Komponenter och skyddskopplingar

När överspänningar uppstår måste de drabbade apparaterna och kablarna mycket snabbt kortslutas med potentialutjämningen. För detta finns det olika komponenter med motsvarande egenskaper. Dessa komponenter skiljer sig främst från varandra genom sitt reaktionsförhållande och sin avledningsförmåga.

Suppressordioder

Kopplingssymbol och U/I-kurvor för en suppressordiod  

Kopplingssymbol och U/I-kurvor för en suppressordiod

Egenskaper:

  • Funktionen definieras i allmänhet som finskydd.
  • Reagerar mycket snabbt.
  • Låg spänningsbegränsning.
  • Standardutförande med låg strömbelastningsförmåga och hög kapacitet.
    • Vid en märkspänning på 5 V är den maximala avledningsförmågan ca 750 A.
    • Vid högre märkspänningar sjunker avledningsförmågan betydligt.

Speciella egenskaper:

Det finns även dioder med högre märkspänning och större avledningsförmåga. Dessa utföranden är emellertid betydligt större och används därför knappast i kombinerade skyddskopplingar.

Förklaring:

UR = spärrspänning
UB = genombrottsspänning
UC = begränsningsspänning
IPP = stötströmimpuls
IR = spärrström

Varistorer

Kopplingssymbol och U/I-kurvor för metalloxidvaristorer  

Kopplingssymbol och U/I-kurvor för metalloxidvaristorer

Egenskaper:

  • Funktionen definieras i allmänhet som mellanskydd.
  • Tillslagstider ligger i undre nanosekundområdet.
  • Reagerar snabbare än gasfyllda avledare.
  • Orsakar inga nätföljdströmmar.

Speciella egenskaper:

Varistorer med upp till 2,5 kA nominell avledningsström används som mellanskydd i MSR-tekniken. På området strömförsörjning är varistorer med upp till 3 kA nominell avledningsström en väsentlig beståndsdel av lastbrytare i typ 3-skyddsenheter för enhetsskydd. Varistorer som används i typ 2-skyddsenheter är avsevärt mer kraftfulla. Standardutförandet klarar i detta användningsområde nominella avledningsströmmar upp till 20 kA. För särskilda tillämpningar finns det emellertid även typ 2-skyddsenheter upp till 80 kA.

Förklaring:

A = högohmigt driftområde
B = lågohmigt driftområde/begränsningsområde

Gasurladdningsrör

Kopplingssymbol och tändkurva för ett gasurladdningsrör  

Kopplingssymbol och tändkurva för ett gasurladdningsrör

Egenskaper:

  • Funktionen definieras i allmänhet som mellanskydd.
  • Tillslagstider ligger i det mittersta nanosekundområdet.
  • Standardvarianter avleder strömmar på upp till 20 kA.
  • Trots hög avledningsförmåga är komponenten mycket liten.

Speciella egenskaper:

För denna komponent leder en spänningstidsberoende tändning till restspänningar, som till och med kan uppgå till ett par 100 V.

Förklaring:

1) Statiskt reaktionsförhållande
2) Dynamiskt reaktionsförhållande

Gnistgap

Kopplingssymbol och tändkurva för ett gnistgap  

Kopplingssymbol och tändkurva för ett gnistgap

Egenskaper:

  • Ett mellanskydds kärna
  • Hög släckningsförmåga av nätföljdströmmar
  • Relativt hög tillslagshastighet
  • Tändförhållanden beroende på spänningsökningen över tid

Speciella egenskaper:

Kärnan i ett effektivt mellanskydd är oftast ett gnistgap. I dessa komponenter står två gnisthörn mitt emot varandra med ett litet avstånd. Överspänningar orsakar ett överslag mellan gnisthörnen och det uppstår en ljusbåge. Denna plasmasträcka kortsluter överspänningen. Då flödar mycket höga och brant stigande strömmar med värden upp till tresiffriga kA-områden. Det finns öppna och stängda gnistgap. Fysiskt så är avlednings- och släckningsförmågan större för öppna gnistgap.

Arc Chopping-tekniken har visat sig särskilt effektiv för gnistgap. Här ligger en extra så kallad stötplatta mitt emot elektroderna. Ljusbågen trängs i riktning mot stötplattan mellan elektroderna och krossas där. Det bildas ljusbågefragment som blåses ut från gnistgapets område och därefter enkelt slocknar. Så kan gnistgapet bli högohmigt igen när överspänningen är borta.

Förklaring:

UZ = tillslagsspänning/tändspänning
tZ = tillslagstid

Kombinerade skyddskopplingar för signalgränssnitt

Beroende på typen av applikation används olika komponenter. De kan användas enskilt eller även kombinerade med varandra i komplexa skyddskopplingar.

Skyddskoppling i två steg med ohmsk frånkoppling (vänster) och skyddskoppling i tre steg med induktiv frånkoppling (höger)

Skyddskoppling i två steg med ohmsk frånkoppling (vänster) och skyddskoppling i tre steg med induktiv frånkoppling (höger)

Med en kombination av olika komponenter kan man sammanfatta de önskade komponentspecifika fördelarna. Till exempel utgör kopplingskombinationer av gasurladdningsrör och suppressordioder en standard-skyddskoppling för känsliga signalgränssnitt. Denna kombination erbjuder ett effektivt och snabbt tillslagsskydd med bästa möjliga skyddsnivå.

Komponenterna är indirekt parallellt kopplade som skyddssteg. Dvs. mellan komponenterna finns en ohmsk eller induktiv isoleringskomponent ansluten. Det påverkar ett tidsfördröjt tillslag av de gradvis indelade skyddsstegen.

De olika skyddskopplingarna skiljer sig principiellt genom:

  • Antal skyddssteg
  • Kopplingens kraftriktning (längs-/tvärspänningsskydd)
  • Märkspänning
  • Dämpningsverkan på signalfrekvenser
  • Skyddsnivå (begränsningsspänning)

Funktion för skyddskopplingar i flera steg

Spänningsfördelning i en skyddskoppling i två steg  

Spänningsfördelning i en skyddskoppling i två steg

När en överspänning uppstår reagerar suppressordioden som snabbaste komponent. Avledningsströmmen flödar genom suppressordioden och det förkopplade frånkopplingsmotståndet. Spänningen minskas med frånkopplingsmotståndet. Via frånkopplingsmotståndet faller en spänning som motsvarar differensvärdet mellan de olika tillslagsspänningarna för suppressordioden och gasurladdningsröret.

Så uppnås gasurladdningsrörets tillslagsspänning innan stötströmmen överbelastar suppressordioden. Det betyder att när gasurladdningsröret har slagit till flödar avledningsströmmen nästan fullständigt genom gasavledaren. Restspänningen via gasavledaren uppgår maximalt till 20 V så att suppressordioden avlastas. Vid en liten avledningsström, som inte överbelastar suppressordioden, slår inte gasurladdningsröret till.

Den avbildade kopplingen ger fördelarna med ett snabbt tillslag vid låg spänningsbegränsning och samtidigt en hög avledningsförmåga. En skyddskoppling i tre steg med induktiv frånkoppling arbetar enligt samma princip. Dock sker kommuteringen i två steg: först från suppressordioden till varistorn och sedan vidare till gasurladdningsröret.

Spänningsfördelning fungerar i princip även mellan de olika skyddsstegen inom området strömförsörjning. Då minskas UW via ledaren mellan skyddsenheterna typ 1 och typ 2 liksom mellan typ 2 och typ 3. Det finns emellertid även skyddsenhetskoncept för strömförsörjning där det är möjligt att koordinera mellan skyddsstegen utan ledarlängder.

Förklaring:

UG = tillslagsspänning gasurladdningsrör
UD = begränsningsspänning suppressordiod
UW = differensspänning över frånkopplingsmotståndet

PHOENIX CONTACT AB

Linvägen 2
S-14144 Huddinge
+46 (0)8 - 608 64 00

Denna webbplats använder cookies, genom att fortsätta surfa på webbplatsen godkänner du vår användning av cookies.
Läs vår sekretesspolicy för mer information.

Stäng