanningsbeveiligingstechnologie.

Ontstaansoorzaken

Overspanningen treden in een fractie van een seconde op. Ze worden daarom ook wel transiënte spanningen of transiënten genoemd. Ze hebben zeer korte stijgtijden van enkele microseconden, waarna ze binnen maximaal 100 microseconden relatief langzaam weer afvallen.

Overspanningen ontstaan door de volgende gebeurtenissen:

De vakterm voor een bliksemontlading is LEMP. Dat staat voor Lightning Electromagnetic Pulse.

Blikseminslagen bij onweer veroorzaken extreem hoge transiënte overspanningen. Deze zijn veel hoger dan overspanningen die ontstaan door schakelhandelingen of elektrostatische ontladingen. Maar in vergelijking met de andere ontstaansoorzaken treden ze aanzienlijk minder vaak op.

Schakelhandelingen worden aangeduid met de afkorting SEMP. Deze term staat voor Switching Electromagnetic Pulse.

Onder schakelhandelingen worden in dit verband het schakelen van machines met hoge vermogens of kortsluitingen in het voedingsnet verstaan. Bij zulke processen ontstaan in de getroffen leidingen binnen enkele fracties van een seconde zeer grote stroomveranderingen.

De afkorting ESD staat voor Electrostatic Discharge en betekent elektrostatische ontlading.

Hierbij vindt overdracht van elektrische lading tussen twee lichamen met een verschillend elektrostatisch potentiaal plaats wanneer deze elkaar naderen of aanraken. Een bekend voorbeeld hiervan is de ontlading van een persoon die wordt opgeladen doordat hij over een tapijt loopt en vervolgens bij aanraking van een geaard metalen voorwerp – bijvoorbeeld een metalen leuning – wordt ontladen.

Soorten inkoppeling

Overspanningen kunnen op verschillende manieren stroomcircuits binnenkomen. Deze manieren worden soorten inkoppeling genoemd.

Galvanische inkoppeling (links), inductieve inkoppeling (midden) en capacitieve inkoppeling (rechts)

Galvanische inkoppeling (links), inductieve inkoppeling (midden) en capacitieve inkoppeling (rechts)

Zo worden overspanningen genoemd die direct in een stroomcircuit inkoppelen. Dat is bijvoorbeeld het geval bij blikseminslagen. Hoge bliksemstroomamplituden veroorzaken bij de aardweerstand van het getroffen gebouw een overspanning.

Alle kabels die op de centrale potentiaalvereffening zijn aangesloten, krijgen deze extra spanning. Op aders waar bliksemstroom doorheen stroomt, ontstaat een extra overspanning. Deze is vanwege de grote stroomsteilheid hoofdzakelijk op het inductieve deel van de aderweerstand terug te voeren. De berekeningsbasis daarvoor is de inductiewet: u0 = L x di/dt.

De inductieve inkoppeling vindt volgens het transformatorprincipe plaats door het magnetische veld van een stroomvoerende ader. Een direct ingekoppelde overspanning veroorzaakt in de betreffende ader een stootstroom met hoge stijgwaarden.

Tegelijkertijd ontstaat er om deze ader een overeenkomstig krachtig magnetisch veld, zoals bij de primaire wikkeling van een transformator. Het magnetische veld induceert een overspanning in andere aders die zich binnen de invloedsfeer van het magnetische veld bevinden, zoals bij de secundaire wikkeling van een transformator. Via de ader komt de ingekoppelde overspanning op het aangesloten apparaat terecht.

De capacitieve inkoppeling vindt in principe plaats via het elektrische veld tussen twee punten met een groot potentiaalverschil. Via de afleiding van een bliksemafleider ontstaat een hoog potentiaal ten gevolge van een blikseminslag. Er ontstaat een elektrisch veld tussen de afleiding en andere delen met een lager potentiaal.

Dat zijn bijvoorbeeld kabels van de voeding of voor de signaaloverdracht of apparaten binnen het gebouw. Er ontstaat verplaatsing van lading door het elektrische veld. Dit leidt tot een spanningsstijging, resp. overspanning in de betreffende kabels en apparaten.

Uitwerkingsrichting van overspanningen

Overspanningen beïnvloeden de getroffen stroomcircuits in twee richtingen.

Common mode spanning (links) en differential mode spanning (rechts)

Common mode spanning (links) en differential mode spanning (rechts)

Common mode spanningen [UL] treden in geval van beïnvloeding door overspanningen of hoogfrequente stoorspanningen tussen actieve aders en aarde op. Hiervoor worden ook wel de termen asymmetrische storing of infase-storing gebruikt.

Common mode spanningen vormen in eerste lijn een risico voor componenten die tussen actieve potentialen en een geaarde ground zitten, evenals de isolatie tussen actieve potentialen en aarde. Er treedt overslag op naar printplaten of van spanningvoerende componenten naar geaarde behuizingsdelen.

Differential mode spanningen [QL] treden in geval van beïnvloeding door overspanningen of hoogfrequente stoorspanningen tussen actieve aders en een stroomcircuit op. Hiervoor worden ook wel de termen symmetrische storing of balansstoring gebruikt.

Differential mode spanningen vormen een risico voor de spannings- en signaalingang van apparaten en interfaces. Directe overbelasting met schade aan de getroffen componenten in de voeding of signaalverwerkende componenten is het gevolg.

PHOENIX CONTACT B.V.

Hengelder 56
6902 PA Zevenaar
Postbus 246
6900 AE Zevenaar
(0316) 59 17 20

Deze website maakt gebruik van cookies. Als u onze site blijft gebruiken gaat u akkoord met het gebruik van deze cookies.
Lees onze privacy policy voor meer informatie.

Sluiten