Overspanningsbeveiliging met zener of varistor
Een 100% waterdichte bescherming tegen overspanning en blikseminslag bestaat niet. Maar met relatief eenvoudige middelen valt de kans op fatale beschadigingen van kostbare elektronische apparatuur in elk geval wel sterk te verminderen.
Door blikseminslag veroorzaakte spanningspieken kunnen op verschillende manieren bij een elektronisch apparaat belanden. De telefoon- of antennekabel vormt een voor de hand liggende weg, maar het kan ook via het lichtnet of zelfs via de aarde. Met name de netkabel vormt dus een potentieel gevaar, omdat de randaarde daarvan rechtstreeks met een aardleiding is verbonden. Smelt- of bimetaal-zekeringen zijn daarbij van weinig nut, aangezien deze veel trager zijn dan gevoelige halfgeleiders.
Er bestaan echter diverse componenten waarmee men een schakeling wel redelijk effectief tegen overspanning kan beveiligen. Gasgevulde hoogspanningsgeleiders bijvoorbeeld, of speciale transiënt-suppressor-dioden (Transils). Maar er zijn ook "gewone" componenten die zich uitstekend voor dit doel lenen: zenerdioden en varistoren, waarbij we aantekenen dat laatstgenoemde in feite hetzelfde werken als twee in antiserie geschakelde zeners.
In principe zou men zulke beveiligingscomponenten direct in de netkabel kunnen opnemen. Maar volgens de voorschriften moet er tussen de randaarde en de fase/nul-aansluitingen bij klasse-1-apparaten een isolatie van 2 kV aanwezig zijn. Dat houdt in dat eventuele beveiligingscomponenten een doorslagspanning van tenminste 2 kV dienen te bezitten! Er is geen enkele varistor die dit haalt, om van zenerdioden maar te zwijgen.
Men kan deze voorschriften omzeilen door de beveiliging aan de secundaire kant van de voedingstrafo aan te brengen. In figuur 1 zien we twee daarvoor geschikte schakelingen. De hier toegepaste zenerdioden uit de BZT03-serie van Philips zijn speciaal bedoeld voor transiëntonderdrukking en reageren binnen 10 µs; de varistoren uit de SIOV-S-serie van Siemens zijn met een reactietijd van 25 ns zelfs nog een stuk sneller. Dit type varistor kan een stroomstoot van maar liefst 10 kA verdragen; alleen is de toegestane tijdsduur daarbij beperkt tot enkele microseconden. De eerdergenoemde Trans-ils kunnen iets minder grote piekstromen verdragen, maar houden het door hun grotere dissipatie wel wat langer uit.
Figuur 1. Twee beveiligingsvarianten tegen overspanning aan de secundaire kant van de trafo.
Of men nu voor varistoren of voor zenerdioden kiest, de schakeling zal in elk geval moeten worden aangevuld met twee snelle smeltzekeringen die enige tijd na de zener/varistor in actie komen. Deze smelten in geval van calamiteiten binnen enkele milliseconden door en voorkomen zo dat de varistoren boven hun maximale dissipatie komen.
Voor alle duidelijkheid: de hier gepresenteerde beveiligingsschakelingen worden niet actief bij een kortsluiting tussen netspanning en randaarde. Dit is namelijk niet altijd terug te voeren op een fout, maar kan ook optreden wanneer een klasse-1-apparaat met netfilter niet met de randaarde verbonden is. Om die reden zijn de varistoren R2 en R3, respectievelijk de zenerdioden D3...D6 zo gedimensioneerd dat ze pas bij 270...275 V gaan geleiden (rekening houdend met de tolerantie van de netspanning en van de varistor of zener). De beveiligingscomponenten voor de voedingsspanningleidingen zelf (R1, resp. D1/D2) zijn daarentegen bemeten op de waarde van de secundaire trafospanning.
Peter Lay.