Komponenter og beskyttelseskoblinger

Hvis overspenning oppstår, må berørt utstyr og ledere kortsluttes med potensialutjevningen så raskt som overhodet mulig. Det finnes forskjellige komponenter med nettopp slike egenskaper. Disse komponentene har andre responsegenskaper og en annen avledningskapasitet.

Suppressordioder

Koblingssymbol og U/I-karakteristikker for suppressordiode  

Koblingssymbol og U/I-karakteristikker for suppressordiode

Egenskaper:

  • Funksjonen defineres generelt som finbeskyttelse.
  • Meget rask reaksjon.
  • Lav spenningsbegrensning.
  • Standardutførelse med lav stømbelastning og høy kapasitet.
    • Ved en nominell spenning på 5 V utgjør maksimal avledningskapasitet ca. 750 A.
    • Ved høyere nominell spenning synker avledningskapasiteten betraktelig.

Spesielle forhold:

Det finnes også dioder med høyere nominell spenning og bedre avledningskapasitet. Disse variantene er betraktelig større og brukes derfor så å si aldri i kombinerte beskyttelseskoblinger.

Forklaring:

UR = Sperrespenning
UB = Gjennombruddsspenning
UC = Begrensningsspenning
IPP = Støtstrømimpuls
IR = Sperrestrøm

Varistorer

Koblingssymbol og U/I-karakteristikker for metalloksidvaristorer  

Koblingssymbol og U/I-karakteristikker for metalloksidvaristorer

Egenskaper:

  • Funksjonen defineres generelt som mellombeskyttelse.
  • Responstidene ligger i nedre nanosekundområde.
  • Reagerer raskere enn gassfylte avledere.
  • Forårsaker ingen nettfølgestrøm.

Spesielle forhold:

Varistorer med opptil 2,5 kA nominell avlederstøtstrøm benyttes som middels beskyttelsestrinn innen måle-, styre- og reguleringsteknikk. På området strømforsyning utgjør varistorer med opptil 3 kA nominell avlederstøtstrøm en vesentlig bestanddel av beskyttelseskoblinger i type 3-avledere for utstyrsbeskyttelse. Varistorer som benyttes i type 2-avledere er vesentlig sterkere. På dette bruksområdet tar standardutførelsen seg av nominell avlederstøtstrøm opptil 20 kA. Til spesielle anvendelser finnes det også type 2-avledere med opptil 80 kA.

Forklaring:

A = Driftsområde med høye ohmverdier
B = Driftsområde med lave ohmverdier / begrensningsområde

Gassfylte overspenningsavledere

Koblingssymbol og tennkarakteristikk for gassfylt overspenningsavleder  

Koblingssymbol og tennkarakteristikk for gassfylt overspenningsavleder

Egenskaper:

  • Funksjonen defineres generelt som mellombeskyttelse.
  • Responstidene ligger i midterste nanosekundområde.
  • Standardvarianter avleder strøm opptil 20 kA.
  • Til tross for gode avledningsegenskaper har komponenten meget små dimensjoner.

Spesielle forhold:

Ved denne komponenten fører spenningstidsavhengige tennegenskaper til restspenning som til og med kan utgjøre noen hundre  volt.

Forklaring:

1) Statiske reaksjonsegenskaper
2) Dynamiske reaksjonsegenskaper

Gnistgap

Koblingssymbol og tennkarakteristikk for et gnistgap  

Koblingssymbol og tennkarakteristikk for et gnistgap

Egenskaper:

  • Kjernestykke i en lynavleder
  • Gode slukkeegenskaper ved nettfølgestrøm
  • Relativt høy responshastighet
  • Tennegenskaper avhengig av spenningsstigning over tid

Spesielle forhold:

Et gnistgap er i de fleste tilfeller selve kjernestykket i lynavledere med god effekt. Ved denne komponenten står to gnisthorn overfor hverandre i kort avstand. Overspenning forårsaker et overslag mellom gnisthornene, og en lysbue oppstår. Denne plasmastrekningen kortslutter overspenningen. Det vil da flyte strøm med høye verdier opptil et tresifret kA-område med sterk stigningsgrad. Man skiller mellom åpne og lukkede gnistgap. Av fysikalske årsaker er avlednings- og slukkeegenskapene til åpne gnistgap bedre.

Arc Chopping-teknologien har vist seg å være spesielt godt egnet for gnistgap. Her er en såkalt støtplate i tillegg plassert overfor elektrodene. Lysbuen presses mellom elektrodene i retning støtplaten, og knuses. Det dannes lysbuefragmenter som blåses ut fra gnistgapområdet og deretter slukner lett. Slik kan gnistgapet igjen oppnå høye ohmverdier straks overspenningen ikke lenger er et faktum.

Forklaring:

UZ = Reaksjonsspenning/tennspenning
tZ = Reaksjonstid

Kombinerte beskyttelseskoblinger for signalgrensesnitt

Avhengig av bruksområde velges ulike komponenter. De kan kombineres med hverandre enkeltvis eller også i komplekse beskyttelseskoblinger.

Totrinns beskyttelseskobling med ohmsk dekobling (venstre) og tretrinns beskyttelseskobling med induktiv dekobling (høyre)

Totrinns beskyttelseskobling med ohmsk dekobling (venstre) og tretrinns beskyttelseskobling med induktiv dekobling (høyre)

Ved å kombinere forskjellige komponenter får man nettopp de komponentspesifikke fordelene man ønsker. Koblingskombinasjoner av gassavledere og suppressordioder gir for eksempel en standard beskyttelseskobling for ømfintlige signalgrensesnitt. Denne kombinasjonen gir en ytelsessterk og raskt responderende beskyttelse med best mulig beskyttelsesnivå.

Komponentene er indirekte parallellkoblet som beskyttelsestrinn. Det innebærer at ohmske eller induktive dekoblingsledd er plassert mellom komponentene. Det gir en tidsforskjøvet reaksjon i de enkelte beskyttelsestrinnene.

Beskyttelseskoblingene har hovedsakelig følgende forskjeller:

  • Antall beskyttelsestrinn
  • Koblingens virkeretning (langs-/tverrspenningsbeskyttelse)
  • Nominell spenning
  • Dempeeffekt på signalfrekvenser
  • Beskyttelsesnivå (begrensningsspenning)

Virkemåten til flertrinns beskyttelseskoblinger

Spenningsfordeling i en totrinns beskyttelseskobling  

Spenningsfordeling i en totrinns beskyttelseskobling

Når overspenning oppstår, er suppressordioden den komponenten som reagerer raskest. Avlederstrømmen flyter gjennom suppressordioden og den forankoblede dekoblingsmotstanden. Via dekoblingsmotstanden faller en spenning. Den tilsvarer differanseverdien mellom de forskjellige reaksjonsspenningene til en suppressordiode og en gassfylt overspenningsavleder.

Slik oppnås gassavlederens reaksjonsspenning før støtstrømmen overbelaster suppressordioden. Det betyr at når den gassfylte overspenningsavlederen har reagert, flyter avlederstrømmen nesten i sin helhet gjennom gassavlederen. Restspenningen via gassavlederen utgjør maksimalt 20 V, slik at suppressordioden er avlastet. Den gassfylte overspenningsavlederen reagerer ikke ved lav avlederstrøm som ikke overbelaster suppressordioden.

Koblingen som vist har den fordel at man får en rask reaksjon og lav spenningsbegrensning samt også god avledningskapasitet. En tretrinns beskyttelseskobling med induktiv dekobling fungerer etter samme prinsipp. Kommuteringen foregår likevel i to trinn, og da først fra suppressordioden til varistoren og deretter videre til den gassfylte overspenningsavlederen.

Prinsippet bak spenningsfordelingen fungerer prinsipielt også mellom de forskjellige beskyttelsestrinnene på området for strømforsyning. UW faller via ledningen melom avlederne type 1 og type 2 samt mellom type 2 og type 3. Det finnes også avlederkonsepter for strømforsyningen der en koordinering er mulig uten ledninger mellom beskyttelsestrinnene.

Forklaring:

UG = Reaksjonsspenning gassfylt overspenningsavleder
UD = Begrensningsspenning suppressordiode
UW = Differansespenning via dekoblingsmotstanden

PHOENIX CONTACT AS

Strømsveien 344
N-1081 Oslo
+47 22 07 68 00

Dette nettstedet bruker cookies, ved å fortsette å bla gjennom samtykker du til vår cookie politikk. Les vår personvernpolicy for mer informasjon.

Lukk