Prinzip und Aufbau des Überspannungsschutzschalters

Der Überspannungsschutzschalter ist eigentlich das, was wir normalerweise als Überspannungsschutzgerät bezeichnen, auch Blitzüberspannungsschutz genannt.Es handelt sich um eine Art Gerät oder Stromkreis, der Sicherheitsschutz für verschiedene elektrische Geräte, Instrumente und Kommunikationsschaltkreise bietet.Es wird verwendet, um Überspannungen oder Spitzenspannungen zwischen dem Wechselstromnetz zu absorbieren, um sicherzustellen, dass die von ihm geschützten Geräte oder Schaltkreise nicht beschädigt werden.
Der Leistungsschalter des Überspannungsschutzes kann Spannungsspitzen oder Spannungsspitzen von Tausenden von Volt bewältigen. Dies hängt natürlich von den Parametern und Spezifikationen des ausgewählten Überspannungsschutzes ab.Abhängig vom Anwendungsszenario des Benutzers gibt es auch SPD-Überspannungsschutzgeräte für mehrere hundert Volt.Der Überspannungsschutz kann Hochspannungsspitzen im Handumdrehen aushalten, die Dauer der Spannungsspitzen darf jedoch nicht zu lang sein, da sich der Schutz sonst aufgrund übermäßiger Energieaufnahme aufheizt und durchbrennt.

Was ist ein Anstieg?

Überspannung ist eine Art vorübergehende Störung.Unter bestimmten Bedingungen überschreitet die momentane Spannung im Stromnetz den Bereich der Nennnormalspannung.Im Allgemeinen dauert dieser Übergang nicht allzu lange, kann aber eine sehr hohe Amplitude haben.Es kann innerhalb einer Millionstelsekunde ein plötzliches Hoch sein.Beispielsweise haben der Moment eines Blitzschlags, das Trennen induktiver Lasten oder das Anschließen großer Lasten große Auswirkungen auf das Stromnetz.Wenn das an das Stromnetz angeschlossene Gerät oder der Stromkreis nicht über Überspannungsschutzmaßnahmen verfügt, ist es in den meisten Fällen leicht, dass das Gerät beschädigt wird, und der Grad der Beschädigung hängt von der Spannungsfestigkeit des Geräts ab.

Unter normalen Arbeitsbedingungen wird die Spannung am Testpunkt auf einem stabilen Zustand von 500 V gehalten.Wenn jedoch der Schalter q plötzlich getrennt wird, entsteht am Prüfpunkt aufgrund des umgekehrten elektromotorischen Krafteffekts aufgrund der plötzlichen Änderung des induktiven Stroms ein hoher Spannungsstoß.

Zwei häufig verwendete Überspannungsschutzschaltungen

1. Der Überspannungsschutz der ersten Stufe

Das Überspannungsschutzgerät der ersten Stufe wird normalerweise am Eingang eines Hauses oder Gebäudes installiert.Es schützt alle Geräte am Eingangsanschlusspunkt vor Überspannungen.Normalerweise sind sowohl die Kapazität als auch das Volumen des Überspannungsschutzes der ersten Stufe sehr groß und teuer, aber unerlässlich.

2. Überspannungsschutz der zweiten Ebene

Der Überspannungsschutz der zweiten Stufe hat nicht die gleiche Kapazität wie der erste Stufe und absorbiert weniger Energie, ist aber sehr tragbar.Es wird normalerweise am Zugangspunkt elektrischer Geräte, z. B. einer Steckdose, installiert oder sogar in die Vorderseite der Leistungsplatine elektrischer Geräte integriert, um sekundäre Schutzfunktionen für Geräte bereitzustellen.

Die folgende Abbildung ist ein einfaches schematisches Diagramm der Installation des Überspannungsschutzgeräts:

Gemeinsamer sekundärer Überspannungsschutzkreis

Über die sekundäre Überspannungsschutzschaltung ist vielen Menschen wenig bekannt, da sie größtenteils auf der Leistungsplatine integriert ist.Die sogenannte Power-Platine ist oft das vordere Ende des Eingangs vieler elektrischer Geräte, normalerweise ist der Wechselstrom-Wechselstrom-, Wechselstrom-Gleichstrom-Stromkreis auch ein Stromkreis, der direkt in die Steckdose gesteckt wird.Die wichtigste Aufgabe der auf der Leistungsplatine entwickelten Blitzschutzschaltung besteht darin, im Falle einer Überspannung rechtzeitig Schutz zu bieten, z. B. durch Unterbrechen des Stromkreises oder Absorbieren der Überspannung (Strom).
Bei einer anderen Art sekundärer Überspannungsschutzschaltung, beispielsweise einer USV (unterbrechungsfreie Stromversorgung), verfügen einige komplexe USV-Stromversorgungen über eine integrierte Überspannungsschutzschaltung, die dieselbe Funktion wie der Überspannungsschutz auf der normalen Stromversorgungsplatine hat.

Wie funktioniert das Überspannungsschutzgerät?

Es gibt einen Überspannungsschutz, der bei Auftreten der Überspannung rechtzeitig die Stromversorgung unterbricht.Diese Art von Überspannungsschutz ist sehr intelligent und komplex.und natürlich ist es relativ teuer und wird im Allgemeinen selten verwendet.Diese Art von Überspannungsschutz besteht im Allgemeinen aus einem Spannungssensor, einem Controller und einer Verriegelung.Der Spannungssensor überwacht hauptsächlich, ob es zu Spannungsschwankungen im Stromnetz kommt.Der Controller liest das Stoßspannungssignal des Spannungssensors und steuert die Verriegelung rechtzeitig als Ein-/Aus-Schalter des Aktuatorsteuerkreises, wenn es als Stoßspannungssignal beurteilt wird.
Es gibt eine andere Art von Überspannungsschutzschaltung, die den Stromkreis bei Auftreten einer Überspannung nicht unterbricht, sondern die Überspannung begrenzt und die Überspannungsenergie absorbiert.Dieser ist normalerweise in die Leiterplatte integriert, so dass beispielsweise Schaltnetzteile über diese Art von Überspannungsschutzschaltung verfügen.Die Schaltung sieht im Allgemeinen wie in der folgenden Abbildung dargestellt aus:

Überspannungsschutz 1, über die Grenze zwischen der stromführenden Leitung und der neutralen Leitung, d. h. die Differenzialmodus-Unterdrückungsschaltung.Die Überspannungsschutzgeräte 2 und 3 sind jeweils mit dem stromführenden Kabel an die Erde und dem Neutralleiter an die Erde angeschlossen, was eine Gleichtaktunterdrückung darstellt.Das Differentialmodus-Überspannungsschutzgerät wird verwendet, um die Überspannung zwischen dem stromführenden Draht und dem Neutralleiter abzuklemmen und zu absorbieren.Auf die gleiche Weise wird das Gleichtakt-Überspannungsschutzgerät verwendet, um die Überspannung des Phasendrahtes gegen Erde zu klemmen.Im Allgemeinen reicht es aus, einen Überspannungsschutz 1 für weniger anspruchsvolle Überspannungsstandards zu installieren, in einigen anspruchsvollen Fällen muss jedoch ein Gleichtakt-Überspannungsschutz hinzugefügt werden.

Ursprung des Spannungsstoßes

Es gibt viele Faktoren, die Überspannungen erzeugen können, im Allgemeinen aufgrund von Blitzeinschlägen, dem Laden und Entladen von Kondensatoren, Resonanzkreisen, induktiven Schaltkreisen, Motorantriebsstörungen usw. Man kann sagen, dass Überspannungen im Stromnetz überall auftreten.Daher ist es unbedingt erforderlich, einen Überspannungsschutz im Stromkreis zu entwickeln.

Das Medium, das den Anstieg verbreitet

Nur bei geeignetem Ausbreitungsmedium hat die Überspannung die Möglichkeit, die elektrischen Betriebsmittel zu zerstören.

Stromleitung – Stromleitungen sind das wichtigste und direkteste Medium zur Ausbreitung von Überspannungen, da fast alle elektrischen Geräte über Stromleitungen mit Strom versorgt werden und ein Stromleitungsverteilungsnetz allgegenwärtig ist.

Funkwellen – tatsächlich ist der Haupteingang die Antenne, die leicht drahtlose Überspannungen oder Blitzeinschläge empfangen kann, die elektrische Geräte im Handumdrehen zerstören können.Wenn ein Blitz in die Antenne einschlägt, durchdringt er den Hochfrequenzempfänger.

Lichtmaschine – Im Bereich der Automobilelektronik werden Spannungsspitzen ebenfalls mit Schwerpunkt definiert.Wenn die Lichtmaschine komplexe Schwankungen aufweist, wird häufig eine große Überspannung erzeugt.

Induktiver Stromkreis: Wenn sich die Spannung an beiden Enden des Induktors plötzlich ändert, entsteht häufig eine Überspannung.

So entwerfen Sie eine Überspannungsschutzschaltung

Es ist nicht schwierig, eine Überspannungsschutzschaltung zu entwerfen.Tatsächlich ist zum Entwerfen einer integrierten Überspannungsschutzschaltung im einfachsten Fall nur eine Komponente erforderlich, nämlich ein MOV-Varistor oder eine Transientendiode TVS.Wie in der Abbildung unten gezeigt, können die Überspannungsschutzgeräte 1-3 Varistoren MOV oder TVS sein.

Manchmal ist es nur erforderlich, einen MOV-Varistor parallel zwischen dem Neutralleiter der Wechselstromleitung anzuschließen, um die IEC-Norm zu erfüllen.In vielen Anwendungen ist es notwendig, gleichzeitig eine Überspannungsschutzschaltung zwischen dem Nullstromkabel und der Erde hinzuzufügen, um die höheren Anforderungen der Überspannungsnorm zu erfüllen, beispielsweise ist die Anforderung höher als 4 kV.

Überspannungsschutz für Varistor MOV

Grundlegende Eigenschaften von MOV

1. MOV steht für Metalloxid-Varistor, Metalloxid-Widerstand. Sein Widerstandswert ändert sich entsprechend der Spannung am Widerstand.Es wird normalerweise zwischen Wechselstromnetzen zur Bewältigung von Überspannungen eingesetzt.
2. MOV ist ein spezielles Gerät, das auf Spannung basiert.
3. Wenn MOV funktioniert, ähneln seine Eigenschaften ein wenig denen von Dioden, sind nichtlinear und nicht für das Ohmsche Gesetz geeignet, aber seine Spannungs- und Stromeigenschaften sind bidirektional, während Dioden unidirektional sind.
4. Es ähnelt eher einer bidirektionalen TVS-Diode.
5. Wenn die Spannung am Varistor die Klemmspannung nicht erreicht, befindet er sich im Leerlaufzustand.

Standortauswahl des Varistors in der Überspannungsschutzschaltung

Der Varistor ist eine kritische Komponente im Überspannungsschutz.Achten Sie beim Entwurf darauf, dass es so nah wie möglich an der Sicherung am Eingangsende liegt, wie in der Abbildung unten gezeigt.Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Sicherung bei Auftreten eines Stoßstroms rechtzeitig durchbrennen kann und der nachfolgende Stromkreis in einem offenen Zustand ist, um größere Schäden oder sogar einen Brand durch den Stoßstrom zu vermeiden.