Welke diodes worden doorgaans gebruikt voor overspanningsbeveiliging in distributienetwerken?

一, TVS-diode: precisiebeschermingskern met respons op millisecondenniveau
1. Kenmerken en werkingsprincipe van het apparaat
TVS-diodes (Transient Voltage Suppressor) zijn ontworpen op basis van het lawine-doorslageffect en hun belangrijkste voordelen liggen in de responssnelheid van nanoseconden (minder dan of gelijk aan 1 × 10 ⁻¹ ² seconden) en nauwkeurige klemspanningsregeling. Wanneer de transiënte spanning de doorslagspanning (VBR) overschrijdt, gaat het apparaat snel over van een toestand met hoge weerstand naar een toestand met lage weerstand, en klemt de spanning binnen een veilig bereik (VC-waarde) door grote stromen om te leiden. De typische klemcoëfficiënt (VC/VBR) is 1,2-1,4. De TVS-buis uit de P0640SC-serie is bijvoorbeeld bestand tegen piekstromen van duizenden ampère en klemspanningen zo laag als honderden volt, waardoor deze geschikt is voor bescherming in 600V/800V hoogspanningsdistributienetwerken.

2. Belangrijkste parameters voor selectie
Reverse Cut Off Voltage (VRMM): Deze moet 1,1-1,2 keer hoger zijn dan de normale bedrijfsspanning van het circuit. Voor een 120V-systeem zijn bijvoorbeeld apparaten nodig met een VRMM groter dan of gelijk aan 132V.
Piekpulsvermogen (PPP): Berekend op basis van piekenergie, zoals PPP Groter dan of gelijk aan E (piekenergie)/VC onder de golfvorm van 8/20 μs.
Verbindingscapaciteit (CJ): Apparaten met een lage capaciteit (zoals 0,1-10pF) moeten worden geselecteerd voor hoogfrequente signaallijnen om signaalverzwakking te voorkomen. De USB 3.0-interface vereist bijvoorbeeld het gebruik van TVS-buizen met CJ kleiner dan of gelijk aan 0,3pF.
3. Typische toepassingsscenario's
Stroomingang voor datacenters: TVS-buizen uit de SMBJ-serie worden gebruikt om bescherming op drie- niveaus te bouwen. Op het eerste niveau worden apparaten met een hoog-vermogen (zoals 1500 W) gebruikt om grote energiepieken te absorberen, en op het derde niveau worden apparaten met een lage capaciteit (zoals 500 W) gebruikt om gevoelige chips te beschermen.
Fotovoltaïsche omvormer DC-zijde: Parallelle TVS-buizen zijn aangesloten in een DC 1000V-systeem om transiënte overspanning te onderdrukken die wordt veroorzaakt door bewolking of array-switching.
2, Semiconductor Discharge Tube (TSS): Backbone-bescherming voor hoge stroomcapaciteit
1. Kenmerken en werkingsprincipe van het apparaat
TSS (Thyristor Surge Suppressors) maakt gebruik van een PNPN-structuur met vier lagen, die de schakelkarakteristieken van thyristors combineert met de unidirectionele geleidbaarheid van diodes. De belangrijkste voordelen liggen in de extreem hoge piektolerantie (tot tientallen kiloampère) en de lage restspanningskarakteristieken (typische VC-waarde kleiner dan of gelijk aan 2 keer VBR). De TSS uit de P0640SC-serie is bijvoorbeeld bestand tegen een piek- en restspanning van 20 kA onder 800 V onder een golfvorm van 8/20 μs, waardoor deze geschikt is voor de bescherming van backbone-lijnen van hoogspanningsdistributienetwerken.

2. Belangrijkste parameters voor selectie
Doorslagspanning (VBO): Deze moet overeenkomen met de nominale spanning van het systeem, bijvoorbeeld bij het selecteren van apparaten met VBO=12-15kV voor een 10kV-systeem.
Stroomdraagvermogen (Ipp): Op basis van het bliksemrisiconiveau moeten apparaten met Ipp groter dan of gelijk aan 50 kA worden geselecteerd voor gebieden met veel onweersbuien.
Responstijd: Typische waarde Minder dan of gelijk aan 100 ns, waarvoor coördinatie met TVS-buizen vereist is om een ​​graduele bescherming te bereiken.
3. Typische toepassingsscenario's
Inkomend uiteinde onderstation: er wordt een samengesteld beschermingsschema van TSS en MOV in serie toegepast, met TSS als de eerste fase om hoge- energiepieken te absorberen en MOV als de tweede fase om de restspanning te beperken.
Verzamellijn voor windparken: parallelle TSS bij de 35 kV-kabelterminal om overspanning veroorzaakt door kabelwerking te onderdrukken.
3, Varistor (MOV): een economische en efficiënte universele bescherming
1. Kenmerken en werkingsprincipe van het apparaat
MOV (Metal Oxide Varistor) gebruikt zinkoxide als hoofdmateriaal en bereikt een spanningsbegrenzende functie door middel van niet-lineaire volt-ampèrekarakteristieken. De belangrijkste voordelen liggen in de hoge kosteneffectiviteit en hoge stroomcapaciteit (tot enkele honderden kiloampère per chip), maar er is ook sprake van een verouderingseffect (prestatievermindering na langdurig gebruik-). De 14D471K MOV is bijvoorbeeld bestand tegen een piek van 40 kA onder een golfvorm van 8/20 μs en is geschikt voor eindbeveiliging in distributienetwerken met lage- spanning.

2. Belangrijkste parameters voor selectie
Spanningsgevoelig (V1mA): Deze moet hoger zijn dan de maximale continue bedrijfsspanning van het circuit, zoals het selecteren van apparaten met V1mA groter dan of gelijk aan 320V voor een 220V-systeem.
Huidige capaciteit: Afhankelijk van het bliksemrisiconiveau vereist bescherming van klasse C een Iimp groter dan of gelijk aan 65 kA (golfvorm van 10/350 μs).
Lekstroom: typische waarde Minder dan of gelijk aan 20 μA, regelmatig testen is vereist om veroudering en defecten te voorkomen.
3. Typische toepassingsscenario's
Residentiële verdeelkast: door gebruik te maken van MOV om bescherming op drie-niveaus te bouwen, installeert het eerste niveau apparaten met hoog-vermogen (zoals 20kA) aan het inkomende hoofdlijnuiteinde, en installeert het derde niveau apparaten met laag-vermogen (zoals 2kA) in het stopcontactcircuit.
Schakelkast voor industriële motoren: parallelle MOV aan de ingangskant van de frequentieomvormer om transiënte overspanning te onderdrukken die wordt veroorzaakt door het starten en stoppen van de motor.
4, Bouwstrategie van een beveiligingssysteem met meerdere- niveaus
1. Principe van graduele bescherming
Een combinatieschema van "grove bescherming + fijne bescherming" aannemen:

Niveau 1 (grove bescherming): Installeer TSS of hoog-energetische MOV bij de systeemingang om grote energiestoten (zoals blikseminslagen) te absorberen.
Tweede niveau (precisiebescherming): Installeer TVS-buizen aan de voorkant van de apparatuur om de restspanning tot een veilig niveau te beperken (zoals de spanningswaarde onder de chip).
Derde niveau (lokale bescherming): sluit TVS-buizen met laag-vermogen parallel naast gevoelige componenten aan om de laatste bescherming te bieden.
2. Kernpunten voor parametercoördinatie
Energiecoördinatie: zorg ervoor dat de apparaten aan de voorkant- energie absorberen die groter is dan of gelijk is aan 80% van de totale piekenergie om overbelasting van de apparaten aan de achterkant- te voorkomen.
Spanningscoördinatie: De VC-waarde van elk apparaatniveau moet geleidelijk worden verlaagd om een ​​"gradiëntbeveiliging" te vormen. Het eerste niveau VC is bijvoorbeeld 1500 V, het tweede niveau VC is 800 V en het derde niveau VC is 400 V.
Tijdcoördinatie: gebruik het verschil in de responstijd van het apparaat (TSS ≈ 100ns, TVS ≈ 1ns) om een ​​snelle respons te bereiken.