Hvilke dioder brukes vanligvis for overspenningsbeskyttelse i distribusjonsnettverk?

一, TVS-diode: presisjonsbeskyttelseskjerne med millisekundnivårespons
1. Enhetsegenskaper og arbeidsprinsipp
TVS (Transient Voltage Suppressor) dioder er designet basert på skredsammenbruddseffekt, og deres kjernefordeler ligger i nanosekunders responshastighet (mindre enn eller lik 1 × 10 ⁻¹ ² sekunder) og presis klemspenningskontroll. Når den transiente spenningen overskrider dens sammenbruddsspenning (VBR), går enheten raskt over fra en tilstand med høy motstand til en tilstand med lav motstand, og klemmer spenningen innenfor et sikkert område (VC-verdi) ved å avlede store strømmer. Den typiske klemmekoeffisienten (VC/VBR) er 1,2-1,4. For eksempel kan TVS-røret i P0640SC-serien tåle toppstrømmer på tusenvis av ampere og klemmespenninger så lave som hundrevis av volt, noe som gjør det egnet for beskyttelse i 600V/800V høyspentdistribusjonsnettverk.

2. Nøkkelparametere for valg
Omvendt avskjæringsspenning (VRMM): Den skal være 1,1-1,2 ganger høyere enn den normale driftsspenningen til kretsen. For eksempel krever et 120V-system bruk av enheter med VRMM større enn eller lik 132V.
Peak Pulse Power (PPP): Beregnet basert på bølgeenergi, slik som PPP Større enn eller lik E (surge energy)/VC under 8/20 μs bølgeform.
Junction capacitance (CJ): Enheter med lav kapasitans (som 0,1-10pF) bør velges for høyfrekvente signallinjer for å unngå signaldempning. For eksempel krever USB 3.0-grensesnittet bruk av TVS-rør med CJ mindre enn eller lik 0,3pF.
3. Typiske bruksscenarier
Datasenterstrøminntak: TVS-rør i SMBJ-serien brukes til å konstruere beskyttelse på tre-nivåer. Det første nivået bruker enheter med høy-effekt (for eksempel 1500 W) for å absorbere store energistøt, og det tredje nivået bruker enheter med lav kapasitans (som 500 W) for å beskytte sensitive brikker.
Fotovoltaisk inverter DC-side: Parallelle TVS-rør er koblet til i et DC 1000V-system for å undertrykke transient overspenning forårsaket av skydekke eller array-svitsjing.
2, Semiconductor Discharge Tube (TSS): Beskyttelse av ryggrad for høy strømkapasitet
1. Enhetsegenskaper og arbeidsprinsipp
TSS (Tyristor Surge Suppressors) tar i bruk en PNPN firelagsstruktur, som kombinerer svitsjekarakteristikkene til tyristorer med den ensrettede ledningsevnen til dioder. Kjernefordelene ligger i dens ekstremt høye overspenningstoleranse (opptil titalls kiloampere) og lave gjenværende spenningsegenskaper (typisk VC-verdi Mindre enn eller lik 2 ganger VBR). For eksempel kan P0640SC-serien TSS tåle en 20kA overspenning og restspenning under 800V under en 8/20 μs bølgeform, noe som gjør den egnet for beskyttelse av-høyspentdistribusjonsnettverks stamlinjer.

2. Nøkkelparametere for valg
Breakdown voltage (VBO): Den må samsvare med den nominelle spenningen til systemet, for eksempel å velge enheter med VBO=12-15kV for et 10kV-system.
Gjeldende bæreevne (Ipp): Basert på lynrisikonivået bør enheter med Ipp større enn eller lik 50kA velges for områder med høye tordenvær.
Responstid: Typisk verdi Mindre enn eller lik 100ns, krever koordinering med TVS-rør for å oppnå gradert beskyttelse.
3. Typiske bruksscenarier
Innkommende ende av transformatorstasjonen: Et sammensatt beskyttelsesskjema med TSS og MOV i serie er tatt i bruk, med TSS som det første trinnet for å absorbere høye-energistøt og MOV som det andre trinnet for å begrense gjenværende spenning.
Vindparksamlingslinje: parallell TSS ved 35kV kabelterminal for å undertrykke overspenning forårsaket av kabeldrift.
3, Varistor (MOV): En økonomisk og effektiv universell beskyttelse
1. Enhetsegenskaper og arbeidsprinsipp
MOV (Metal Oxide Varistor) bruker sinkoksid som hovedmateriale og oppnår spenningsbegrensende funksjon gjennom ikke-lineære volt ampere-karakteristikk. Kjernefordelene ligger i høy kostnad-effektivitet og høy strømkapasitet (opptil flere hundre kiloampere per brikke), men det er en aldringseffekt (forringelse av ytelsen etter lang-bruk). For eksempel kan 14D471K MOV tåle en 40kA overspenning under en 8/20 μs bølgeform og er egnet for endebeskyttelse i lavspente distribusjonsnettverk.

2. Nøkkelparametere for valg
Spenningsfølsom (V1mA): Den må være høyere enn den maksimale kontinuerlige driftsspenningen til kretsen, for eksempel å velge enheter med V1mA større enn eller lik 320V for et 220V-system.
Nåværende kapasitet: I henhold til lynrisikonivået krever beskyttelse i klasse C Iimp Større enn eller lik 65kA (10/350 μs bølgeform).
Lekkasjestrøm: Typisk verdi Mindre enn eller lik 20 μ A, regelmessig testing er nødvendig for å forhindre aldring og feil.
3. Typiske bruksscenarier
Residential distribusjonsboks: Ved å ta i bruk MOV for å konstruere beskyttelse på tre-nivåer, installerer det første nivået enheter med høy-energi (som 20kA) ved hovedinngangen, og det tredje nivået installerer enheter med lav-effekt (som 2kA) i stikkontakten.
Industrielt motorstyreskap: parallell MOV ved inngangsenden av frekvensomformeren for å undertrykke transient overspenning forårsaket av motorstartstopp.
4, Konstruksjonsstrategi for beskyttelsessystem på flere-nivåer
1. Prinsipp om gradert vern
Vedta en kombinasjonsordning av "grov beskyttelse + fin beskyttelse":

Nivå 1 (grov beskyttelse): Installer TSS eller høy-MOV ved systeminngangen for å absorbere store energistøt (som lynnedslag).
Andre nivå (presisjonsbeskyttelse): Installer TVS-rør i frontenden av utstyret for å begrense gjenværende spenning til et sikkert nivå (for eksempel under chip-motstandsspenningsverdien).
Tredje nivå (lokal beskyttelse): Koble til TVS-rør med lav-effekt parallelt ved siden av sensitive komponenter for å gi endelig beskyttelse.
2. Nøkkelpunkter for parameterkoordinering
Energikoordinering: Sørg for at front-enhetene absorberer energi Større enn eller lik 80 % av den totale overspenningsenergien for å unngå overbelastning av bakre-enhetene.
Spenningskoordinering: VC-verdien for hvert enhetsnivå må reduseres gradvis for å danne "gradientbeskyttelse". For eksempel er VC på første nivå 1500V, VC på andre nivå er 800V, og VC på tredje nivå er 400V.
Tidskoordinering: Utnytt forskjellen i enhetens responstid (TSS ≈ 100ns, TVS ≈ 1ns) for å oppnå rask respons.