Vijf beschermingsmethoden voor overspanningsbeveiligers
Methoden voor overspanningsbeveiliging
1. Parallel geschakelde overspanningsbeveiligingsapparaten (SPD's) over stroomleidingen
Onder normale omstandigheden blijven de varistoren in de overspanningsbeveiliging in een hoge-impedantiestand. Wanneer het elektriciteitsnet wordt getroffen door bliksem of te maken krijgt met tijdelijke spanningspieken als gevolg van schakelhandelingen, reageert de beveiliging binnen nanoseconden, waardoor de varistoren overschakelen naar een lage-impedantiestand en de overspanning snel tot een veilig niveau wordt teruggebracht. Bij langdurige spanningspieken of overspanningen degradeert en verhit de varistor, waardoor een thermisch uitschakelmechanisme wordt geactiveerd om brand te voorkomen en apparatuur te beschermen.
2. Seriefilter-type overspanningsbeveiligers die in serie met stroomcircuits zijn aangesloten
Deze overspanningsbeveiligers leveren schone en veilige stroom voor gevoelige elektronische apparatuur. Blikseminslagen dragen niet alleen enorme hoeveelheden energie met zich mee, maar ook extreem steile spannings- en stroomstijgingen. Hoewel parallel geschakelde overspanningsbeveiligers de amplitude van de piek kunnen onderdrukken, kunnen ze de scherpe golffronten niet afvlakken. Seriegeschakelde overspanningsbeveiligers met filters, die in lijn met de voedingscircuits zijn aangesloten, gebruiken MOV's (MOV1, MOV2) om overspanningen binnen nanoseconden te begrenzen. Bovendien reduceert een LC-filter de steilheid van de spannings- en stroomstijgingen van de piek met bijna een factor 1000 en verlaagt de restspanning met een factor vijf, waardoor gevoelige apparaten worden beschermd.
3. Het installeren van spanningsbegrenzende varistoren tussen fasen en leidingen om overspanningen te beperken.
Deze methode werkt goed voor verlichting, liften, airconditioners en motoren, die een hogere overspanningsbestendigheid hebben. Het is echter minder effectief voor moderne, compacte elektronica met een hoge integratiegraad. In eenfasige 220V wisselstroomsystemen worden bijvoorbeeld doorgaans varistoren tussen de nulleider en de aarde geplaatst om geïnduceerde blikseminslagen op te vangen. De effectiviteit van de bescherming hangt volledig af van de keuze en betrouwbaarheid van de varistor.
De klemspanning wordt ingesteld op basis van de piekspanning van het net (310V), rekening houdend met:
- 20% netschommelingen,
- 10% componenttolerantie,
- 15% betrouwbaarheidsfactoren (veroudering, vocht, hitte).
De gebruikelijke klemspanning ligt dus tussen de 470V en 510V. Spanningspieken onder de 470V worden ongewijzigd doorgegeven.
Hoewel standaard elektrische apparatuur (bijv. motoren, verlichting) bestand is tegen 1500V wisselspanning (2500V piek), werkt moderne elektronica op ±5V tot ±15V, met maximale toleranties onder de 50V. Hoogfrequente spanningspieken onder de 470V kunnen nog steeds via parasitaire capaciteiten in transformatoren en voedingen worden doorgegeven, waardoor IC's beschadigd raken. Bovendien kunnen sterke spanningspieken, als gevolg van restspanning in varistoren en inductantie van de aansluitingen, de klemspanning verhogen tot 800V–1000V, wat de elektronica verder in gevaar brengt.
4. Verbeterde bescherming met ultra-isolatietransformatoren (isolatiemethode)
Tussen de voedingsbron en de belasting wordt een afgeschermde scheidingstransformator geplaatst om hoogfrequente ruis te blokkeren en tegelijkertijd een goede secundaire aarding mogelijk te maken. Common-mode interferentie, die gerelateerd is aan aarde, wordt overgedragen via de capaciteit tussen de wikkelingen. Een geaarde afscherming tussen de primaire en secundaire wikkelingen leidt deze interferentie af, waardoor de uitgangsruis wordt verminderd.
5. Absorptiemethode
Absorberende componenten onderdrukken spanningspieken door over te schakelen van hoge naar lage impedantie wanneer drempelspanningen worden overschreden. Veelvoorkomende voorbeelden zijn:
- Varistoren – Beperkte capaciteit voor het verwerken van stroom.
- Gasontladingsbuizen (GDT's)– Trage reactie.
- TVS-diodes / halfgeleiderontladingsbuizen – Sneller, maar met een nadeel qua energieverbruik.
