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Eingesetzte Komponenten zum Überspannungsschutz

Allgemein

Komponenten die zum Überspannungsschutz eingesetzt werden basieren auf einem grundsätzlichen Prinzip, so lange Nennspannung anliegt sind diese hochohmig, und machen sich maximal mit Ihrer Kapazität durch eine Reduzierung der Grenzfrequenz bemerkbar. Das spielt jedoch nur im Bereich der Telekommunikation und Datenübertragungstechnik eine Rolle. Wird die Nennspannung bis zur maximal zulässigen Spannung erhöht, wirken die Schutzkomponenten wie ein Kurzschluß. Elektronische Schalter die für diesen Zweck verwendet werden nennt man Überspannungsableiter.

Eingesetzt werden offene Funkenstrecken, geschlossene Funkenstrecken, Gasentladungs-funkenstrecken, Varistoren und Surpressordioden. Am besten wirkt eine Kombination von Funkenstrecken, Ableitern und Varistoren wie beschrieben in drei Stufen.

Funkenstrecken

Die meisten Ableiter der Class I Spezifikation arbeiten mit einer Funkenstrecke. Sie sind für den Einsatz als Schutzstufe 1 entwickelt worden. Sie werden in offene und geschlossene Funkenstrecken unterteilt. Beide Formen besitzen zwei Elektroden. Das Material der Elektroden, die Form und der Abstand entscheidet über die Schutzspannung dieser Komponenten. Offene Gleitfunkenstrecken erzeugen im Überspannungsfall flüssiges Plasma (Iimp RMS=50kA bei (10/350µs)) und bedürfen einer Brandsicheren Konstruktion, um ein Abbrennen der Verteilung zu verhindern. Geschlossene Funkenstrecken können bis zu einem Strom von 25kA RMS bei (10/350µs) eingesetzt werden. Einige von Ihnen haben einen hohen Ableitstrom von bis zu Iimp>100kA, der Folgestrom jedoch ist gering, da die Brennspannung oberhalb der Nennspannung ist, so daß ein gutes Folgestromlöschvermögen erreicht wird, ähnlich wie Gas-Entladungsfunkenstrecken bei ca. If=100A, so daß Ihr Einsatzgebiet gleich ist.

Gasentladungs-Funkenstrecken

Auf Grund ihrer Bauweise mit Elektroden und einem Keramikgehäuse welches mit einem Gas gefüllt ist, haben die Bauelemente eine hohe Impedanz (>1000MΩ) und eine sehr geringe Kapazität (einige pF), so daß diese such im Bereich der Telekommunikation Einsatz finden. Ihr Ableitvermögen beträgt Iimp>100kA, der Folgestrom ca. If=100A RMS. Die Eigenschaften hängen von der Form der Elektroden , dem Abstand und der Gasfüllung ab. Während eines Entladungsvorganges können Temperaturen bis 2000°C entstehen, und der Druck steigt um ein vielfaches. Diese Bedingungen müssen die Keramikkörper erfüllen. Mit der Veränderung der Parameter lassen sich Bauelemente von 100V bis 2000V Nennspannung mit einer Toleranz von +/- 20% erzeugen. Diese Bauteile haben eine lange Lebensdauer.

Varistoren

sind spannungsabhängige Widerstände mit einer symmetrischen U/I Kennlinie. Sie bestehen zu 90% aus ZnO auf Keramikbasis und 10% Zusätzen zur Bestimmung Ihrer Eigenschaften. Es wird auf einen Keramikträger über einen Sintervorgang zwei Schichten aufgebracht. Die Übergänge dieser Schichten sind vergleichbar mit Zener-Dioden. Ihr Widerstand beträgt an Normalspannung >1MΩ und sinkt bei zunehmender Überspannung auf einige 10Ω mit einer Geschwindigkeit einiger ns. Varistoren sind in Ihrer Anwendung lediglich im Telkommunikationsbereich eingeschränkt, da ihre Kapazität einige 10 pF bis 1nF beträgt, und damit entscheidend die Grenzfrequenz beinflusst.

Surpressor-Dioden

sind bidirektionale Zener-Dioden ausgelegt für hohe Impulsströme und extrem kurze Ansprechzeiten (ns-Bereich) . Diese werden im Schwerpunkt in elektronischen Geräten eingesetzt, da sie nur eine geringe Baugröße besitzen.