Kundservice +46 8 52 400 700
Energisystem och laddning
-
Nätverk
-
Koaxkabel och kontakter
-
SFP för alla behov
-
Energisystem och laddning
-
Datacenter och serverhallar
-
IP-larm och fjärrkontroll
-
Test och verifiering
-
Ergonomi och komfort
-
Maximal framkomlighet i nätverket
-
Tryggare miljöer
-
Kundanpassade lösningar
-
IoT - Internet of Things
-
Tillbehör och gränssnitt
-
AV över IP
Hur fungerar ett transientskydd och åskskydd till skillnad mot en säkring och varför ska man ha båda?
Inledning
För att skydda elektriska och elektroniska system från olika typer av störningar är det viktigt att använda rätt skyddsåtgärder. Två av de vanligaste skydden är säkringar och åskskydd/transientskydd. I Skandinavien så har vi tidigare inte haft så mycket åska men då vädret är mer extremt numera så har vi betydligt mer åska än tidigare år.
Här reder vi ut varför man skall använda båda typerna av skydd. Säkringar skyddar mot överström medans transientskydd skyddar mot plötsliga spänningstoppar som kan orsakas av exempelvis åska eller störningar i elnätet skapade av större elektriska maskiner.
Här kommer vi fokusera på just de två störningarna men i denna kontext är det också viktigt att förstå att det finns fler saker som kan orsaka probelm. I denna kontext pratar man i bland om begreppen elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) och elektromagnetiska störningar (EMI). EMC avser en enhets förmåga att fungera korrekt i sin elektromagnetiska miljö utan att generera störningar som påverkar andra enheter. EMI, å andra sidan, är de störningar som kan påverka elektronisk utrustning genom elektriska eller magnetiska fält.
Även om transientskydd inte är specialdesignade för att hantera EMC eller EMI, kan de indirekt bidra till att minska vissa problem genom att skydda mot plötsliga överspänningshändelser. Det kan också vara förstahandsvalet för att minska problemen med EMI och EMC.
Vad är en säkring och hur fungerar den?
En säkring är en elektrisk komponent som skyddar ett system ellerk kabel från överström genom att bryta strömmen när den överskrider en viss nivå.
När man ansluter något till ett eluttag så kommer elnätet att (något förenklat) "försöka" leverera så mycket ström som enheten behöver. Det kan innebära att det krävs mer ström än vad kablarna är gjorda för. Vi kan se detta fenomen om man kopplar in alla sina elktriska produkter på samma elutag med en kaskad av förgreningskontakter.
Då kommer säkringarna bryta strömmen före kabeln brinner av. Det är därför det är en dålig ide att bara skruva i en större säkring om man inte först kontrollererar sina kablar. Säkringen i sin enklaste form har en smältbar ledare inuti säkringen som värms upp av strömmen. Om strömmen blir för hög, genereras tillräckligt med värme för att smälta ledaren, vilket bryter kretsen och stoppar strömflödet. Detta förhindrar skador på ledningar, apparater och annan utrustning, samt minskar risken för brand men inte nödvändgitvis personskador. En Automatsäkringar som kan återställas fungerar något annorlunda men har samma grundprincip.
Hur säkringar triggas/trippar/bryter:
- Säkringar triggas av överström som genererar värme. Den smältbara ledaren inuti säkringen bryts när temperaturen blir tillräckligt hög.
- De bryter när strömmen överstiger det systemet är dimensionerat för, vilket skyddar mot överbelastning, kortslutning och e.v brand.
- Processen är relativt långsam eftersom det krävs tid för att tillräcklig värme ska genereras för att smälta ledaren. Detta innebär att säkringar inte är effektiva mot snabba och kortvariga spänningstoppar, så kallade transienter. Tidsrymden kan röra sig om flera sekunder beroende på typ av säkring.
- Man har alltid största säkringen vid sin elcentral (s.k. huvudsäkringar) och därefter mindre och mindre säkringar i serie.
Transienter , EMC och EMI i säkringar:
- Säkringar har ingen direkt funktion för att hantera transineter, EMC eller EMI, eftersom de är designade för att skydda mot överström och inte mot elektromagnetiska störningar.
- Säkringar kan indirekt påverka EMC genom att förhindra brand eller skador som kan uppstå vid överström, men de erbjuder inget specifikt skydd mot elektromagnetiska fenomen som påverkar elektroniska enheter.
- För att hantera EMC och EMI behövs kompletterande skydd som filter och skärmning, utöver säkringar.
Vad är ett åskskydd/transientskydd och hur fungerar det?
Ett åskskydd eller transientskydd är designat för att skydda elektriska system mot snabba spänningstoppar, som kan uppstå från t.ex åska, kopplingsstörningar eller andra elektriska fenomen. En transient kan alltså skapas när man kopplar in en stor elmotor och inte bara utav åska. Man kan också skapa den genom att snabbt av och på en elektrisk motor.
Dessa skydd består ofta av komponenter som metalloxidvaristorer (MOV) eller gasurladdningsrör, som reagerar mycket snabbt på ökad spänning och leder bort den överskjutande energin till jord. Detta skyddar den anslutna utrustningen från potentiella skador. En vanlig bryt/avledningshastighet är från 25nanosekunder upp till 500 microsekunder beroende på typ.
Ett typsikt fall är när man har ett system med 230V och man får en transient på 2500V utan åskskydd så ser det ut så här:
Den streckade linjen är det som orsakas av transienten medans den heldragna linjen är strömmen som redan går i ledningen.
Ekot av transienten pågår i flera tiondelar varpå man ofta skadar känslig utrustning om man inte har ett transientskydd.
I nästa graf visas effekten om man har ett skydd som bryter på 350 microsekunder Vi ser spänningsspiken rusa upp till (enligt detta exempel 2500V men skyddet leder av spänningen till jord. Det är naturligtvis inte en garanti att man inte får en driftstörning men man minimerar den. Vi ser att avledningen i denna principgraf är nära på direkt.
Summering om hur transientskydd fungerar:
- När en spänningstopp uppstår, reagerar komponenter som MOV genom att snabbt minska sitt motstånd och leda bort överspänningen till jord. Notera att de inte bryter strömmen utan de leder bort ström till jord.
- Skydden aktiveras av plötsliga ökningar i spänning snarare än av överström, vilket gör dem särskilt effektiva mot spänningstoppar från exempelvis åska.
- De kopplas in mot ledaren och sedan mot jord. Därför är det EXTREMT viktigt att man har en tillräckligt kraftig jordkabel.
EMC och EMI i transientskydd:
- Transientskydd kan bidra till EMC genom att skydda mot plötsliga överspänningar som kan påverka elektroniska system. Genom att avleda dessa spänningar minskar risken för att störningar sprider sig till känslig utrustning. Som vi ser på graph nummer 2 ovan så elimineras det inte helt.
- Trots att transientskydd inte är specifikt utformade för att eliminera EMI, kan de reducera vissa typer av störningar genom att avleda spänningsspikar som annars kan överföras som störningar.
- För att hantera EMC och EMI mer fullständigt behövs ytterligare åtgärder som skärmning, jordning och filtrering, eftersom transientskydd inte hanterar kontinuerliga eller bredbandsstörningar. Man kan allstå komma en bit på vägen men ofta så behövs betydligt mer avancerade system för att skydda och isolera system för EMC och EMI helt och hållet.
Bästa lösningen - Varför ska man använda både säkringar och åskskydd/transientskydd?
Vi har konstaterat att genom att enbart använda säkringar lämnar systemet sårbart för spänningstoppar, som kan orsaka allvarliga skador på känslig elektronik då säkringen inte ens hinner sätta ned kaffekoppen för att reagera.
Transientskydd kompletterar detta genom att hantera de snabba spänningstoppar som säkringar inte kan hantera. Kombinationen av båda typerna av skydd ger ett omfattande skydd mot både överström och spänningstoppar.
Exempel på användningsområden
1) En vanlig elcentral för en fastighet (16-32 A) eller fördelningscentral på industri:
Säkringar används för att skydda ledningar och apparater från överström, medan transientskydd och åskskydd installeras på inkommande elmatning för att skydda mot spänningstoppar som kan komma från elnätet. Detta skyddar inte bara utrustningen i fastigheten utan förlänger också livslängden på apparater.
På bilden ser vi hur säkringen (F) är kopplad före transientskyddet. Om det blir en spänningstopp(transient) så kommer skyddet leda över strömmen mot jord.
2) Datacenter och PDU med transientskydd:
I datacenter är skydd av strömförsörjning och elektronisk utrustning avgörande. Power Distribution Units (PDUs) med inbyggda transientskydd skyddar mot spänningstoppar som kan orsaka dataförlust eller skada på servrar. Dessa enheter skyddar mot både mindre transienter från elnätet och större spänningstoppar från exempelvis åsknedslag.
Varför använda denna typen av skydd om man har skydd på sin inkommande matning?
Transienter kan skapas av flera skäl och även inne i fastigheten. Att kablarna laddas upp utanför fastigheten är naturligtvis vanligast vid åska men ett skydd närmare sin känsliga utrustning höjer sannolikheten till att man undviker driftsbortfall p.g.a transienter
3) Skydd av Ethernet- eller coax-kabel med skydd i varje ände:
Det vi har pratat om hittills är hur transientskydden tar hand om störningar i elnätet men nätverksutrustning som routrar och switchar där man har ledare i metall i nätverkskabeln är sårbara för skador från spänningstoppar också. De kan induceras från elkablar och de kan induceras från t.ex åsk och de sprider sig på samma sätt.
Om vi tittar på nedanstående principgraf som har realistiska data men ändå skall ses som exempel så har vi en transient på 1000V och vi ser hur ett transeintskydd tar bort spiken vid 190V(signalpar) resp. 600V(ledare mot jord). Energin vi ser i detta fall om i detta fall är ca 21 joule per par som reduceras till 1.77Joule.
Praxis är att installera transientskydd på både inkommande och utgående nätverkskabel och i båda ändar. Då nätverkskabel är så pass tunn stoppar man till stor del det som annars garanterat skadar nätverksgränssnitt eller orsaka dataavbrott. Man ska också notera att även om det inte blir ett driftstopp så kan man markant förkorta livstiden på sin utrustning när den utstätts för dessa förhöjda energiflöden.
Man ansluter här ett skydd i var ände av kabeln vilket gör att man kan leda av transiter i båda ändar mot jord. Transientskydden för nätverk har därför lite olika desgin om de ska sitta ute vid ändutrustningen eller i serverrummet men de fungerar på samma sätt.
Varför använda skydd både på singnalkabel och elkabel?
Säkringar och transientskydd på en elkabel tar bort många risker men som regel är in och utgångar på ett nätverk/signalkabel mycket känsligare. Signalportar kan operera på t.ex 3.5V eller 12-24V vilket gör att deras totala förmåga att hantera spänningstoppar mer begränsade. Det är därför en mycket god idé att skydda både nätverksinterface/signalinterface och elmatningen.
Slutsats
Man kan aldrig skydda sig helt och man måste värdera vart ett avbrott är värt. Installerar men en UPS för att skydda sig mot strömavbrott som kanske varar 1-2 timmar så är det värt att tänka på att skador p.g.a. transienter kan ta flera dagar att åtgärda.
Den optimala lösningen för skydd mot transienter är att använda en kombination av säkringar och åskskydd/transientskydd på flera nivåer.
Även om det är tekniskt utmanande att få 100 % säkerhet mot alla transienter, eftersom de ibland kan vara så kraftiga att de "slår igenom" skyddet. En direkt träff av en blixt kan resultera i en enorm spänning, inte ovnaligt med intervallet 100 miljoner till 1 miljard volt (100 MV till 1 GV). Den exakta spänningen kan variera stort beroende på flera faktorer som blixtrummets längd och luftens egenskaper vid nedslaget.
Lämpligt är därför att resonera som att om blixten kan klyva en ek till kaffeved så kan inte en direktträff skyddas med ett åskskydd stort som tummetott. Man kan däremot skydda sig bra mot blixtar som slår ned en bit bort.
Men för att minimera risken bör man alltså installera flera skydd utöver adekvata åskledare på sin fasad.
De nivåer vi rekommenderar är:
Nivå 1 Elcentral: Åskskydd/transientskydd vid den inkommande elmatningen skyddar hela fastigheten mot externa spänningstoppar.
Nivå 2 PDU: Inbyggda transientskydd i PDU(strömlist) skyddar servrar och annan elektronisk utrustning från spänningstoppar som kan orsakas av åska eller kopplingsstörningar från 230V kabeln mot t.ex en server
Nivå 2...+ Signalkablar: Speciella skydd för Ethernet, coax, D-sub eller RS485 kablar eller t.ex singlakabel mot ett automationssystem vid varje ände säkerställer att nätverksgränssnitt och signalintegritet bibehålls, vilket skyddar mot störningar som kan föras in genom dessa kablar och slå sönder dyr utrustning.
Genom att kombinera dessa skyddsåtgärder skapar du ett robust försvar mot både överström och spänningstoppar, vilket skyddar din utrustning.
Vi har i denna artikel inte pratat om det som kallas zon/nivå 0 då det handlar om åskledare. Nedan följer grundläggande definition på skyddsnivåer enligt våra internationella standarder.
Definitioner av LPZ(Lightning protection Zones)
LPZ 0 Zonen där hotet beror på den direkta blixtnedslaget och det fullständiga blixts elektromagnetiska fält. De interna systemen kan utsättas för fullständiga eller delvisa blixtströmsslag. Här finner vi åskledare som är på utsidan av en fastighet.
LPZ 0 Zonen skyddad mot direkta blixtnedslag men där hotet är det fullständiga blixts elektromagnetiska fält. De interna systemen kan utsättas för delvisa blixtströmsslag.
LPZ 1 Zonen där blixtströmmen begränsas genom strömfördelning och genom SPDs vid gränsen. Rumslig skärmning kan dämpa det blixts elektromagnetiska fältet.
LPZ 2...n Zonen där blixtströmmen ytterligare kan begränsas genom strömfördelning och genom ytterligare SPDs vid gränsen. Ytterligare rumslig skärmning kan användas för att ytterligare reducera det blixts elektromagnetiska fältet.
Avslutningsvis så är det viktigt att notera att installation av åskskydd på sitt elnät måste göras av behörig personal. Man måste också säkerställa att jordkabeln är så pass kraftig att den kan leda bort överspänningarna. Rådgör alltid med en elektriker och eller en elektroprojektör när installation görs.
Givetvis är du välkommen att kontakta oss vid oss den allra minsta fundering du kan ha kring ditt projekt.
Vi utför inte installationer eller beräkningar utan hänvisar er att vända er till en elprojektör för mer en komplett lösning men vi kan svara på frågor kring våra produkter och dess förmåga.
Vi är lätta att nå och svarar direkt på chatt, mail eller telefon: 08 52 400 700. Och du, missa inga artiklar i Kunskapsbanken, prenumerera på nyhetsbrevet!
© Copyright 2024-09-02, innehållet är skyddat enligt lagen om upphovsrätt.
Topplista
populära produkterProduktområden
-
Åskskydd och Transientskydd för Ethernet RJ45 för 10/100/1000Mbit/s
Transientskydd och Åskskydd skyddar din utrustning mot elektriska överslag. Vid ett större elektriskt haveri eller vid ett närliggande åsknedslag så kan höga energier transporteras genom alla kopparkablar och skada serverar, datorer eller annan utrustning så som kameror. Direktronik har skydd för elcentraler(400V 3-fas / 230V 1-fas) signalkablage och u
-
Injektorer och splitters för alla PoE-standards. Vi kan Power over Ethernet och hjälper dig till rätt lösning för både inom- och utomhusbruk. Ett brett lagerfört utbud täcker de flesta behov, men finner du inte det du söker tar vi snabbt fram det till dig.
