Intelligente Stromzähler geben Gebäudemanagern Einblick und Kontrolle über den Energieverbrauch. Littelfuse stellt die Halbleiterrelais

SIDACtor®-Schutzthyristoren
SIDACtor-Schutzthyristoren verhindern Schäden durch transiente Überspannungen durch Blitzeinschlag und Wechselstrom-Power-Crosses. Die Überspannungsschutzgeräte schützen auch Menschen und Elektronik vor elektrostatischen Entladungen, die durch Mensch-Maschine-Interaktionen entstehen. Diese speziellen Silizium-Dioden für Wechselstrom (SIDAC) ergänzen LED-Schutz als Stromkreisschutzprodukte von Littelfuse. Konsultieren Sie unseren Katalog, um eine Lösung für Ihre Breitband-, Basisband-, Mobilfunk-, DS1-, LCAS-, SLIC-, Sprach- oder Beleuchtungsanwendung zu finden.
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Automatische Türen und Tore erleichtern den Zugang zu Gebäuden und erhöhen die Sicherheit. In diesem Blockdiagramm finden Sie Komponenten von Littelfuse, die Ihnen helfen

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SIDACtor®-Schutzthyristoren – Ressourcen
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Optimierter Breitbandschutz
Die Broadband Optimized-Produktfamilie ist auf die Erfüllung der Leistungs- und regulatorischen Anforderungen von Breitbandgeräten ausgerichtet. Die Broadband Optimized-Familie mit ihrer breiten Palette an Lösungen bietet Anwendungen die Optionen, die erforderlich sind, um die speziellen Schutzanforderungen von DSL-Geräten (bis VDSL) sowie Ethernet (bis zu 1000baseT) zu erfüllen. Die Optimierung erfolgt mittels urheberrechtlich geschützter und patentierter Ansätze, die die negativen Auswirkungen der Gerätekapazität auf Breitbandsignale minimieren. Die Broadband Optimized-Produktfamilie bietet eine Überspannungsschutzlösung, mit der Anwendungen Telcordia GR-1089, Ausgabe 4 und den ITU-T-Empfehlungen K.20, K.21, K.44 und K.45 entsprechen.
SLIC-Schutz
Die SLIC-Produktfamilie ist auf die besonderen Schutzanforderungen von SLIC-Chipsätzen (Subscriber Line Interface Circuit) ausgerichtet. Die Familie bietet Lösungen für die Spannungsstabilisierung und den Battrix®-Batterie-Tracking-Schutz, die SLIC-Geräte vor Überspannungen durch Blitzschlag und Wechselstrom-Überkreuzung schützen können. Die SLIC-Produktfamilie bietet eine Überspannungsschutzlösung, mit der Anwendungen Telcordia GR-1089, Ausgabe 4, und den ITU-T-Empfehlungen K.20, K.21, K.44 und K.45 entsprechen.
LCAS-Schutz
Die LCAS-Produktfamilie ist auf die speziellen Schutzanforderungen von Line Circuit Access Switches (LCAS) ausgerichtet. Diese Produktfamilie verfügt über ein besonderes asymmetrisches Design, das speziell für LCAS-Geräte konzipiert wurde. Die LCAS-Produktfamilie bietet eine Überspannungsschutzlösung, mit der Anwendungen Telcordia GR-1089 Ausgabe 4 und den ITU-T-Empfehlungen K.20, K.21, K.44 und K.45 entsprechen.
Baseband-Schutz
Die Baseband-Produktfamilie ist auf die Erfüllung der Leistungs- und regulatorischen Anforderungen von Baseband-Telekommunikationsgeräten wie Sprache, Modems und DS1 ausgerichtet. Sie bietet eine Überspannungsschutzlösung, durch die Anwendungen Telcordia GR-1089, Ausgabe 4, den ITU-T-Empfehlungen K.20, K.21, K.44 und K.45 sowie TIA-968-A entsprechen.
Überstromschutz
Bei den Produkten für hohe Stoßströme handelt es sich um eine einzigartige Reihe von sehr robusten Halbleiterschutzgeräten, die für den Einsatz in Umgebungen mit hoher Belastung vorgesehen sind. Sie umfasst Produkte, die speziell auf den Primärschutz, wie Mobil- und TO-220-Geräte, ausgelegt sind. Die Produktfamilie „High Surge Current“ umfasst auch Geräte, die 5 kA 8/20µs für den Einsatz unter extremen Bedingungen erfüllen können. Bei anspruchsvolleren Sekundärschutzanforderungen ist ein D-Nennstromgerät mit 1000 A 2/10 µs in einem DO-214-Gehäuse erhältlich. Die Überspannungsschutz-Produktfamilie bietet eine Überspannungsschutzlösung, mit der Anwendungen Telcordia GR-1089 Ausgabe 4 und den ITU-T-Empfehlungen K.20, K.21, K.44 und K.45 entsprechen.
Orientieren Sie sich bei der Auswahl eines SIDACtor-Gerätes an den folgenden Kriterien.
Sperrspannung (VDRM)
Die VDRM des SIDACtor-Geräts muss größer sein als die maximale Betriebsspannung des Stromkreises, den das SIDACtor-Gerät schützt.
Beispiel 1: Wandeln Sie für eine POTS (Plain Old Telephone Service)-Anwendung die maximale Betriebsringspannung (150 VRMS) in eine Spitzenspannung um und addieren Sie die maximale DC-Vorspannung der Batterie der Hauptstelle:
- 150 VRMS v2 + 56,6 VPK = 268,8 VPK
- ∴ VDRM > 268,8 V
Beispiel 2: Addieren Sie bei einer ISDN-Anwendung die maximale Spannung des DC-Netzteils zur maximalen Spannung des Übertragungssignals (bei US-Anwendungen hat die U-Schnittstelle keine DC-Spannung, aber europäische und japanische ISDN-Anwendungen möglicherweise):
- 150 VPK + 3 VPK = 153 VPK
- ∴ VDRM > 153 V
Schaltspannung (VS)
Der VS des SIDACtor-Geräts sollte gleich oder kleiner als die momentane Spitzenspannung der Komponente sein, die es schützt.
Beispiel 1: VS = VRelay-Aufschlüsselung
Beispiel 2: VS = SLIC VPK
Spitzenimpulsstrom (IPP)
Bei Stromkreisen, die keinen zusätzlichen Reihenwiderstand erfordern, sollte der Stoßstrom (IPP) des SIDACtor-Bauelements größer oder gleich den Stoßströmen sein, die mit den Blitzimmunitätstests gemäß der geltenden gesetzlichen Anforderung (IPK) verbunden sind:
- IPP = IPK
Bei Stromkreisen, die zusätzlichen Reihenwiderstand verwenden, sollte der Stoßstrom (IPP) des SIDACtor-Geräts größer oder gleich den verfügbaren Stoßströmen sein, die mit den Blitzimmunitätstests der geltenden gesetzlichen Anforderung (IPK(verfügbar)) verbunden sind:
- IPP = IPK (verfügbar)
Der maximal verfügbare Stoßstrom wird berechnet, indem die Spitzenstoßspannung (VPK) durch den Gesamtwiderstand des Stromkreises (RTOTAL) dividiert wird:
- IPK (verfügbar) = VPK/RTOTAL
Für Längsstoßströme (TIP-Ground, Ring-Ground) wird RTOTAL sowohl für TIP als auch für Ring berechnet:
- RSOURCE = VPK/IPK
- RTOTAL = RTIP + RSOURCE
- RTOTAL = RRING + RSOURCE
Für metallische Stromstöße (TIP-Ring):
- RSOURCE = VPK/IPK
- RTOTAL = RTIP + RRING + RSOURCE
Beispiel 1: Ein Modemhersteller muss die Überspannungsanforderungen des Typs A von TIA-968-A ohne Serienwiderstand erfüllen.
- IPK = 100 A, 10x560 μs
- IPP = 100 A, 10 x 560 µs
- Daher wird entweder ein SIDACtor-Gerät mit der Nennklasse „B“ oder ein Gerät mit der Nennklasse „C“ ausgewählt.
Beispiel 2: Ein Linecard-Hersteller muss die Überspannungsanforderungen von GR 1089 mit 30 O auf TIP und 30 O auf Ring erfüllen.
- IPK = 100 A, 10x1000 μs
- VPK = 1000 V
- RSOURCE = VPK/IPK = 10 O
- RTOTAL = RSOURCE + RTIP = 40 O
- IPK (verfügbar) = VPK/RTOTAL = 1000 V/40 O
- ∴ IPP = 25 A
Haltestrom (IH)
Da TIA-968-A 4.4.1.7.3 festlegt, dass registrierte Endgeräte 140 mA DC pro Leiter bei einem Kurzschluss nicht überschreiten dürfen, ist der Haltestrom des SIDACtor-Geräts auf 150 mA festgelegt.
Aus bestimmten Konstruktionskriterien muss der Haltestrom (IH) des SIDACtor-Bauelements größer sein als der Gleichstrom, der während eines Betriebs und eines Kurzschlusses zugeführt werden kann.
Kapazität im ausgeschalteten Zustand (CO)
Unter der Annahme, dass der kritische Punkt der Einfügedämpfung bei 70 Prozent des ursprünglichen Signalwertes liegt, kann der SIDACtor in den meisten Anwendungen mit Übertragungsgeschwindigkeiten bis zu 30 MHz eingesetzt werden. Für Übertragungsgeschwindigkeiten größer als 30 MHz ist die neue MC-Serie sehr zu empfehlen.
Aufgrund der enormen Kosten, die unterbrochene Dienste und fehlerhafte Netzwerkgeräte verursachen, haben Anbieter von Telefoniediensten verschiedene Spezifikationen verabschiedet, um die Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit der Telekommunikationsprodukten, die sie kaufen, zu regulieren. In Europa und in weiten Teilen Ostasiens sind die gängigsten Normen ITU-T K.20 und K.21. In Nordamerika stützen die meisten Betreibergesellschaften ihre Anforderungen auf NEBs, die GR1089-Vorschriften enthalten, auf TIA-968-A (ehemals bekannt als FCC, Teil 68) und auf UL 60950-1.
Dieser Abschnitt ist eine Paraphrase vorhandener Dokumente und deckt nicht die aufgeführten Empfehlungen, Normen oder gesetzlichen Anforderungen in ihrer Gesamtheit ab. Diese Informationen dienen lediglich als Anhaltspunkte. Die genauen Spezifikationen finden Sie in den Gesetzlichen Anforderungen zu SIDACtor-Schutzthyristoren, die die folgenden Dokumente umfassen.
- Stoßstrom-Wellenform für diverse Normen
- GR 1089—Core
- ITU-T K.20 und K.21
- TIA-968-A (ehemals bekannt als FCC, Teil 68)
- TIA-968-B (ehemals bekannt als FCC Part 6
- Zusammenfassung IEC 61000-4-2, 4-4 und 4-5
- Festlandchinanorm YD/T 950-1998
- Festlandchinanorm YD/T 993-1998
- Festlandchinanorm YD/T 1082-2000
- Certification and Accreditation Administration of the People's Republic of China (Zertifizierungs- und Akkreditierungsverwaltung der Volksrepublik China)
- UL 497
- UL 497A
- UL 497B
- UL 497C
- UL 497D
- UL/IEC/EN 60950-1 2. Ausgabe
SIDACtor-Geräte sind Thyristor-Geräte, die zum Schutz empfindlicher Schaltkreise vor elektrischen Störungen durch blitzbedingte Überspannungen, induktiv gekoppelte Spannungsspitzen und Wechselstromfehler eingesetzt werden. Durch die einzigartige Struktur und die Eigenschaften des Thyristors entsteht ein Überspannungsschutzgerät mit präzisen und wiederholbaren Einschaltmerkmalen, geringer Spannungsüberschreitung und Überstromtauglichkeit.
Hauptparameter
Wichtige Parameter für SIDACtor-Bauelemente sind VDRM, IDRM, VS, IH und VT.
VDRM ist die wiederholte Spitzenspannung des Geräts im ausgeschalteten Zustand (auch bekannt als Stand-off-Spannung) und ist die kontinuierliche Spitzenkombination aus AC- und DC-Spannung, die im ausgeschalteten Zustand an das SIDACtor-Gerät angelegt werden kann.
IDRM ist der maximale Wert des Leckstroms, der sich aus der Anwendung von VDRM ergibt.
Die Schaltspannung (VS) ist die maximale Spannung, der nachfolgende Komponenten bei einer schnell ansteigenden Überspannung (100 V/μs) ausgesetzt sein können.
Der Haltestrom (IH) ist der erforderliche Mindeststrom, um das Gerät im eingeschalteten Zustand zu halten.
Die Durchlassspannung (VT) ist die maximale Spannung im Gerät während der Vollleitung.
Funktionsweise
Das Gerät arbeitet im Großen und Ganzen wie ein Schalter. Im ausgeschalteten Zustand weist das Gerät Leckströme (IDRM) von weniger als 5 μA auf, wodurch es für den Stromkreis, den es schützt, unsichtbar ist. Wenn eine Überspannung den VDRM des Geräts überschreitet, wechselt das Gerät in seinen Schutzmodus mit Eigenschaften, die denen einer Avalanche-Diode ähneln. Wenn das Gerät mit ausreichend Strom (IS) versorgt wird, schaltet es in den eingeschalteten Zustand und leitet den Stromstoß aus dem zu schützenden Stromkreis ab. Im eingeschalteten Zustand ist das Gerät aufgrund des geringen Spannungsabfalls (VT) im gesamten Gerät in der Lage, große Strommengen aufzunehmen. Sobald der Stromfluss durch das Gerät entweder unterbrochen wird oder einen Mindesthaltestrom (IH) unterschreitet, wird das Gerät zurückgesetzt und kehrt in seinen ausgeschalteten Zustand zurück. Wenn die IPP-Einstufung überschritten wird, kommt es in der Regel zu einem permanenten Kurzschluss des Geräts.
Physik Bei dem Gerät handelt es sich um einen Halbleiter mit vier alternierenden Leitfähigkeitsschichten: PNPN (Abbildung 1.2 unten). Die vier Schichten umfassen eine Emitterschicht, eine obere Basisschicht, eine mittlere Schicht und eine untere Basisschicht. Der Emitter wird manchmal als Kathodenbereich bezeichnet, die untere Basisschicht als Anodenbereich.Abbildung 1.2. Geometrischer Aufbau bidirektionaler SIDACtor-Bauelemente
Wenn die Spannung im Gerät ansteigt und den VDRM des Geräts überschreitet, erreicht das elektrische Feld über dem mittleren Übergang einen Wert, der ausreicht, um eine Lawinenvervielfachung auszulösen. Bei Auftreten einer Avalanche-Vermehrung verringert sich die Impedanz des Geräts und der Stromfluss beginnt anzusteigen, bis die Stromverstärkung des Geräts den Schwellenwert überschritten hat. Sobald die Einheit überschritten wird, schaltet das Gerät von einer hohen Impedanz (gemessen an VS) auf eine niedrige Impedanz (gemessen an VT) um, bis der durch das Gerät fließende Strom unter seinen Haltestrom (IH) reduziert wird.
Die vier gebräuchlichsten Überspannungsschutztechnologien sind:
- SIDACtor-Geräte
- Gasentladungsröhren (GDTs)
- Metalloxid-Varistoren (MOVs)
- TVS-Dioden
Alle vier Technologien sind parallel mit dem geschützten Stromkreis verbunden und alle weisen im ausgeschalteten Zustand eine hohe Impedanz auf, wenn eine Spannung vorgespannt wird, die geringer als die jeweiligen Sperrspannungen ausfällt.
SIDACtor-Geräte
Ein SIDACtor-Gerät ist ein PNPN-Bauelement, das man sich wie ein Thyristor ohne Gatter vorstellen kann. Bei Überschreitung der maximalen Spannung im ausgeschalteten Zustand (VDRM) begrenzt ein SIDACtor-Bauelement eine transiente Spannung auf den Nennwert der Schaltspannung (VS) des Geräts. Sobald der Strom, der durch das SIDACtor-Bauelement fließt, seinen Schaltstrom überschreitet, wird das Gerät überlastet und simuliert einen Kurzschluss. Wenn der durch den SIDACtor fließende Strom geringer ist als der Haltestrom (IH) des Geräts, wird der SIDACtor zurückgesetzt und kehrt zu seiner hohen Sperrimpedanz zurück.
Vorteile
Zu den Vorteilen des SIDACtor-Bauelements zählen seine schnelle Reaktionszeit (Bild 1.1), stabile elektrische Eigenschaften, hohe Zuverlässigkeit und geringe Kapazität. Da es sich bei dem SIDACtor um ein Überspannungsschutzgerät handelt, kann es auch nicht durch Spannung beschädigt werden.
Einschränkungen
Da es sich bei dem SIDACtor um ein Überspannungsschutzgerät handelt, kann es nicht direkt über die Wechselstromleitung verwendet werden. Er muss hinter einer Last platziert werden. Andernfalls wird der maximale Einschaltstrom des SIDACtor-Bauelements überschritten, was dazu führen kann, dass das Gerät in einen permanenten Kurzschlusszustand übergeht.
Anwendungen
Obwohl sie auch in anderen Bereichen eingesetzt werden, werden SIDACtor-Bauelemente in erster Linie als Hauptüberspannungsschutz in Stromkreisen für Telekommunikation und Datenkommunikation eingesetzt. Befolgen Sie für Anwendungen außerhalb dieses Bereichs die Designkriterien unter SIDACtor-Auswahlkriterien.
Gasentladungsröhren
Gasentladungsröhren (GDTs) sind mit einem inerten Gas gefüllte Glas- oder Keramikgehäuse, die an jedem Ende mit einer Elektrode verschlossen werden. Wenn die Überspannung den Gleichstromdurchschlag des Geräts übersteigt, bewirkt die Spannungsdifferenz, dass die Elektroden des Gasrohres zünden, was zu einem Lichtbogen führt, der wiederum das Gas innerhalb des Rohres ionisiert und einen niederohmigen Pfad für die Überspannung bietet. Sobald die Überspannung unterhalb Restgleichspannung und -strom fällt, kehrt das Gasrohr in seinen ausgeschalteten Zustand zurück.
Vorteile
Gasentladungsröhren weisen einen hohen Stoßstrom und eine geringe Kapazität auf. Die Nennströme können bis zu 20 kA betragen und die Kapazität kann bei einer Vorspannung von null Volt bis zu 1 pF liegen.
Anwendungen
Gasentladungsröhren werden aufgrund ihrer hohen Stromfestigkeit typischerweise im Primärschutz eingesetzt. Durch ihre geringe Interferenz für Hochfrequenzkomponenten sind sie jedoch auch für Hochgeschwindigkeitsdatenverbindungen geeignet.
Metalloxid-Varistoren
Metalloxid-Varistoren (MOVs) sind zweifach verdrahtete Durchgangslochkomponenten, die typischerweise die Form von Scheiben aufweisen. Hergestellt aus gesinterten Oxiden und schematisch äquivalent zu Back-to-Back-PN-Übergängen, leiten MOVs Überspannungen durch Verringerung ihres Widerstands bei angelegter Spannung ab.
Vorteile
Da die Überspannungsschutzfunktionen von MOVs durch ihre physikalischen Dimensionen bestimmt werden, sind hohe Nennableitströme vorhanden. Auch weil es sich bei MOVs um Klemmgeräte handelt, können sie als Überspannungsschutz in Anwendungen mit sekundären Wechselstromleitungen eingesetzt werden.
Anwendungen
Obwohl MOVs vom Einsatz in vielen Telekommunikationsanwendungen (anders als bei Einwegmaterial) ausgeschlossen sind, sind sie nützlich bei Wechselstromanwendungen, bei denen im Gegensatz zu engen Spannungstoleranzen eine Klemmvorrichtung erforderlich ist.
TVS-Dioden
Überspannungsableiter (TVS-Dioden) sind Klemmspannungsbegrenzer mit Back-to-Back-PN-Übergängen. Während des Leitens bilden die TVS-Dioden eine niedrige Impedanz durch Veränderung ihres Widerstandes, wenn Spannung an ihre Anschlüsse angelegt wird. Sobald die Spannung entfernt wird, schaltet sich die Diode aus und kehrt in den ausgeschalteten Impedanzzustand zurück.
Vorteile
Da TVS-Dioden Halbleiterelemente sind, ermüden sie weder noch ändern sich ihre elektrischen Parameter, solange sie innerhalb ihrer vorgegebenen Grenzwerte betrieben werden. TVS-Dioden klemmen effektiv schnell ansteigende Überspannungen und sind gut für Niederspannungsanwendungen geeignet, die keine großen Energiemengen zum Ableiten erfordern.
Anwendungen
Aufgrund ihrer geringen Nennleistung werden TVS-Dioden nicht als primärer Schnittstellenschutz an A- und B-Adern eingesetzt, aber sie können als Sekundärschutz, der in einen Stromkreis eingebettet ist, verwendet werden.
Überschreitungsstufen im Vergleich mit dv/dt
Abbildung 1.4 zeigt den Vergleich der Spitzenspannungen von SIDACtor-Bauelementen, Gasentladungsröhren (Gasentladungsröhre / GDT), Metalloxid-Varistoren (MOVs) und TVS-Dioden, alle mit einer Nennsperrspannung von 230 V. Die X-Achse stellt den dv/dt (Spannungsanstieg in Bezug auf die Zeit) dar, der an jeden Schutz angelegt wird, und die Y-Achse stellt den maximalen Spannungsabfall bei jedem Schutz dar.
Abbildung 1.4 Überschreitungsstufen im Vergleich mit dv/dt
Da Telekommunikationsgeräte früher mit Komponenten wie mechanischen Relais, Spulen und Röhren gebaut wurden, waren sie relativ immun gegen Blitzschlag und Stromversorgungsfehler. Aber nachdem Schrittschalter und digitale Schleifen-Ladungsträger von moderneren Geräten wie Multiplexer, Routern, Gateways und IP-Schaltern abgelöst wurden, besteht erhöhter Bedarf nach Schutzfunktionen für diese Geräte gegen Systemüberspannungen, die durch Blitzschlag und Stromversorgungsfehler verursacht werden.
Blitzschlag
Während eines Gewittersturms werden in Telekommunikationsanlagen durch Blitzschlagströme Überspannungen hervorgerufen, die in die leitende Abschirmung freiliegender Kabel oder über Erdströme in erdverlegte Kabel eindringen.
Wenn dies auftritt, erzeugt der durch die leitende Abschirmung des Kabels fließende Strom eine gleichgroße Spannung an den Anbschlussenden sowohl der Leiter der A- als auch der B-Ader. Bekannt als längsgerichteter Spannungsstoß sind der mit diesem Spitzenwert und den Wellenformdaten in Verbindung gebrachte Zustand abhängig von der Entfernung, die die Überspannung im Kabels zurücklegt und von den Materialien, aus denen das Kabel besteht.
Obwohl blitzinduzierte Überspannungen immer längsgerichtet sind, können Ungleichgewichte aufgrund von Endgeräten und asymmetrischem Betrieb primärer Schutzapparate in metallischen Überspannungen resultieren. Zu einer A-zu-B-Ader-Überspannung kommt es normalerweise in Endgeräten und sie ist der Hauptgrund, weshalb die meisten Regulierungsbehörden verlangen, dass Telekommunikationsgeräte sowohl mit einem Längs- als auch mit einem metallischen Überspannungsschutz ausgerüstet sind.
Stromversorgungsfehler
Eine andere in Telekommunikationskabeln häufig auftretende Systemüberspannung ist das Ausgesetztsein gegenüber dem Wechselstromsystem. Die gemeinsame Nutzung von Masten, Gräben und Erdungskabeln resultiert in einem unterschiedlichen Ausmaß der Exposition, die als direkter Fehler bei der Stromversorgung, Leistungsinduktion und Erdpotenzial-Anstieg kategorisiert werden können.
Ein direkter Stromfehler tritt auf, wenn eine Stromleitung in direkten Kontakt mit Fernmeldekabeln tritt. Direkter Kontakt wird üblicherweise durch umstürzende Bäume, Vereisung im Winter, schwere Gewitter und Verkehrsunfälle verursacht. Direkte Stromausfälle können dazu führen, dass große Mengen Strom durch die Leitung fließen.
Leistungsinduktion kommt vor, wenn Strom- und Fernmeldekabel nah beieinander betrieben werden. Die elektromagnetische Kopplung zwischen den Kabeln führt zu Systemüberspannungen, die in den Fernmeldekabeln hervorgerufen werden, was wiederum eine übermäßige Erwärmung und Brände in den Endgerätanlagen auslöst, die an die Kabelenden angeschlossen sind.
Der Erdpotenzialanstieg ist eine Folge der großen Fehlerströme, die in die Erde fließen. Aufgrund der unterschiedlichen Erdwiderstände und mehrerer Erdungspunkte, kann das System Potenzialdifferenzen aufweisen.
Blitzschlag
Blitze zählen zu den häufigsten und gefährlichsten Naturphänomenen. Zu jedem beliebigen Zeitpunkt sind rund um den Globus etwa 2.000 Gewitter im Gange und Blitze treffen jede Sekunde mehr als 100 Mal auf die Erde auf. Laut IEEE C.62 schlägt der Blitz in einem einzigen Jahr in den Vereinigten Staaten im Durchschnitt 52 Mal pro Quadratmeile ein. Die Folge sind 100 Tote, 250 Verletzte und über 100 Millionen USD Schaden an Geräteanlagen.
Das Phänomen Blitz
Blitze werden durch das komplexe Zusammenspiel von Regen, Eis, Auf- und Abwinde verursacht, die während eines typischen Gewitters auftreten. Die Bewegung von Regentropfen und Eis in den Wolken führt zu einer großen Ansammlung von elektrischen Ladungen an der Ober- und Unterseite der Gewitterwolke. Normalerweise sammeln sich positive Ladungen an der Oberseite der Gewitterwolke, negative Ladungen dagegen an der Unterseite. Blitze selbst treten erst auf, wenn die Potenzialdifferenz zwischen zwei Ladungen groß genug ist, um den Isolationswiderstand der Luft zwischen ihnen zu überwinden.
Die Entstehung eines Blitzes
Wolke-Erde-Blitze bilden sich heraus, wenn die Höhe der negativen Ladung in den unteren Wolkenebenen zu steigen beginnt und die positive Ladung der Erde anzieht. Wenn die Herausbildung der negativen Ladung ihren Höchststand erreicht, wird eine Welle von Elektronen, gestufter Leitblitz genannt, zur Erde geschickt. Sich in 50-Meter-Schritten bewegend, schafft der Leitblitz einen elektrischen Pfad (Kanal) für den Blitzschlag. Nähert sich der abgestufte Leitblitz dem Erdboden, resultiert die gegenseitige Anziehung der positiven und negativen Ladungen in einem Strom positiv geladener Elektronen, die aus dem Boden zum gestuften Leitblitz gezogen werden. Dieser positiv geladene Strom wird Fangentladung genannt. Treffen die Fangentladung und der Leitblitz zusammen, wird der elektrische Stromkreis zwischen Wolke und Erde geschlossen. In diesem Augenblick bewegt sich explosionsartig ein Elektronenstrom mit halber Lichtgeschwindigkeit zur Erde und der Blitz hat sich vollständig herausgebildet.
Blitzeinschlag
Die anfängliche Blitz bei einem Blitzschlag entsteht, wenn der gestufte Leitblitz und die Fangentladung aufeinandertreffen, was Elektrizität in die Erde leitet. Nachfolgende Einschläge (3 – 4) treten auf, wenn große Mengen negativer Ladung im gestuften Leitblitz weiter nach oben wandern. Diese als Rückentladungen bekannten nachfolgenden Blitze erhitzen die Luft auf Temperaturen von über 50,000 °F und verursachen das flackernde Licht, das mit Blitzen in Verbindung gebracht wird. Die Gesamtdauer der meisten Blitze beträgt zwischen 500 ms und einer Sekunde.
Während eines Blitzschlags liegen die damit verbundenen Spannungen zwischen 20,000 V und 1,000,000 V, während die Stromstärken durchschnittlich bei etwa 35 kA liegen. Es wurden jedoch Maximalströme im Zusammenhang mit Blitzen von bis zu 300 kA gemessen.
10 wichtige Fakten rund um den Blitzschlag
- Durchschnittlich schlägt jede Sekunde 100 Mal irgendwo auf der Welt ein Blitz ein.
- Blitzeinschläge können Auswirkungen auf Computer und andere Elektronikgeräte in bis zu einem Kilometer Entfernung haben.
- Blitzeinschläge verursachen transiente Überspannungen (sehr schnelle elektrische Spannungsspitzen) in Strom-, Datenkommunikations-, Signal- und Telefonleitungen. Diese Überspannungen können auf empfindliche Geräte übergehen und diese beeinträchtigen.
- Zu den gefährdeten Elektronikgeräten zählen Computer und Peripheriegeräte, Gebäudemanagement- und IP-PBX-Systeme, CATV-Geräte, Brandschutz- und Sicherheitssysteme, PoE-Systeme sowie Beleuchtungsarrays.
- Transiente Überspannungen können zu sofortigen Schäden an Geräten und deren Stromkreisen führen, was kostspielige und langwierige Betriebsausfälle sowie latente Schäden zur Folge haben kann, die einige Wochen oder Monate später in einem Komplettausfall resultieren können.
- Auch Geräte, die sich in einem Gebäude mit Blitzschutzsystem befinden, sind stark risikobehaftet, da bauliche Schutzsysteme entwickelt wurden, Schäden an Gebäuden und den Verlust von Menschenleben zu verhindern.
- Während zwar die meisten Unternehmen in Gefahr sind, sind Campusareale oder Gebäudekomplexe besonders empfindlich.
- Blitze können wiederholt an derselben Stelle einschlagen. Gebiete, die einen Blitzschlag erlitten haben, sind nachweislich für einen erneuten Blitzschlag innerhalb weniger Monate anfällig.
- Der Schutz elektronischer Systeme vor Schäden durch transiente Überspannungen kostet nur einen Bruchteil dessen, was sie für die Behebung des Schadens aufwenden müssten.
- Littelfuse entwickelt und fertigt hochwertige Blitzschutzanlagen.
- Stoßstrom-Wellenform für diverse Normen
- GR 1089‐Core
- ITU-T K.20 und K.21
- TIA-968-A (ehemals bekannt als FCC, Teil 68)
- TIA-968-A (ehemals bekannt als FCC, Teil 68)
- Zusammenfassung IEC 61000-4-2, 4-4 und 4-5
- Festlandchinanorm YD/T 950-1998
- Festlandchinanorm YD/T 993-1998
- Festlandchinanorm YD/T 1082-2000
- Certification and Accreditation Administration of the People's Republic of China (Zertifizierungs- und Akkreditierungsverwaltung der Volksrepublik China)
- UL 497
- UL 497A
- UL 497B
- UL 497C
- UL 497D
- UL 60950-1 2. Ausgabe